摘要：在压力容器制造过程中，容器的制造质量在很大程度上取决于容器的焊接质量，焊接质量的优劣直接关系到产品的运行安全和人民生命财产的安全。因此，在压力容器的制造过程中对焊接方面的要求很高，焊接的质量控制是工程建设质量控制的关键。
关键词：压力容器；焊接质量；分析
一、压力容器焊接质量分析
1.焊接过程中的裂纹分析：氢致裂纹是焊接过程中产生的主要裂纹，产生氢裂纹主要的原因是：
（1）制作材料的焊接性能：制作容器常用的钢板材质为Q345R。这种钢材淬硬性较大，在焊接过程中也极易产生裂纹。
（2）现场组装时产生的约束力：容器壳体在施工现场组装的环境和条件都比较差，因此在组对时的组对尺寸容易产生较大的偏差，如组对时产生的角变形、错边量等都会产生裂纹和应力集中现象。容器壳体一般为环焊缝和纵焊缝，纵焊缝是用钢板卷制圆桶时焊接生成的，相对伸缩比较自由，裂纹和应力也相对比较少；而环焊缝是容器壳体最终组对时生成的，相对于纵焊缝的约束力要大得多，因而，焊缝的缺陷大多都产生在环焊缝上。一般环焊缝产生的焊接缺陷是纵焊缝的4~5倍。
（3）焊接工艺：主要包括焊条烘干、焊缝焊接的前后顺序、焊接线能量以及预热、后热、层间温度等。①焊条烘干：焊条烘干不合格，焊条中的水分会随着焊接渗入到焊缝中使焊缝中产生氢气，从而焊缝会产生氢致裂纹。②焊缝焊接的前后顺序：焊接顺序选择不合理，将会在焊接接头中造成很大的内应力，形成裂纹。③焊接线能量：选择焊接线能量的大与小会改变焊缝的组织性能，因此也是产生裂纹的原因之一。④焊前预热、焊后热处理、焊缝的层间温度等达不到规定的要求，都不能使焊接接头的组织性能发生改善；不能消除焊缝中的内应力和消除焊缝中的氢气，从而使焊缝产生裂纹。
2.生产过程中产生的裂纹：
（1）由于腐蚀而产生的裂纹：容器除接触空气外，还和酸、碱、液态氨等具有腐蚀性的物质接触。在各种腐蚀介质以及应力的作用下，会产生应力腐蚀、晶间腐蚀等裂纹。
（2）疲劳强度产生的裂纹：容器在使用过程中由于各种作用力的变化，会在低于材料抗拉强度很多的情况下和低于材料屈服点的情况下发生裂纹。疲劳强度裂纹一般在应力比较集中的焊接接头处发生，焊缝的未熔合、咬边、焊溜、未焊透、烧穿、夹渣等缺陷附近都是发生疲劳裂纹的主要部位。
（3）原来没有超标的缺陷随着生产中的使用，在作用力的情况下会使原材料和容器制造中的“未超标缺陷”改变扩大成“超标缺陷”。
二、压力容器焊接质量控制
容器在使用中发生的事故一般都是由裂纹导致的低应力脆性破坏。发生脆性破坏的原因有焊接残余应力、焊接产生的裂纹、制作时的强制约束力等。其中裂纹有“先天性”与“后天性”之分；约束力主要是工作时产生的约束力、装配时产生的约束力。容器制造中的焊接质量控制，主要是容器制作安装时的材料、焊接工艺、生产工人、施工设备和环境等的综合性控制。主要有以下几种：
1. 材料的检验：用于制造容器的钢板应具有符合GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》的出厂材质单、合格证等证明材料，在制作下料前要进行以下检验。（1）要对材料的化学成分和力学性能进行复验，防止材料混合产生性能方面的差异。（2）要对材料的外观质量进行检查，钢板表面不得有裂纹、麻坑及腐蚀严重等外观缺陷。对于发现的超标缺陷应按规定进行修复及处理，否则不准使用。（3）钢板的内部质量控制，对用于容器壳体的钢板，也应按相关要求进行检测。
2.容器壳体的成型
（1）为防止容器壳体加工脆化，在加工成型前，应按相关要求进行热处理。（2）如需要施工现场才能组装的大型容器，为减少焊接内应力和变形，除容器壳体板加工形状需要严格检查外，还应将容器主要部件在加工工厂进行预装配。
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3.构件坡口的加工
容器壳体板坡口加工的尺寸和形状对焊接角变形和焊接裂纹都有很大的关联，如斜Y型坡口容易产生裂纹，这是因为在坡口的位置氢聚集量的多少不同而导致的。如果坡口开的很大，就会增加焊接的工作量，横向的焊缝收缩量也会变大，焊缝中也就容易产生各种各样的焊接缺陷；若坡口的角度和间隙过小，则不容易焊透。
4.容器壳体的组装
壳体组装尺寸偏差的大小是控制焊接质量的前提条件，如组对时的壳体椭圆度、错边量的大小及角变形的大小等都会直接影响焊接的质量。要是组对时尺寸偏差控制不好就容易使一些焊接接头及焊缝产生较为复杂的内应力，产生裂纹。
5.容器壳体的焊接
容器在制造过程中所产生的裂纹主要是氢致裂纹，产生的因素很多，如钢材淬硬倾向、焊缝中含氢的多少及分布、组对时的强制拘束力等。在容器制作过程中这些因素都是可以控制和管理的。
（1）焊接材料的选择。
①在焊接材料选择时：一是焊接性能要好，二是要能满足焊接接头的强度要求。要按等强度的原则选择材料。
②要有严格合理的焊材烘干制度。容器焊接选用低氢减性焊条比较多，因此必须严格执行焊条烘干制度进行烘干，以降低焊缝中的含氢量。
③严格焊材发放与回收制度。在实际生产中焊材的使用不可能做到与发放等量，为了更好地控制焊缝质量，要及时回收当天没有用完的焊材，以防止第二天焊材受潮后继续使用或混用。
（2）焊接的施工。
①线能量的控制：焊接线能量对焊接接头的性能影响很大，线能量过大，容易造成接头和热影响区组织过热，产生过热组织，而使其脆化，降低焊缝和热影响区的硬度和韧性；线能量小，焊接热输入不足，熔池温度不够，冷却速度快，容易产生淬硬组织，如马氏体造成焊缝应力集中，严重的会产生变形、开裂。所以，焊接时要根据母材和焊材的熔点、组织，性能，合理地选择线能量，以获得最佳性能的焊接接头。
②焊前预热温度控制：预热温度的合理控制可以使焊接接头冷却速度降低，这样可以改善焊接接头的内部组织，使氢有效地逸出，对控制裂纹的产生有很大的作用。
③焊接层间温度的控制：当容器壳体壁厚较大时，一般都采用多层、多焊道焊接，要是层间温度控制得不好，氢就会在焊缝中越积越多，加大裂纹的可能性。层间温度的控制都应大于预热温度的下限值。
④后热及消氢处理：后热及消氢处理的目的是消除焊缝中的氢，也可以使冷却速度降低、提高焊接接头的性能、降低残余应力。后热温度为200℃~250℃，保温时间0.5小时~1小时；消氢处理温度为300℃~400℃，保温2小时~4小时空冷。
⑤合理的焊接顺序控制：合理顺序能减少变形和焊接残余应力，避免裂纹的产生。在容器壳体焊接中，一般焊缝的焊接顺序为先内侧后外侧，先环缝后纵缝。要以焊缝的分布对称均匀地施焊。
（3）焊工技能考核。
参加施焊的焊工必须经过专门的训练，并应经过《锅炉压力容器焊工考试规则》考试合格后，方可参加容器的焊接工作，这是保证容器焊接质量的最有力的措施。实践证明，通过考试并取得相应合格证书的焊工，比没参加考试没取得证书的焊工在排除焊接缺陷能力的方面及操作技巧等都高出很多。
三、结束语
通过分析压力容器焊接过程中所存在的缺陷，可以认识到，压力容器在制造过程中，要对焊接材料、焊接工业和焊缝检验进行控制，这样才能确保压力容器的生产安全。实际生产和检验工作中，生产压力容器的企业要严格按照国家法律和法规要求，进一步总结压力容器焊接过程中的经验，同时还要特别注意压力容器焊接工艺、焊接材料和焊接检验等质量方面的控制，这样才能够保障压力容器产品焊接的质量，进一步提高压力容器产品的安全性能。
参考文献
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论文作者:宋金忠
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/12
标签：裂纹论文; 容器论文; 壳体论文; 压力容器论文; 应力论文; 缺陷论文; 质量论文; 《基层建设》2017年第26期论文;