试论如何有效控制压力容器的焊接质量

试论如何有效控制压力容器的焊接质量压力容器是一类外部或内部承受液体或气体压力、且需要较高安全性和可靠性的密封容器。常见压力容器为圆柱形，其主要由接管、筒体、法兰、封头等零部件构成，当压力容器承受越高的工作压力时，其筒体的壁便会越厚。压力容器制造是焊接技术应用最为关键的领域，焊接基本上决定了产品的可靠性、质量、成本和生产效率等方面。因此，加强有关如何有效控制压力容器焊接质量的研究，对于改善企业整体生产质量具有重要的理论和现实意义。一、压力容器焊接的常见缺陷1．焊缝表面缺陷（1）裂纹：其分为热裂纹与冷裂纹两种。热裂纹是指焊缝金属在液固态转换过程中产生的裂纹，其形成原因可能为焊熔池内有较多低熔点杂质。因焊缝结构约束应力及收缩应力的干扰使得杂质在凝固时出现分离，由此造成晶间开裂；冷裂纹是在焊接冷却后，母材同焊缝或母材融合线上产生裂纹，其形成原因可能为焊接产生的热循环促进了淬硬组织的形成。（2）焊瘤：其产生原因可能为：平焊过程中采用了不恰当的操作方法，或熔池内温度超出正常范围；焊接薄板过程中的电流过大或焊接中间发生停顿；立仰焊接时采用的焊接弧长较长或焊接电流过大。2．焊缝内缺陷（1）气孔：其产生原因可能为：电弧过程，焊接速率较快；焊芯发生锈蚀，焊条或焊剂等烘培不充分，药条变质或剥落；因焊渣粘度过高使得气泡难以分离。（2）未焊透或未熔合：其产生原因可能为：电流过小、钝边厚度过大、焊条直径超长、焊接速率过快、焊接装配间隙和坡口角度过小等。未焊透及未熔合缺陷通常发生在焊缝坡口的中央，与焊接表面相比其深度距离较长，呈现椭圆或多边形的断面形状。3．宏观与几何缺陷（1）错边与角变形：在两个工件方向厚度出现差别时便产生了错边问题。错边与角变形都属于几何缺陷，通常出现在组装过程中。错边和角变形会造成集合应力过度集中于某一位置，若应力过大则会给压力容器带来严重的安全隐患。（2）焊缝咬边：咬边产生的原因可能为焊条角度发生偏移、焊接电流过大、运条速率较快、电弧较长等。在焊接速率过快或焊机轨道平整度较低时会造成焊件深度不一致，若填充金属无法填满便会产生一定的咬边。二、有效控制压力容器焊接质量的措施1．选用恰当的焊接材料通常而言，低合金钢与低碳钢压力容易依据等强性原则进行选择使用，也就是焊缝金属的抗拉强度应高于母材设定强度值的最小值；若为在腐蚀介质中使用的不锈钢容器，要求选择的焊接材料需保证同母材化学成分近似；若为高温容器，为确保其具备与母材类似的高温性能，要求选择的焊材应确保焊缝金属的合金含量高于母材设定的下限值；若工件厚度较高且形状不规则，由于其刚度较大，在焊接过程中不容易产生变形，焊后残余应力较大，可能形成裂纹，因此应采用具有较高抗裂性的低氢焊条；因冷卷、冷冲压等对焊接接头的塑性变形能力要求较高，而热卷、热处理对街头处理后的韧性和强度性能要求较高，所以应选择使用具有较高合金成分的焊接材料。此外，还需考虑各类焊接方法的热循环及冶金过程对接头性能的干扰。2．选择优化的工艺参数焊接工艺参数是指在焊接过程中，为确保焊接质量而选择使用的焊接速度、电弧电压、焊接电流等物理量值。确定恰当的焊接工艺参数需要综合考虑焊接方法、材料规格及种类等多种因素。焊接热输入（线能量）表示在焊接过程中，通过焊接能源向单位长度焊缝输入的热量，其是焊接工艺参数对焊缝性能影响的整体体现。一般由于低碳钢具有优良的冲击韧性和塑性，其焊接接头的冲击韧性与塑性也相对较好，所以焊接时对于焊接热输入控制较为宽松。但若采用埋弧焊时，如果焊接线能量超标，则有可能降低焊接区域的弯曲性能和冲击韧性，所以在采用埋弧焊焊接时应重点依照焊接工艺设定的焊接线能量施焊。对于不锈钢和低温钢焊接，为确保焊接接头具有较好的耐蚀性和韧性，应选择使用较小的线能量，同时应加快焊接速度，恰当调控层间温度。3．加强焊接检验焊前应重点审核焊工资格。焊条应按照标准要求实施烘干，且应关注坡口表面质量和装配质量。间隙、坡口、钝边等应满足相关尺寸标准，坡口及两侧应做好清洁处理，避免出现油脂、铁锈等污物。焊接时应重点检查图样规定、技术标准级焊接工艺的执行状况；施焊时应严格监控焊接工艺的实际操作，并及时做好焊接记录。焊后检验应重点做好耐压试验、外观检查、致密试验和无损检测等。无损检测可采用磁粉检测、超声波检测、射线检测和渗透检测等方法。对于采用超声检测或局部射线检测的焊接接头，若在相关部位检测出不合格缺陷，应对缺陷的两侧延伸部位各实施不低于250mm的补充局部检测。4．做好焊缝返修若焊缝在无损检测中检查出不合格的缺陷应立即开展返修。返修前应综合分析需返修产品出现缺陷的原因，确定有效的返修方案，并制定相应的返修工艺。焊缝同一区域的返修次数应控制在2次以内，若高于2次，则返修前应请示相关技术单位管理人员批准，并应将返修状况、部位及次数纳入至容器质量合格证书中。对于焊后要求消除应力热处理的压力容器，应在热处理前实施返修；若在热处理后实施返修则应依照有关行业标准开展处理。耐压试验后要求进行返修的，返修部位需依照原标准实施无损检测。压力容器的焊接质量将直接关系着企业的生产质量及效益，因此，相关技术与研究人员应加强有关有效控制压力容器的焊接质量的研究，总结压力容器焊接工艺技术方法及关键技术控制措施，以逐步提升压力容器的焊接水平。