压力容器焊接缺陷与预防

王锦

摘要：焊接质量对压力容器的寿命和安全运行起着关键作用，对其焊接中产生缺陷的原因进行分析和预防是保证压力容器致密性和强度的关键，本文详细介绍压力容器焊接中常见的缺陷并提出预防措施。

关键词：压力容器；焊接；缺陷；预防

1 前言

随着工业现代化进程的推进，压力容器已在石油化工工业等国民经济领域中得到广泛运用。压力容器的焊接质量与压力容器的强度、致密性、使用寿命密切相关。同时，在压力容器焊接中经常会出现一些缺陷，这些缺陷对焊接容器的稳定性以及工作均会造成巨大的影响。因此，研究和探讨压力容器焊接常见缺陷及防治措施具有重要的现实意义。

2 控制压力容器焊接缺陷的重要意义

压力容器是指盛装液体或者气体并承载一定压力的密闭设备。压力容器包括贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器等。压力容器主要用于石油化工工业、能源工业、物料贮运、科研、医疗等国民经济生活中。压力容器的制造的总工作量的30%以上与焊接工作有关。同时研究表明压力容器90%的事故与焊接缺陷相关。因此，控制焊接質量是压力容器致密性和强度的保证，有助于压力容器正常、安全工作并提高使用寿命，保障人们的生命财产安全。

3 压力容器常见焊接缺陷及产生原因、预防措施

压力容器焊接缺陷种类很多，按其位置不同可分为外部缺陷和内部缺陷，依据NB/T47013-2015中对焊接接头中的缺陷按性质可分为裂纹、未融合、未焊透、条形缺陷和圆形缺陷共五类，下面介绍焊接缺陷产生的原因和预防措施。

外部缺陷：存在于焊缝表面，用肉眼或借助于低倍放大镜可直接观察，如焊缝尺寸超标、咬边、焊瘤、表面气孔、表面裂纹、弧坑等。

内部缺陷：存在于焊缝内部，如气孔、夹渣、未溶合、未焊透、裂纹、层状撕裂等。

3.1 焊瘤

焊瘤是指熔化金属流淌到焊缝以外未熔化的母材上所形成的局部未熔合。

产生原因：焊接参数选择不当；坡口清理不干净；电弧热损失在氧化皮上；使母材未熔化。

预防措施：正确选择焊接规范、正确掌握运条方法、灵活调整焊条角度、控制弧长、根部间隙不能过大等。

3.2 弧坑

弧坑是由于收弧和断弧不当在焊道末端形成的低洼部分。

产生原因：焊丝或者焊条停留时间短，填充金属不够。

预防措施：采用收弧电流（小于焊接电流60%）停留在弧坑一定时间，用焊丝填满弧坑，能够防止产生弧坑缺陷。

3.3 咬边

焊缝边缘留下的凹陷，称为咬边。咬边减小了母材接头的工作截面，从而在咬边处造成应力集中，不锈钢压力容器和要求100%射线探伤的压力容器的受压元件焊缝是不允许存在咬边的，要求20%射线探伤的压力容器的受压元件焊缝对咬边的长度和深度也有所限制。

产生原因：由于焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等。埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因，都会造成焊件被熔化去一定深度，而填充金属又未能及时填满而造成咬边。

预防措施：选择合适的焊接电流和运条手法，随时注意控制焊条角度和电弧长度；埋弧焊工艺参数要合适，特别要注意焊接速度不宜过高，焊机轨道要平整。

3.4 裂纹

裂纹是压力容器危害性较大的缺陷之一，裂纹主要有横裂纹、纵裂纹、星裂纹。按裂纹的位置、裂纹形成原因还有具体分类。

产生原因：在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。焊接裂纹成因复杂，形态各异，极易扩展，有很多不可预见的因素，因此必须要高度重视焊接裂纹的处理。

预防措施：严格控制焊接工艺参数、减慢冷却速度、适当提高焊缝形状系数、尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；同时要认真执行焊接工艺规程，选取合理的焊接工艺程序，以防止焊接裂纹的产生。

3.5 未融合

未融合是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未融化结合在一起的缺陷。

产生原因：①焊接热输入太低；②电弧指向偏斜；③坡口侧壁有绣垢及污物；④层间清渣不彻底等。

预防未融合措施：①适当加大的焊接电流；②正确地选择焊接工艺参数；③注意坡口及层间部位的清洁。

3.6 未焊透

未焊透是焊接时接头根部未完全熔透，对于对接焊缝也指焊缝深度未达要求。指母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。

产生原因：焊接电流小，熔深浅；坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大；磁偏吹影响；焊条偏芯度太大；层间及焊根清理不良。

预防未焊透措施：使用较大电流来焊接是预防未焊透的基本方法；焊角焊缝时，用交流代替直流以预防磁偏吹；合理设计坡口并加强清理；用短弧焊等措施。

3.7 夹渣

夹渣是指焊后溶渣残存在焊缝中的现象。夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。

产生原因：焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度或焊接电流太小，或焊接速度过快。在使用酸性焊条时，由于电流太小或运条不当形成“糊渣”；使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。进行埋弧焊封底时，焊丝偏离焊缝中心，也易形成夹渣。

预防措施：正确选取坡口尺寸，认真清理坡口边缘，选用合适的焊接电流和焊接速度，运条摆动要适当。多层焊时，应仔细观察坡口两侧熔化情况，每焊一层都要认真清理焊渣。封底焊渣应彻底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。

3.8 焊缝

缝焊是用一对滚盘电极代替点焊的圆柱形电极，与工件作相对运动，从而产生一个个熔核相互搭叠的密封焊缝的焊接方法。

产生原因：化学成分或组织成分不符合要求：焊材与母材匹配不当，或焊接过程中元素烧损等原因，容易使焊缝金属的化学成份发生变化，或造成焊缝组织不符合要求。这可能带来焊缝的力学性能的下降，还会影响接头的耐蚀性能。

预防措施：选用相匹配的焊材与母材进行焊接。

4 其他原因

4.1 条形缺陷和圆形缺陷

（1）条形缺陷长宽比大于3的气孔、夹渣和夹钨等缺陷。

（2）圆形缺陷长宽比不大于3的气孔、夹渣和夹钨等缺陷。

4.2 过热和过烧

若焊接规范使用不当，热影响区长时间在高温下停留，会使晶粒变得粗大，即出现过热组织。若温度进一步升高，停留时间加长，可能使晶界发生氧化或局部熔化，出现过烧组织。过热可通过热处理来消除，而过烧是不可逆转的缺陷。

5 结语

压力容器的质量与焊接质量密切相关。企业应当根据自身的实际情况，找出对焊接的不利因素，对劳动者加强培训，对焊接材料、焊接工艺和规范、焊接过程控制等方面进行质量控制，可有效保证压力容器的焊接质量。压力容器焊接缺陷的防治既要注重从预防和控制两个方面入手，也要从工艺的升级以及各项管理制度、工艺规范的执行方面入手。只有把握好各个环节，才能保证压力容器的焊接质量。

参考文献

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（作者单位：山东普利龙压力容器有限公司）