化工设备焊接中常见的缺陷及其控制措施

＊费罗挺

（浙江国际海运职业技术学院 浙江 316000）

前言

焊接主要是通过加热将材料接合在一起形成整体结构，这一制造工艺在设备制造中的应用较为广泛，并且比传统的铆接等方式更具优势，不仅简化安装流程，还具有较强的密封性。化工工程存在大量的焊接工作，化工设备的焊接质量对化工装置安全生产有着重要的意义，但是，由于多种因素的影响，导致化工设备焊接中出现各种缺陷问题，因此，作业人员应提高重视，并采取相应的控制措施，保证焊接质量。

1.化工设备焊接质量的影响因素

(1)焊材管理不当

在化工设备焊接过程中，需要焊丝、焊条等多种焊接材料，一般情况下由施工方负责采买，但是在实际管理与执行中存在一定的问题。首先，部分施工方为了减少成本，在采购环节购买质量不达标的焊材，进而影响化工设备的焊接质量。其次，在焊材的管理过程中，材料领取、发放等流程过于形式化，没有专门的人员负责，对于焊材的具体使用情况缺乏跟踪管理，无法及时回收剩余的焊条，焊工常常凭借经验领取焊材。最后，焊材的储存保管缺乏规范性，比较常见的现象为，焊材的保温筒没有盖子或者没有连接电源等，甚至部分单位为了应付价差而使用不合格的保温筒，导致焊条受潮，无法投入使用。

(2)焊接工艺不到位

焊工的水平对焊接质量有着直接影响，焊工的焊接工艺不到位是影响焊接质量的一大因素，不仅造成材料浪费，还严重影响焊接质量与焊接安全。一方面，部分焊工没有资格证书，或者所有的焊接资格与承担的焊接工作存在出入，甚至部分评定合格的焊接工艺指导书只是用于应付检查。另一方面，焊工在具体焊接过程中，为了节省焊条或者提升焊接速度，私自更改焊接工艺，没有严格按照焊接工艺流程执行，以至于加大焊接缺陷的发生概率，出现气孔、夹渣等各种缺陷。同时，部分焊工为提高生产效率，私自将电流提高，导致焊条燃烧过度，以至于焊缝线能量过大，改变焊缝组织，进而出现焊接缺陷，严重影响焊接质量。

(3)忽略焊接环境

化工设备的工作环境大多较为恶劣，只有保证焊接质量，才能够为化工设备的顺利运行提供保障。在化工设备的焊接过程中，焊接的环境对焊接质量有着较大的影响，部分施工方为了加快进度、降低成本，没有重视焊接环境带来的影响，即使在风雨等恶劣环境下，也没有采取相应的防护措施，忽略焊接环境对焊接质量的影响，导致各种焊接缺陷的发生。

2.化工设备焊接中常见的缺陷

(1)焊缝内部缺陷

①裂纹

夹渣是化工设备焊接中常见的一种现象在夹渣成形区域，极易出现裂纹。夹渣缺陷的发生主要是由于边缘、层间没有清理干净，在焊接过程中，焊接的电流比较小，并且运条控制存在问题，从而导致熔渣、铁水没有分离开。裂纹分为两种，一种为热裂纹，一种为冷裂纹，热裂纹是在熔池结晶之后出现的，在断口处会发生氧化反应。一般情况下，热裂纹主要出现在焊缝处，在设备焊接过程中，焊缝开始升温，金属遇热之后会发生膨胀，但又会被周边金属所限制，在冷却时，金属体积收缩，而周边金属对焊缝产生拉应力，导致裂纹出现。冷裂纹一般发生与高强度钢、低合金等区域，冷裂纹在焊接后会快速出现，并且会延伸，钢铁淬硬倾向越大，冷裂纹的发生概率越大。

②气孔

焊缝气孔主要分为三种，即氢气孔、一氧化碳气孔、氮气孔。氢气孔：在高温环境下，氢在液体中有很大的溶解度，大量氢溶进焊缝熔池之内，热源离开后，焊缝熔池会快速冷却，氢溶解度快速下降，出现氢气，并产生氢气孔。一氧化碳气孔：熔池氧化比较严重的时候，熔池内会出现大量氧化亚铁，而熔池温度降低时，则会发生反应，如果熔池出现结晶现象，一氧化碳无法及时溢出，则会出现一氧化碳气孔，熔池氧化程度越严重，碳含量则越高，一氧化碳气孔的发生概率则越大[1]。氮气孔：熔池保护不好的时候，空气中的氮会溶入熔池内，从而产生氮气孔。气孔缺陷的出现不仅会减少焊缝有效面积，还会降低强度、塑性等，出现气孔缺陷的主要原因是清理工作不到位，使得金属在高温环境下吸附过多气体，在冷却时速度过快，气体无法快速浮出。

③未焊透

在化工设备焊接中，未焊透是常见的一种焊接缺陷，主要发生在根部、层间、中心、边缘等位置。未焊透造成的影响比较突出，接头处的强度会明显减弱，在具体使用过程中很容易因外力作用而损坏，从而出现裂纹。未焊透缺陷的发生原因比较多，其中包括焊接速度不合适、电流大小不合理、加热不够、坡口角度和间隙不合适等等，一旦出现未焊透缺陷，应立马铲除，并进行补焊。

(2)焊缝外部缺陷

①焊缝尺寸不达标。焊缝尺寸没有达到标准要求是化工设备焊接中常见的外部缺陷之一，该缺陷主要包含两方面内容，一种是焊缝宽度过宽、过窄，且宽窄不一；另一种是余高缺陷，过高或过低，出现高低不平等现象。焊缝尺寸不达标主要是由于焊工在实际操作过程中出现问题，焊工专业水平有限，在实际焊接过程中操作不到位，导致焊接电流过小、焊速过快、焊弧过长，从而导致焊接宽窄不一[2]。

②咬边。咬边是化工设备焊接中常见的一种外部缺陷，主要发生在焊缝边缘的母材中，在电弧的高温影响下，熔成凹槽，该缺陷的发生大大降低焊接强度，集中局部应力。在化工设备焊接过程中，一般常见的咬边为局部深度超标的咬边，出现连续咬边的现象不常见，咬边缺陷的产生会降低焊接强度，特别是对于尖锐的沟槽，极易集中应力。咬边缺陷的出现主要是因为在实际焊接中电流过大，焊条和工件之间的夹角与标准要求不相吻合，且焊速、运条速度缺乏协调性，焊接周边的金属被高温电弧熔化，在吹走之后也很难立即不足，从而形成咬边。

③焊瘤。焊瘤指的是在化工设备焊接过程中，焊条在高温环境下熔化形成液体，并流到母材上，由于母材温度较低、加热时间不够，导致两者无法融合，从而堆积成金属瘤，即为焊瘤。出现焊瘤缺陷的原因主要有三种，A.化工设备焊接中的电流过大，金属焊条快速熔化而造成焊瘤；B.化工设备焊接的速度过慢，焊条熔化导致金属溢出而形成焊瘤；C.金属焊条偏斜的角度过大，其中一边的金属熔化过快、过多，导致焊瘤的出现。

④弧坑。在熄弧处，如果金属量填充过少，则会呈现明显的缺肉情况，即为弧坑，弧坑缺陷主要是由于焊接过程中电流过大、熄弧时间过短，从而产生弧坑。弧坑缺陷带来的影响非常大，弧坑所在位置极易产生龟裂情况，严重降低接头的强度，所以，将弧坑填满来收弧或者在收弧板上完成收弧。

⑤烧穿。烧穿缺陷在化工设备焊接中比较常见，并且产生的后果十分严重，烧穿缺陷通常发生在较薄的板式结构焊接过程中，由于焊接的速度过慢、焊接的电流过大、装配间隙过大等，导致烧穿缺陷的发生，这一后果十分严重，在焊接过程中禁止发生烧穿缺陷。

3.化工设备焊接缺陷的控制措施

（1）做好焊接准备工作。在化工设备焊接之前，应做好相应的准备工作。一方面，准备好焊接工件，由于化工设备体积较大、结构复杂，一些特殊设备很难运输。工作人员应全面了解焊接组件，做好技术交底工作，合理指导焊接工序，并制定相应的施工方案，为后续工作的开展提供指导。在设备焊接之前，合理选择焊接材料，根据实际需求选择相应的焊条、焊丝等材料，并做好焊接材料的质检工作，对材料尺寸、形式等进行全面检查，确保符合焊接要求[3]。另一方面，准备好焊接设备，例如焊接电源、辅助设备等等，确保满足焊接工作的实际需求，以提高焊接效率和焊接质量。比较常见的焊接辅助设备有电弧焊机等，设备不同相应的使用方式也各不相同，工作人员应结合实际焊接需求，选择合适的设备。最后，焊接工艺的准备，焊接工艺的类型较多，准备较为繁琐，其中包括焊接工艺指令卡等，应结合实际需求进行选择，并做好性能测试。针对焊材、电流等，应妥善处理，对材料性能进行全面分析，确保焊接效果。

（2）焊接位置的确认。焊接位置的确认是控制化工设备焊接缺陷的关键，并且能够增强位置确认的精准性。首先，从人员管理层面出发，强化焊接人员以及技术队伍的管理。在员工交接期间，加强人员管理，防止因技术队伍对焊接位置产生分歧而造成焊接位置出错，不同技术工作组的人员应加强沟通，企业应不定期组织开展会议以及培训活动，增强技术工作组负责人员的责任感，明确其对焊接位置确认的一致性。针对不同技术工作组的焊接工作，企业应加强监管，避免焊接缺陷的发生。对于新上岗的焊接人员，应组织开展岗前培训，达到培训要求之后才能够上岗工作，并在员工配置方面，采取一带一策略，由一名老员工带领一名新员工，增强新员工的工作经验。其次，提升焊接人员的专业水平。在化工设备焊接工作中，相关技术人员应具有一定的判断能力，能够对焊接材料的性能有较高的认知，并精准选择焊接位置。同时，技术人员还应具有一定的定位能力，合理安排钢板焊接点，技术工作组对化工设备应有全面地了解，明确设备的实际用途，通过采取相应的焊接技术，延长焊接设备的使用期限。

（3）焊接材料的控制。焊接材料质量的把控是解决焊接缺陷的有效手段，首先，合理选择焊接材料。对于不同的化工设备，应选择不同的焊接材料，例如，压力容设备主要是对成型钢板进行焊接，应选择密封性较好的焊接材料，并综合考虑焊接尺寸、型号、缝隙等多种因素，选择合适的材料，防止出现咬合不紧等现象。其次，合理保管焊接材料。化工设备的焊接工作周期较长，在焊接过程中，一般采取分批的形式将焊接材料运输至车间，而材料的性能会受到周边环境的影响，极易发生变化。因此，化工企业应注重焊接材料的储存保管，创造良好的储存环境，并优化保管制度，严格规范工作人员的行为，避免出现人为因素造成的材料失效、损毁等。最后，对材料与焊接需求的适配性进行监督。焊接材料是否适用，通常需要经过长时间的实践，因此，焊接人员应加强对设备运行的监管，一旦发现其中存在的问题，应及时采取措施加以补救。

（4）升级焊接热力控制方式。在化工设备焊接期间，升级焊接热力控制有助于解决因热力控制不均衡而导致的空鼓、裂纹问题，保证焊接面的平整，避免因成分不一致的问题而造成开裂，从而有效提升设备运行的安全性。首先，合理把控焊接电流。企业应增强电网设备的管理，并构建断电应急方案，确保发电设备的正常运行，定期对企业电力设施进行检修，保证焊接电压的稳定。其次，使用合适的焊接设备。焊接设备不同，相应的热力控制效果也有所不同，企业应重视焊接设备的升级，加大研发资金的投入，研发新的焊接设备，保证焊接工作的顺利进行，并增强员工对焊接设备的熟悉度。最后，结合不同需求采用合适的焊接材料。在焊接过程中，最好选择热能比较稳定的焊接材料，钼、钒元素都是比较适合的材料[4]。热力控制技术在焊接中十分重要，技术人员在熟悉设备的同时，能够结合设备的实际情况，合理把控热源与焊接设备之间的距离，控制好焊接的间隔时限，以保证受热均匀，避免出现空鼓等缺陷。

（5）充分利用焊接找平技术。针对化工设备焊接中出现的弧坑缺陷，应充分利用焊接找平技术，在焊接过程中控制气体的进入，通过升级焊接找平技术的标准，将气泡数量控制在可接受范围之内。首先，升级材料冷却技术，在焊接过程中，防止含有氰化物、水分的成分融入其中，以免产生气泡。针对母材的温度，在焊接期间应合理把控，并增强焊接材料对氢气的溶解性，防止热裂纹缺陷的出现。同时，合理把控膨胀系数，对于焊接后的冷却，应合理把控冷却的时间，合理把控焊接缝张力和拉力的方向，并借助压力释放控制技术，最大程度减少焊接缺陷的产生。其次，做好焊接材料的预处理工作。在焊接之前，采取抛光、打磨等多种措施，将材料表层的杂质除去，确保化学成分的一致性，并控制好车间空气成分，避免空气环境对材料产生影响[5]。最后，控制裂纹缺陷。热裂纹、冷裂纹都是焊接中可能出现的缺陷，对于不同的裂纹缺陷，应采取不同的措施，热裂纹一般是在熔池结晶后出现的，通过观察焊接期间设备的颜色，改善熔池结晶的分布情况，有效预防热裂纹的出现。

（6）加强焊接质量检验。焊接质量检验是控制质量的关键，也是设备正常运行的重要基础，若是检验不合格，应规定不得进入后续的工序。首先，全面检查焊接结构的尺寸，这也是焊接检验的必要检查项目，应严格按照图纸要求进行检验，查找是否存在明显缺陷，或者是否存在尺寸不合理等现象。其次，磁粉检测或者渗透检测。前者是将工件磁化，根据缺陷处因为漏磁形成局部磁场现象，借助磁粉显示出缺陷，该方法一般在铁磁性材料检验中较为常用，其主要流程为：工件表面进行预处理，工件磁化，在工件表层添加磁粉，开始检验，并做好相应的记录工作，完成退磁。后者主要是依据毛细现象使得渗透乳渗入缺陷这一原理展开的，通过这样的方式完成检验，此方法一般在非磁性材料的检验中较为常用[6]。最后，超声波探伤或者射线探伤。前者主要是借助超声透入金属深处，从一个截面进到另外一个截面的时候，边缘会出现反射，通过这样的方式检验零件是否存在缺陷，超声波束从零件的表层透入金属深处，一旦出现缺陷或者遇到底面时，便会出现反射波束，并形成脉冲波形，以此能够准确判断缺陷的具体位置以及范围。后者主要是借助射线穿入物质，以此发现内部存在的缺陷。

4.结语

化工设备焊接中常见的缺陷类型比较多，一般包括裂纹、气孔等内部缺陷以及焊瘤、弧坑、咬边等外部缺陷，针对不同的焊接缺陷，通过做好焊接准备工作、焊接位置的确认、升级焊接热力控制方式、加强焊接质量检验等，有效控制焊接缺陷，提升焊接水平，保证化工设备的正常运行。