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    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,控制焊接质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。


    根据缺陷分布的位置不同,压力容器的焊接缺陷可分为外部缺陷和内部缺陷,其中外部缺陷通常可以通过肉眼发现。常见的焊接外部缺陷有弧坑、焊瘤、焊缝形状和尺寸不合要求、表面飞溅、咬边等。内部缺陷包括裂纹、夹渣、气孔、未焊透、未熔合等,其中裂纹是影响压力容器致命的缺陷,是必须检测的重点项目。


一、咬边


    咬边是指焊缝边缘的凹陷。咬边通常是由于焊接工艺参数选择不正确或者操作不当引起。产生咬边的主要原因有:操作方法不当,焊接规范选择不对,比如电弧过长、运条方式和角度不当、电流过大、坡口两侧的停留时间不合适等。通过实验研究发现,焊丝偏移中心的距离太大会导致熔池停留时间增加而产生咬边,同时焊速过快会导致收弧后不能填满弧坑。


二、气孔


    气孔主要是指熔池当中的气泡在出现凝固之前没有及时散发出去,而是在焊接的缝隙处残留,从而形成空穴。气孔的产生会使焊缝金属的致密性受到影响。气孔产生的根本原因是外界气体或者焊接过程中产生的气体进入熔池,在熔池凝固前没及时逸出而造成的。导致气孔产生的原因有:坡口边缘不干净,有锈迹等;焊条或者焊剂未按照操作规定烘焙;气泡无法通过熔渣;焊接速度太快;焊接电压过高;焊接的环境比较潮湿等。


三、夹渣


    夹渣的形成主要是因为在焊缝处残留了一些熔渣。夹渣的存在具有较大危害,会极大地降低焊缝的强度和致密性。夹渣产生的主要原因有:焊缝的边缘有氧割或碳弧气泡残留的熔渣;焊接时速度太快;焊接时坡口角度选择不合理;焊接时电流不够。此外,在选用碱性焊条时,也可能会因为极性不正常或者电弧过长而出现夹渣的缺陷。


四、未焊透、未熔合


    未熔透、未熔合都是比较严重的焊接缺陷,会使焊缝的强度降低,甚至会导致裂纹产生,从而发生事故。其中,在焊接时,当接头根部未完全熔透便会出现未焊透的现象,而当焊缝与焊件之间或者焊件与焊缝金属之间有一些部位没有溶透时便会出现未熔合的现象。通常造成这些问题出现的原因是电弧过长、焊条的直径太大、电流过小、坡口表面被氧化和有油污、焊件装配间隙或者坡口角度过小、封底焊清洁不彻底等。


五、焊瘤


    在焊接过程中,金属溢流到加热不足的母材或前道焊缝上,金属凝固时,在自身重力作用下金属形成的微小疙瘩就是焊瘤。焊瘤不能和母材或者前道焊缝熔合。如果焊瘤位于内部,会降低强度、减少有效截面积,影响美观。焊瘤产生的主要原因是运条不均而造成熔池温度过高,液态金属凝固后缓慢下坠而在焊缝表面形成焊瘤。立、仰焊时,焊接电流过大、电弧过长也可能出现焊瘤。


六、裂纹


    裂纹是指在焊接应力及其他致脆因素共同作用使得金属材料的原子结构被破坏而形成新的界面,从而产生缝隙。压力容器的焊接裂纹是一种危害性极强的缺陷。压力容器结构的破坏大多从裂纹处开始。裂纹分为热裂纹和冷裂纹。


    焊缝金属从液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称热裂纹。热裂纹多出现在焊缝。热裂纹的特点是焊接后立即可见,且多位于焊缝中心位置。热裂纹产生的原因是焊接熔池中有低熔点杂质如FeS等。一般而言,这类杂质多是凝固时间长、熔点低、凝固后强度低。因此,当受到外界作用到其表面的拘束应力足够大时,且焊接金属凝固时产生的收缩力,很容易会出现拉开或者在凝固后不久被拉开而形成裂纹。


    而冷裂纹的形成则是在焊接金属冷却的过程中,又或者是冷却之后,焊缝交接与母材的熔合线外产生的裂纹,也可能是在母材的熔合线处产生的裂纹。其发生的位置大多集中在应力较为集中的位置,例如咬边、焊根处。冷裂纹发生的温度一般是在马氏体转变温度的范围内。冷裂纹的危害极大,一般在焊接后几小时或更长时间后出现。


造成冷裂纹出现的原因主要有三点:


(1)接头处受到较大的拘束应力的作用;


(2)由于受到焊接热循环的作用,在热影响的区域内形成了淬硬组织;


(3)一些过量的扩散氢积聚在焊缝处,并发生了不断浓集的现象。


    焊缝金属在冷却过程中或者冷却以后,在母材或母材与焊缝交界的熔合线处产生的裂纹称为冷裂纹。冷裂纹形成的温度通常在范围内。冷裂纹多发生在焊根、咬边等应力集中的位置。冷裂纹既可能在焊接后立即出现,也可能在焊接后几小时甚至更长时间才会出现。冷裂纹对压力容器的危害程度比热裂纹的更大。


冷裂纹产生的主要原因是:


(1)在焊接热循环作用下,热影响区内生成了;


(2)焊缝中有过量的扩散氢且存在浓集的条件;


(3)接头承受有较大的拘束应力。


    裂纹一旦产生,必须彻底清除,然后修补,否则裂纹会影响压力容器的安全使用。


    压力容器的焊接缺陷会导致压力容器的强度、致密性等受到影响,使得使用寿命缩短,会对人身安全和财产安全造成不良影响。通过对焊接缺陷的原因进行分析,可以有针对性地进行解决和预防,有效提高压力容器的质量和安全水平。企业可以从以下方面来减少焊接缺陷的产生:


1. 提高焊工技能


一些焊接缺陷是由于焊接人员的劳动技能不娴熟或操作不规范造成的, 因此需要提高焊工的劳动素质。

(1)需要聘用获得国家承认的上岗证的焊工;


(2)针对各自企业的实际情况来培训焊接人员,直至培训考核合格后才能上岗;


(3)持续地对焊接人员的劳动素质进行评价,对评价结果较差或者不稳定的加强培训。


2. 焊接工艺选定及焊接规范制定


    焊接工艺是控制压力容器焊接质量的关键因素。在焊接前,企业应当综合评估焊接工艺,根据自身实际情况,对各项工艺参数进行验证,不建议直接照搬其他企业的焊接工艺。


    在选定好合适的焊接工艺后,必须依据相应的焊接工艺制定详细的焊接规范,以便于焊接人员操作。焊接规范应当根据压力容器的设计要求、焊接工艺来制定。焊接人员必须严格按照操作规范进行焊接,对焊接的每一道工序负责。


3. 正确选取、保存焊接材料


    焊接材料必须选择有质量保障的厂家。同时焊接材料的各个方面质量必须符合国家的相应标准。焊条的化学成分与焊体成分需符合要求。焊材库人员需遵循《焊条质量管理规程》(JB3223-83)进行管理,保证焊材满足使用要求。


4. 焊接过程控制


    焊接前应当确定焊缝的组队间隙、钝边的大小、坡口的清洁等符合要求。


    在焊接中, 注意:


(1)尽量不选择十字焊缝;


(2)不允许强力组装;


(3)需焊接临时吊耳和拉筋的垫板,需将垫板割除后的焊瘤打磨光滑。焊接后,进行无损检测,包括外观检测、无损探伤、耐压测试及致密性试验。


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