化工设备焊接常见问题及焊接返修工艺

王彦涛(中海油(天津)管道工程技术有限公司，天津 300452)

0 引言

焊接是透过加热、加压等方式将金属与金属结合的技术或方法，焊接是化工设备制造过程中重要环节，焊接质量直接影响到设备的运行稳定性、安全性。但在焊接过程中，由于焊接材料、工艺、技术、外部环境条件等原因，可能会出现许多问题，例如：焊咬边、飞溅金属、裂纹和工件变形等，这些都会直接影响设备稳定性和安全性。因此，必须严格控制焊接工艺，减少焊接缺陷并提高焊接质量。

1 化工设备的结构特点

不同于其他通用设备，化工设备有其特殊性。许多化工生产是在高温高压下进行的，设备应在温度、压力、流量、材料腐蚀性能下配备足够的密封性和机械强度。化工生产装置，均由多个设备组成，需要设备和管道、阀门、仪器、仪表、电路和其他设施之间的可靠协同作用和兼容性。而且化工企业都需要生产设备有较长的使用寿命，在设备制造过程中需要充分考虑磨损、腐蚀等因素，以确保足够的寿命[1]。

2 导致焊接质量问题的影响因素

焊接技术过程复杂，对于焊接质量问题，了解其影响因素对解决焊接问题非常重要。影响焊接质量的因素包括：第一，焊接前材料的清理，以及焊接不牢或金属四处飞溅，则可能影响焊接质量。第二，当电流不稳定时，焊接零件在焊接时变形，如果电流非常高，则可能导致焊咬边。第三，控制焊接时间很重要。为了控制时间，必须正确确定焊接电流和焊接材料质量，掌握焊口情况，从而确定焊接时间，否则焊接会变得不牢固。第四，焊接过程中外部环境极有可能发生变化。实际焊接时，通常会出现以下的影响因素：确定焊接位置的差异、环境中的变更或使用不清洁材料。第五，焊接顺序不当也可能影响焊接质量，造成焊接不牢固。焊接时，必须根据焊接技术的要求选择焊条。如果未选取合适的焊条，或焊料的存储环境不合适，则会降低焊接质量[2]。

3 化工设备制造中焊接注意事项

3.1 选择合适的焊接材料

选择合适的焊接材料优化焊接工艺是保证化工设备焊接质量的基本要求。第一，企业必须通过正式渠道管理焊接材料的采购和储存，并通过相关专业人员的质量检查记录焊接材料的采购。对于采购的焊接材料，必须按照相关标准进行适当的保管，进行定期检查，确保库存环境满足焊接材料的质量要求。第二，焊接之前要检查焊接材料如焊材、焊剂、焊丝是否完好，以避免在焊接过程中使用生锈或潮湿的焊接材料，然后全面分析焊接材料的主要性能，并记录常用材料的焊接参数。对于新焊接材料，必须在使用材料之前进行反复检查和分析，以确保所选材料的性能满足要求。

3.2 加强现场焊接技术的管理

改进现场技术管理对确保化工设备焊接质量至关重要。通过全体员工的技术交流提高焊接能力和焊接质量管理的重要性。例如，在高压设备接头焊接位置时，应预先培训焊接人员并定期考核。焊接人员必须持有相应的焊接工作证书，负责任地工作，严格遵守劳动纪律，在焊接操作之前确认重要的焊接环节，使用规定的焊接技术，并严格遵守焊接计划。

3.3 引进先进的焊接设备和检测技术

企业应积极引进先进的焊接设备，采用先进的焊接工艺，这不仅能提高焊接工作效率，而且可以提高焊接质量。产品焊接后，技术人员还要采用无损检测进行内部质量检查，采用相关仪器和新技术对焊缝内部质量进行验收。

4 焊接中常见问题及处理措施

焊接过程中使用的材料不同，工艺也不同，采取的技术也不同。为了保证质量，必须识别焊接技术中常见的问题，并相应地控制所有影响因素。

4.1 工件变形及预防措施

如果工件的焊接位置在焊接过程中变形，不仅影响外观，而且会影响工件的质量。工件最常见的变形是焊缝长度和宽度不足、宽窄不一致、焊接位置不均匀或焊缝不均匀。焊接工件变形的主要原因是：第一，如果刚度不均匀，在焊接时工件易变形；第二，焊接时工件焊缝未均匀调整，因此收缩位置不均匀，可能导致工件变形问题；第三，在焊接过程中存在不同的电气和方向特定的电流波动，也会引起变形；第四，因为工件未放平，或者焊接坡度不符合要求，也会使工件发生变形。

为了避免工件焊接时出现变形问题，需要采取适当的预防措施。选取材料时，工件要刚度均匀，放置焊缝时要保持一致。焊接必须按照一定的顺序进行，按照主要区域首先焊接的合理顺序进行，次要区域后焊接；对称零件在非对称零件之前焊接。焊接过程中电流、速度、方向必须一致。焊接时还必须正确翻动工件，可变形工件必须采取适当的预防措施。不同材质的材料，需要选用不同的焊接方法，根据具体情况选取有助于避免工件变形的方法[3-4]。

4.2 焊接裂纹及预防措施

焊缝裂纹是焊接中最常见的问题，会严重影响设备的质量及运行过程中的安全性。焊接裂纹的产生主要是由于电流波动或短路等因素，金属材料焊接过程中的焊接强度可能会受到影响，带有焊接裂纹的设备或焊件很容易出现突然断裂的情况，在运行过程中造成物料泄漏，引发起火、爆炸、污染等安全事故。

产生焊缝裂纹具体的原因有：一是氢效应，焊接材料表面残留一定量的氢、焊缝温度高以及金属氢轻微扩散到空气中，导致焊接表面有气泡出现明显裂缝；二是焊缝根部形状的影响，如果焊缝合金不正确，可能导致焊缝形状和厚度恶化，从而大大增加焊缝裂纹的可能性，影响焊缝的机械性能；三是人为焊接控制因素不够充分，采用了比较低的焊接标准，不能满足设计要求，从而可能造成更多的裂纹。此外，一些现场杂乱无章，组织管理和质量存在问题，也会导致裂缝。

如何防止突如其来的断裂，施工过程中突然出现断裂是极其严重的，因为有些施工方可能会选择质量差或低廉材料来节省资金，或者如果设计中没有考虑到所有着力点，可能会导致突然断裂。在这种情况下，施工方还必须注意在出现裂缝时必须仔细检查这些点是否正确，并确保在焊接过程中，对于这种严重的突然断裂。为防止裂纹的产生，应首先进行焊接前热处理，控制焊接点的冷却速度，充分释放焊接点处的氢气，形成更均匀的焊接点，同时降低焊接材料的应力和淬硬性，焊接效果最适合于通常使用的热处理温度在200～250 ℃之间，加强焊接材料的预处理，例如清除材料表面的杂物，用砂纸抛光焊接表面，并在一定温度下进行烘干处理，同时提高材料结构的装配质量，准确调整材料的焊接位置，避免焊缝中的应力导致焊缝中的裂纹[5-6]。最后，需要调整焊缝顺序，优化焊缝位置，改变坡口形状，减少单侧焊缝中熔融金属量，控制焊缝厚度，有效提高焊缝质量，降低产生的拉伸应力。

4.3 焊接中的飞溅金属处理措施

如果焊接技术中出现飞溅金属，则说明有电弧产生。部分金属在电弧下熔化，而飞溅影响工件的焊接质量，增加使用焊条的数量，造成浪费，影响工件的美观度和工件质量。造成这种情况的主要原因有两个：焊条储存不当，零件未按要求烘干；选定的焊条不合适，尤其是碱性焊条，也可能出现这种情况。为了改善焊条的存储条件，还必须创造良好的焊接烘干条件，必须科学正确选择焊条种类。

5 返修管理措施

5.1 建立一个更全面的返修系统

更好的焊接接头返修系统是焊接接头质量控制的前提条件。首先，设置对焊缝返修有重大影响的控制链，对返修方案的制定提出更明确的要求。其次，应能够根据相关规定开发适合接头返修系统，并为焊缝返修确定具体工艺参数。如果经常返修工件的同一部分，焊接接头和母材形状可能会出现问题，因此同一焊接接头最多只能返修两次，这是承压设施所能承受的极限[7]。

5.2 建立返修方案

制定返修计划是返修措施的重要组成部分，因为只有建立适当的科学返修计划，才能制定适当返修方案。具体措施是：第一，缺陷原因和某些技术解决方案；第二，大缺陷的清除处理，以及正确纠正坡口；第三，焊接材料和方法的选择；第四，确定特定返修并将其应用于特定返修；第五，在检查焊接接头后，应检查工件，以确保返修后的接头符合操作要求，承压设备运行得更好。

6 焊接工艺发展趋势

6.1 焊接材料会相应地进行配置

随着技术的发展，焊接材料的生产表现为焊条用量下降，焊丝气体保护增加。表明电弧焊接的应用逐渐减少，在我国正在推动CO2焊接工艺的发展，这不仅节约了焊接材料，而且提高了能源使用效率。同时，在海洋或极端气候转换中需要耐寒、耐潮湿、抗腐蚀和坚韧的材料，要根据设备所处的不同环境，选择合适的材料配置[8]。

6.2 焊接工艺的全面发展

焊接工艺正朝着自动化、智能化技术的方向发展。焊接设备越来越多地采用机械电气工程、计算机、数字化技术等相结合，提高焊接设备的生产效率，节省时间和成本。通过广泛应用先进的设备，可以完全取代手工电焊技术，提高我国焊接工艺的总价值，从而为我国机械行业带来巨大的竞争优势。我国焊接技术的发展进展迅速，重点关注易用性、安全性、可靠性和成本效益，同时焊接产品的质量和分析对质量影响更大。

6.3 焊接工艺成为专门的系统化施工技术

焊接技术在制造过程的最后阶段应用，是制造过程的关键阶段，也是制造行业的关键制造过程。焊接工艺结合了两种工件在一起，将不同材料的材质无缝地结合在一起。而焊接产品比普通铸造零件产品的重量轻、质量好，可以制造密封性好的容器。焊接、铸造技术相结合，通过创建大型、低成本的铸造和锻焊结构来提高经济性。焊接技术随着时间的推移不断发展演变，已经从工件通过热相互连接的方式发展成了一种系统化的、专门的施工技术，如今由多学科组成，如：材料、金属、结构、机械、电子。随着该技术的发展，焊接技术得到广泛应用，广泛应用于大型机械行业，而不只是锻造装置、铸造模具等[9]。小型产品的制造也包括焊接工艺，今后将成为业界最实用、最受欢迎的技术。

7 结语

焊接质量要求随着各个行业，特别随着石化、化工、航空和电子等行业技术进步的而提高。焊接是复杂的作业，会不可避免地导致问题，并影响焊接件在使用过程中的稳定性、可靠性和安全性。因此，操作人员必须充分了解影响焊接质量的主要因素，以及焊接工艺中可能存在的问题和提高焊缝质量的措施。