焊缝质量已成为影响压力容器安全性的关键因素

费权宏

随着工业生产需要和科学技术水平的提高,压力容器获得了迅速发展。焊接质量成为影响压力容器安全性的关键因素。

一、目前大量采用焊接容器。按照制造方法,压力容器可分为焊接容器、铆接容器、铸造容器及煅造容器。锻造容器由于受锻造设备能力的限制,不可能太大,而铆接和铸造容器正逐渐被淘汰。

二、虽然采用一些技术措施,可以改善焊缝质量,但在构件中总还程度不等地残存着焊接应力和焊接变形,不可能完全消除,焊缝中的各类缺陷也不可能完全避免。在消除焊接应力过程中,如果措施采用不当,也还会引起新的问题,因此,焊缝依然是压力容器中的薄弱环节之一。

焊接过程就是焊接构件温度变化的过程。由于在焊接过程中,焊接构件的受热是局部的、不均匀的,在焊缝中心部位温度高达1 500℃左右,然后随着距焊缝中心部位距离的增加而急剧降低,温差极大;而焊后的冷却过程,又往往是快速而不平衡的。因此,在焊接构件的不同部位,热胀冷缩的变形量是不同的,且由于容器本身的形状约束,变形是不自由的,各部位的变形相互制约,这就在焊缝本身及其附近区域造成了很大的焊接应力。

焊接应力产生的另一个原因,是由于焊接热影响区的金属,在高温和温度剧变的条件下,发生了组织变化,从而也发生了焊接应力。

焊接应力的存在,对容器的强度和安全性产生十分不利的影响。

焊接应力首先是造成了焊接部位的局部塑性变形,而造成局部应力集中;其次是产生了焊接裂纹。另外,当焊缝附近有开孔、接管或两个不同形状部件的连接处,这些部位的峰值应力和不连续应力,就会和焊缝处的焊接应力相迭加,造成更为不利的应力状态,成为导致容器失效的根源。

在焊接过程中还往往会产生其他内部缺陷,如夹渣、气孔、未焊缝、裂纹等等。

例如未焊透,未焊透是指基本金属和金属局部未熔合型缺陷。未焊透是焊缝上存在的一个缺口,因此,往往是导致脆性破坏的起裂点,作交变荷作用下,也会导致疲劳破坏。

三、即使合理而正确地进行焊接结构的设计,也存在结构本身不够合理,和焊缝外部形状和尺寸的缺陷造成的应力集中。

例如:1.对于不等厚板的对接焊缝,虽然采取了削薄处理,仍有相当高的应力集中。

2.角接结构的应力集中最严重。

3.焊缝外部形状和尺寸的主要陷缺是错边、角变形、咬边、未焊满或焊缝加强高过高。

错边是指对接焊缝的两个接头不平齐而产生的错位。角变形是指对接焊缝的两边虽已对平,但两块板的中心线不在一条直线或一条线上。这两种缺陷会在焊缝局部因结构不连续而产生应力集中,甚至会在基本金属和熔注金属的交接表面产生裂纹。

咬边是指焊缝和基本金属之间出现的凹陷,焊缝的咬边会引起应力集中。

综上所述,即使采用合理结构设计,采用十分成熟的焊接工艺,也难免在焊缝中残留这样那样的缺陷。焊缝依然是压力容器薄弱环节之一。针对这一事实,为了提高压力容器的安全性,在提高设计、制造质量的同时,对于在压力容器,焊缝质量应作为检验检查的重点,从而控制、排除隐患,提高压力容器安全水平。□ (编辑/穆杨)