压力容器缺陷及处理分析

王傲 唐伟　刘禾

摘 要：工业的发展和进步使压力容器适用范围越来越广，作为一种承压设备，压力容器种类较多，可在石油化工和机械加工等行业内发挥重要的作用。基于此，本文以压力容器作为研究对象，分析当前压力容器在使用过程中存在的几点缺陷问题，针对腐蚀问题和焊接问题提出有效措施，并将无损检测技术用于其中，做好压力容器管道裂纹的检验工作，使其更好的适应不同生产环境。

关键词：压力容器;质量检验;缺陷处理

压力容器在结构上存在一定的复杂性，为了适应各领域的生产需要，压力容器被设计的十分专业，针对不同种类的压力容器，设备运行过程中需要做好相应的保护工作。压力容器设备对安全性提出了较高的要求，运行时时刻面临着易燃易爆风险，如果不及时处理缺陷问题，将会引发严重的安全事故。因此，有必要做好检测工作，加强对缺陷问题的及时检验与处理。

1 压力容器的缺陷分析

1.1 表面缺陷

压力容器的表面缺陷有很多种，比如腐蚀问题、表面裂纹问题、机械损伤、工具焊迹问题。缺陷的存在会让压力容器表面无法平整，甚至厚度不均匀，导致压力容器受到不均匀的压力影响而应力集中，集中部位因此而产生裂纹，最终引发爆炸性事故。表面裂纹的产生原因主要来自于机械损伤与电弧灼伤，如果压力容器表面存在裂纹，应当立即打磨。腐蚀性问题也是压力容器的常见缺陷，金属材料和介质接触而产生电化学反应，压力容器的腐蚀性问题主要分为均匀腐蚀、局部腐蚀、点腐蚀三种，检测人员需要根据壁厚情况了解腐蚀的程度。

1.2 裂紋、气孔、夹渣等内部缺陷

压力容器的内部缺陷问题主要包含未熔合、气孔、裂纹以及夹渣等，一旦发现以上问题，应立即安排专业人员进行处理。如果裂纹的深度较大，特别是穿透性裂纹，应使用无损检测技术了解缺陷的具体情况。内部缺陷问题会导致压力容器焊缝截面积变小，降低其承载能力和抗疲劳程度。与表面缺陷相比，内部缺陷问题难以用肉眼发现，检测时只能使用超声探伤和射线探伤的方法进行分析[1]。焊接气孔的存在会导致应力集中而产生焊缝断裂的裂纹源。冶金气孔有氢气孔、氮气孔，工艺气孔多分布在焊缝的中心位置。结晶裂纹和焊缝在结晶中处于固相线附近的温度范围内，凝固金属收缩，残余液相不足，承受拉应力的同时而出现开裂。焊缝在凝固时会以树枝状结晶的方式进行，焊缝内的化学成分不均匀，杂质元素越多，该现象就会越严重。液化裂纹和结晶裂纹的形成机理不同，是固态母材在热循环峰值温度下因晶间层重新溶化而产生的。

2 压力容器缺陷的处理方法

2.1 解决压力容器使用中的腐蚀问题和焊接缺陷问题

加强对压力容器外部工作环境的注意，对于容器表面腐蚀的特点，防止压力容器在潮湿的环境中工作，保证其处于通风干燥的环境下运行。对于内部环境引发的腐蚀问题，压力容器内部介质腐蚀性很强，如果无法采用合适的耐腐蚀金属材料，可使用带有橡胶、玻璃钢、不锈钢以及聚四氟乙烯的材料，按照压力容器内部的介质特性和工作压力情况，最终确定内部材料。其中，不锈钢和钛适合用在对压力与温度有着较高要求的工作环境，但成本较高。尽可能的选择屈服强度在220MPa以下的低碳钢材料，在此基础上展开焊接工艺。压力容器焊接问题的解决可以从以下两方面入手：①冶金方面。控制焊缝内有害杂质含量，将被焊金属与焊丝中S和P的质量分数控制在0.04%之内。调整焊缝的化学成分，对低熔点相与共晶组织数量加以控制，适当加入合金元素，细化晶粒;②焊接工艺方面。焊接之前预热材料，焊接之后通过固溶与时效处理的方式可以有效消除裂纹;③及时做好腐蚀介质的处理工作，脱除有可能引发压力容器严重腐蚀的有害成分，使用缓蚀剂和抗垢剂抑制腐蚀，减轻腐蚀速度，提升压力容器的抗腐蚀能力，尽可能的延长设备使用寿命。

2.2 加强对压力容器的无损检测

2.2.1 射线检测与超声检测

射线探伤法以X射线和γ射线为原理，射线强度的衰减会伴随压力容器内部结构而改变，从而对胶片的感光度产生影响。人们在分析感光度的同时就能得知此时压力容器是否存在缺陷问题。检验过程中，射线检测方式多用于不锈钢、铝合金、铜合金等金属受压元件焊接接头部位的检测，因投照角度不同，射线检测技术能够直观的了解压力容器的内部缺陷问题，但无法对压力容器表面裂纹检测出来。超声探伤技术的应用依靠了超声波的穿透能力，采用超声波反射、散射、波形转换等形式检测压力容器的几何特征和力学性能。

2.2.2 衍射时差法检测

金属材料和零件在制造的过程中容易出现表面垂直裂纹缺陷危害。常规的脉冲回波检测方法难以将入射声波和缺陷反射波垂直，导致缺陷问题无法被检测出。如果需要得到该类缺陷在厚度方面的取向长度定量信息，建议采用衍射时差法进行缺陷的检测。这种方法以超声衍射为原理，属于无损检测技术中的一种，与脉冲回波法不同，它能够提供更加先进的缺陷检测与定量能力。衍射时差法也被称为TOFD检测方法，与脉冲反射法相对而言，TOFD检测技术对压力容器缺陷的检出率和检测精度更高。该技术以衍射信号为基础，检测压力容器缺陷时不会受到方向性的影响，且缺陷的检测能够以图像的形式展现出来，所有缺陷信息科拥有保存。TOFD检测技术支持全自动数据采集方式，不会受到过多的人为影响，检测范围较大，可对12mm以上厚度的工件对接头进行探伤。虽然TOFD检测方法不基于波幅，但如果波形信号不强，且波幅过低，这将对缺陷定量产生影响。因此，可以参考试块中的横通孔科学设置灵敏度，将反射信号波幅设置成80%满屏高。

2.2.3 磁粉检测

强磁场环境中，铁磁材料发生磁化后，材料表面不连续处会产生磁导率变化，从而导致磁感应线溢出压力容器而产生漏磁场。吸附压力容器表面的磁粉后，光照作用下能够看到磁显痕迹，从而检测出压力容器铁磁表面微米大小的缺陷问题。但与其他检测技术相比，磁粉检测只适合用在铁磁材料表面的缺陷检测，不适合用于多孔材料中，所以无法检测出压力容器的内部缺陷问题。使用CJW-2000型荧光磁粉探伤机，可全方面检测压力容器表面和近表面因锻压、淬火、研磨、疲劳而引起的裂痕及夹渣等细微的缺陷。

2.2.4 渗透检测

渗透检测能够有效的用在非多孔性金属和非金属材料当中，比如陶瓷制品的检验或石墨类制品的检验。压力容器渗透检测的最佳适宜温度在20℃左右，最低为10℃，最高为40℃。实际检测当中，应根据受检焊接接头表面和缺陷表面是否存在干扰渗透检测的固体或者液体污染物，以此确保渗透检测工艺的成功。清洗焊接接头部位时，产生的残留物会妨碍渗透液对缺陷的深入，如果残留物为强碱或强酸物质，物质可能与渗透液产生有害反应。因此，应当将零件受检表面固体或液体污染物及时清理干净。在压力容器表面喷涂渗透剂，渗透剂中带有着色染料与荧光染料，经过毛细作用后，如果压力容器表面有缺陷问题，渗透剂就会将表面填满。将多余的渗透剂擦干净，使压力容器表面保持干燥，再使用显像剂，通过光照即可发现缺陷问题。

3 总结

总而言之，面对压力容器的各类缺陷问题，有必要优选焊接材料，明确焊接工艺，按照相应的操作规范完成压力容器的焊接工作，以此提升压力容器焊接作业质量，保证设备的稳定运行。通过射线检测与超声检测、衍射时差法检测、磁粉检测、渗透检测等无损检测技术的应用，尽可能的延长压力容器的使用寿命，保证设备高效运行。

参考文献：

[1]庞振夺.在用压力容器主要缺陷分析及预防措施分析[J].中国设备工程，2020（10）：149-150.

[2]闫虎刚.压力容器焊接工艺评定常见问题分析及解决措施[J].化工管理，2020（14）：133-134.

作者简介：

王傲（1991- ），性别：男，民族：汉，籍贯：山东省莘县，学历：本科，毕业于哈尔滨工业大学;现有职称：初级;研究方向：检验检测。