壓力容器焊接常見問題與工藝改造

陳浩 溫鑫

摘要：壓力容器焊接質量的好壞直接對容器質量產生影響。在焊接過程中,其壓力容器的強度及氣密性很大程度上取決于焊接的質量，它也是容器制造中的關鍵性環節,對壓力容器的使用壽命及安全運行都有著極為重要的影響。如果存在焊接缺陷,就有可能使得壓力容器在使用過程中發生泄露或者爆炸事故。本文分析了壓力容器焊接常見問題及對策，探討了壓力容器焊接工藝改造，為日后壓力容器的安全運行意義重大。

關鍵詞：壓力容器焊接問題 工藝改造

中圖分類號：TK226文獻標識碼： A

壓力容器所選用的焊接方法、焊接工藝、焊接材料和焊接設備首先應保證焊接接頭的高質量，同時必須滿足高效、低耗、低污染的要求。壓力容器承受著容器內高溫、高壓和腐蝕性的化學成分的多重影響，因此對焊接工藝質量的要求十分高，壓力容器的焊接質量直接影響其安全運行。

一、關于壓力容器焊接常見問題分析

1.裂紋。近些年因為裂紋缺陷造成的壓力容器事故比較多，裂紋具有預見性較低、形成因素復雜、形態不一等特征，在壓力容器中焊接中不允許存在裂紋。在發現淺表裂紋的時候要擴大檢查比例，并采用磨法消除，超過規定尺寸的裂紋，應采取補焊法處理，這樣可以有效的降低裂紋的危害性。

2.焊接變形。避免焊接變形與焊工的經驗和專業知識息息相關。尤其是大型

壓力容器或瓣片式、組合式的壓力容器極易產生焊接變形。焊工在焊接的時候應當對焊接工藝和焊材有相應的認識，在實際操作中判斷會不會產生變形及變形的大小，在焊接前提前采取合理的防變形措施，以抵消產品的實質變形。

3.氣孔和夾渣。氣孔是深埋問題，通常是由于在焊接的時候有銹跡、水漬和油污等原因導致的。預防氣孔產生的方法是：依據氣孔的性質和大小挑選合適的焊接電流和焊接速度，認真清理焊縫周圍一定范圍內的污垢。但是只有嚴重的氣孔才需要消除，微小氣孔的危害并不大，可以不用清理。夾渣，通常是由于焊縫邊緣有碳弧氣刨或氧割存留了熔渣，是由焊接速度過快，焊接電流太小等原因造成的。

二、關于壓力容器焊接中常見問題的對策分析

1.優化焊接材料。焊接材料是直接影響壓力容器焊接質量的主要因素，焊接材料的好壞從根本上決定了焊接過程中的焊接質量，再好的焊接工藝和焊接操作方法以及環境，如果沒有符合標準的焊接材料作保障，都會影響壓力容器的焊接質量。焊接材料在選擇過程中必須嚴格按照國家標準要求進行選材，選用符合國家相關標準的產品，選擇有質量保證書的材料。如果要求焊縫的力學性能不低于原材料的力學性能，應當選擇高強度的焊接材料，焊接過程中，對承力、承壓要求高的部位應當選擇高強度焊接材料。

2.優化焊接工藝與工藝評定控制。作為指導焊接過程、規范焊接操作、將焊接流程標準化的重要工藝文件—焊接工藝，是控制焊接質量的重要技術標準。焊接工藝又叫焊接工藝規程，包括焊接的使用材料、焊接操作方法、母材的型號、焊接接頭的形式、焊接操作的技術規程、以及焊接質量驗收方法等等參數，幾乎包含了焊接過程中的全部質量參數。針對壓力容器焊接過程中的難點和關鍵點，要制定有針對性的焊接工藝規程，根據壓力容器的母材厚度和壓力容器的用途科學選擇合理的焊接材料，根據壓力容器的使用特性選擇焊接接縫的坡度、焊縫形狀；同時由于壓力容器對焊接質量的較高要求，在焊接過程中，要對焊接質量的控制方法和驗收標準提高要求。同時在編制焊接工藝規程時，要精確所有焊接參數，要將所有焊接性能參數優化，以重理論上充分保證壓力容器焊接過程的科學、嚴謹。焊接過程中對焊接工藝的評定能夠對焊接工藝進行控制。通過焊接工藝評定的過程保證了焊接過程符合焊接工藝規程中要求的各項技術參數，保證焊接操作人員各道工序嚴格按照焊接工藝規程的要求，避免將缺陷帶入下一道工序。

3.優化焊接質量檢驗。焊接質量檢驗是控制焊接質量的最后一道防線。通過材料、工藝、操作規程、工藝評定重重工序，焊接質量的優劣與否就需要焊接質量檢驗來掌握控制。焊接質量檢驗包括焊前、焊中、焊后三道檢驗。焊前檢驗主要檢驗焊件的裝配質量和焊接口的材料特性、焊縫間隙等；焊中檢驗要檢測中間工序的焊接質量，焊縫是否工整焊接過程是否嚴格執行焊接工藝規程和焊接操作規程，以及焊接要求是否符合圖紙尺寸和技術要求；焊后檢驗是通過外觀檢查、無損探傷檢查、壓力試驗、外觀檢查等方式現場檢查焊接后工件的焊接質量。針對壓力容器的特殊用途，對焊接后的質量檢查應當采用多層次、多角度、多方法的檢查方式對其進行全面檢查，一旦發現焊接缺陷立即采取補救措施，返修或直接報廢。

三、關于壓力容器焊接工藝改造分析

1.壓力容器用耐熱鋼焊材選用。與低合金高強鋼相同，焊縫金屬和母材等強度原則仍是低合金耐熱鋼焊材選用的基本原則，只不過此時不但要考慮焊縫金屬與母材的常溫強度等強，同時也要使其高溫強度不低于母材標準值的下限要求。為使其焊縫金屬具有與母材同樣的使用性能，因此要求其焊縫金屬的鉻、鉬含量不得低于母材標準值的下限。為保證焊縫金屬有同樣小的回火脆性，應嚴格限制焊材中的氧、硅、磷、銻、錫、砷等微量元素的含量。為提高焊縫金屬的抗裂性，應控制焊材中的含碳量低于母材的碳含量，但應注意，含碳量過低時，經長時間的焊后熱處理會促使鐵素體形成，從而導致韌性下降，因此，對于低合金耐熱鋼的焊縫金屬含碳量最好控制在 0.08%-0.12%范圍內，這樣才會使焊縫金屬具有較高的沖擊韌性和與母材相當的高溫蠕變強度。

2.壓力容器用耐熱鋼焊接要點

（1）預熱與道間溫度 在Cr-Mo鋼的焊接特點中提到的冷裂紋、熱裂紋及消除應力裂紋，都與預熱及道間溫度相關。一般來說，在條件許可下應適當提高預熱及道間溫度來避免冷裂紋和再熱裂紋的產生。

（2）焊后熱處理 對于低合金耐熱鋼，焊后熱處理的目的不僅是消除焊接殘余應力，而且更重要的是改善組織提高接頭的綜合力學性能，包括提高接頭的高溫蠕變強度和組織穩定性，降低焊縫及熱影響區硬度，還有就是使氫進一步逸出以避免產生冷裂紋。

（3）后熱和中間熱處理Cr-Mo鋼冷裂傾向大，導致生產裂紋的影響因素中，氫的影響居首位，因此，焊后(或中間停焊)必須立即消氫。一般說來，Cr-Mo鋼容器的壁厚、剛性大、制造周期長，焊后不能很快進行熱處理，為防裂并穩定焊件尺寸，在主焊縫(或主焊縫和殼體接管焊縫)完成后進行比最終熱處理溫度低的中間熱處理。這類鋼的后熱溫度一般為300-350℃，也有少數制造單位取350-400℃的。中間熱處理規范隨鋼種、結構、制造單位的經驗而異，一般中間熱處理溫度為(620-640℃)±15℃。

3.堆焊,顧名思義就是在工件的外表面熔敷一層保護金屬層,這種保護金屬層通常具有耐腐蝕、耐熱等特點,這種方法很有利于提升工件的使用壽命。這對產品性能的提升以及生產成本的降低都有積極的促進作用。帶極自動堆焊技術雖然起步較晚,但由于其使用范圍廣,效率高等特點,在國內外得到了廣泛應用。為了保證使用中的質量,通常對過渡層進行埋弧自動焊接處理,這樣,不僅可以使工件焊接表面光滑,還可以使得焊接性能牢固。

在壓力容器制造的過程中，焊接是一種比較特殊的重要工藝，其質量的優劣直接影響到壓力容器的使用壽命。因此，在焊接壓力容器時，要從細微處著眼，避免違規操作，以提升壓力容器的制造質量。

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