压力容器异种钢焊接的缺陷与应对措施

压力容器异种钢焊接的缺陷与应对措施

曹孟竹

21100419910204****

摘要:随着我国社会经济的不断发展，化工产业规模在不断扩大，其中涉及各类生产系统设计安装质量要求也在逐步提升。在现代化工产业的生产系统当中，压力容器是不可或缺的重要设备，其主要承载了各类气体、液体原料或化工产品。在压力容器安装施工中，焊接工艺不可或缺，焊接工艺质量将直接影响压力容器的性能和安全性。因此，针对压力容器焊接安装工艺中质量节点控制策略的探究，十分有必要。

关键词：压力容器；异种钢；焊接；缺陷

引言

压力容器顾名思义是能够承受一定压力的一种密闭容器，它的用途比较广泛是石油化工、航空航天、核电等领域中必不可少的设备，压力容器的发展速度直接影响一个国家的工业化进程，在对经济发展领域中起着至关重要的作用[1]，压力容器的安全使用也关系到整个国民经济的发展与民生安全，压力容器的运行环境都是出于各种复杂的运行环境，经常与其他设备连接配合使用，压力容器在制造、安装、运行中都会因为各种原因导致容器在使用过程中产生各种缺陷，这些缺陷在压力等操作因素反复变化下使得压力容器达到使用极限最终引起压力容器产生韧性破裂、疲劳、腐蚀、蠕变等破坏，这些缺陷在很大程度上直接威胁着整个系统的安全稳定运行，因此必须防止压力容器产生缺陷。

1压力容器异种钢焊接接头的特点

异种钢焊接接头按照两侧钢材种类是否相同，可分为同类异种钢接头与异类异种钢接头，显而易见的是，母材的化学成分都是不同的。其主要焊接特点如下：第一，化学成分的不均匀性。两端母材和填充材料的金属元素含量与焊接工艺的不同，致使焊接接头各区域的化学成分发生改变。第二，组织的不均匀性。除母材和填充材料的化学成分是重要的影响因素外，组织的不均匀性还取决于焊接方法、焊接工艺等相关因素。第三，性能的不均匀性。由于接头的化学成分分布不均，各区域的力学性能与物理化学性能也存在显著差异。第四，焊接接头各区域性能的差异，会导致残余应力分布不均维护，因而在异种钢焊接时存在更多的不确定性因素。上述异种钢焊接接头的不均匀性，导致焊接时易产生焊接缺陷，对压力容器的后续使用留下了巨大的安全隐患。因此，分析各种缺陷产生的原因并采取合理的处理措施，对解决异种金属焊接问题，保证压力容器良好的使用质量是相当重要的。

2常见焊接缺陷及产生原因

2.1材料因素

压力容器作为一种需要长期保持内部高压状态的容器设备，对容器材料的强度、荷载能力要求非常高。几乎所有的压力容器外壳都是采用的金属材料，当然这也是为什么一般会使用焊接工艺进行施工的原因。而在针对压力容器进行焊接施工时，如果压力容器本身材料的质量存在问题，将会直接影响焊接质量。比如，如果压力容器金属材料中存在杂质，将会直接影响焊接工艺质量。

2.2未焊透与未熔合

未焊透和未熔合是有共同特点的都是焊缝中存在有没有熔合的部分，而大多数未焊透缺陷主要是焊接速度过快或者氩弧焊未打底直接手工焊接，造成两焊件没有完全熔融。无论是未焊透还是未熔合，都会给压力容器焊缝造成极大的影响，它们的存在直接削弱了焊缝的承压强度。导致未熔合和未焊透的原因有待焊接的工件装配间隙过小以及焊接坡口角度不合适。

2.3环境因素

针对压力容器的焊接施工，对施工环境的要求较高，如果没有对现场环境、天气进行全面分析，可能会导致焊接施工的质量受到影响[3]。比如，在沙尘、降雨及大风天气中，焊接施工过程可能会受到空气中的尘土杂质及水的影响，不仅无法保证焊接质量，还可能产生安全隐患。

3压力容器异种钢焊接缺陷的应对措施

3.1 合理选择焊接材料

为减少焊接缺陷的产生，防止焊件力学性能下降，合理选用焊接材料极为重要。选择焊接材料时，可以根据母材的原始成分、设备性能以及焊接工艺参数选定。当两种异种钢的金相组织相似时，焊接材料一般依据“低强度”原则选用，即焊接材料的选择按照焊接性能较差的母材一方来确定。但是，在某些特殊情况下，为保证焊接质量，会按照“高强度”原则进行选择。当两端母材的金相组织相差较大时，需考虑填充材料在焊接时被母材稀释后，焊接接头性能能否得到保障，以此来选择焊接材料。需要强调的是，如果接头的工作环境相对恶劣，优先采用镍基合金焊条，以减少碳迁移现象，改善接头的力学性能。

3.2优化焊接工艺

在焊接前，需要做好坡口的制备，烘干焊条、焊剂，清洗焊丝，清理焊接件表面等。在压力容器的焊接安装中，需要控制好焊接件及环境温度，通常情况下焊接件本身温度如果小于-20℃，不能进行焊接施工。如果焊接件温度处于-20℃和0℃之间，需要在始焊处约100mm范围内进行预热，直至温度达到15℃左右，才能开始进行焊接施工。焊接时应当严谨采用十字焊接的方式，要严格保证相邻两筒节的纵缝相对独立，保证中心距离超过压力容器筒节厚度的3倍，且不能小于100mm。在焊接施工中，需要严格按照焊接工艺执行流程以及现场实际情况，做好相应的信息记录和工作交接。后，针对外观检查、表面无损检测发现的缺陷，要采用合适的方法进行补焊修磨，且不计入返修次数。而针对通过超声波、射线检测出来的焊缝内部缺陷，经过返修之后要进行详细的记录，并制作返修工艺卡。

3.3合理选用焊接工艺参数

焊接工艺参数通常指焊接速度、电流、电压等物理量，一般情况下，其大小可依据熔合比而拟定。对于异种钢来说，熔合比不宜过大，在焊接时，通常使用的焊接电流较小，同时需要较快的焊接速度，还可以采用多层及多道焊的焊接形式。此外，如果母材的焊接性能较差时，需采用焊前预热避免在焊接时产生裂纹，并将焊前预热的相关参数，作为焊件的整体预热工艺参数。总之，焊接工艺参数的选择是否合理会直接影响焊接接头的质量，应结合实际情况，合理选择。

3.4焊接检验

在压力容器焊接安装施工中，针对焊接工艺质量的检验环节不可或缺。当前的技术环境下，针对压力容器的焊接工艺检验，一般包括外观检测和无损检测两个部分。外观检测主要是掌握相关专业知识的人员通过肉眼直接观察或放大镜辅助观察的方式，对焊缝外观进行检查。外观检测主要是看焊缝是否存在裂纹、气孔、弧坑等，并且要检查焊缝尺寸是否符合要求。另外，高标准的焊缝外观检查对焊缝的排列整齐度、均性提出更高的要求，确保焊缝的美观性。

结束语

异种钢焊接具有较高的难度，加上自身成分的特殊性，更容易产生焊接缺陷从而造成质量隐患。分析缺陷产生原因，通过合理选材，恰当选用焊接参数，使用新型焊接技术，严格执行焊接工艺规程，并且确保焊接人员操作熟练、焊接设备运行良好等方面抑制异种钢焊接缺陷的产生，确保焊接质量。

参考文献

[1]许贤杰,许立勇,田龙.电力机车风缸压力容器焊缝缺陷分析与处理[C].中国工程建设焊接协会核工业焊接专业委员会、中国职工焊接技术协会核工程焊接专业委员会、中国安装协会焊接专业委员会.核能行业焊接技术经验交流会论文集.中国工程建设焊接协会核工业焊接专业委员会、中国职工焊接技术协会核工程焊接专业委员会、中国安装协会焊接专业委员会:机械工业信息研究院金属加工杂志社,2019:122-125.

[2]刁文军.压力容器焊接质量控制技术探讨[J].设备管理与维修,2019(20):125-126.

[3]林双平,钟振前,司红,李云玲,高群.压力容器筒体焊接接头的开裂原因分析[J].金属热处理,2019,44(S1):328-335.

[4]孟超.压力容器焊接质量控制研究[J].装备维修技术,2019(03):32.

[5]李凯峰.压力容器焊接缺陷的产生和预防[J].装备维修技术,2019(03):133.