中国核工业二三建设有限公司 北京市 100000
摘要：近年来，随着我国核电、石油化工等装备制造业的快速发展，压力容器的焊接技术取得了长足进步，激光焊、高效无极氩弧焊等先进焊接方法广泛应用于压力容器焊接，使得压力容器焊接技术的总体水平已接近和达到世界先进水平。本文对压力容器焊接缺陷问题及对策进行探讨。
关键词：压力容器；焊前处理；焊接缺陷
引言：压力容器是核电、石油化工、煤炭等装备制造业不可或缺的重要设备，它关系到一个国家的整体现代化进程的快慢，在经济飞速发展中起着至关重要的作用。焊接是实现压力容器制造必不可少的手段，在很大程度上决定着产品的质量、可靠性、生产效率和成本。在工程机械中应用最多的熔焊方法有4种：埋弧焊、焊条电弧焊、混合气体保护焊以及钨极氩弧焊。常见的压力容器焊缝有环缝和筒体纵缝的焊接、安全端焊接以及各种表面的耐蚀层、耐磨层等。压力容器焊接存在的缺陷有：气孔、夹杂、裂纹等，这将有可能是造成事故的潜在因素。了解压力容器焊接缺陷的特点和形成机理，对于减少或消除焊缝中的缺陷，保证压力容器运行的安全性及可靠性有着极其重要的意义。文中以压力容器焊缝中常见的焊缝缺陷为研究对象，阐述了其形成机理，并对这些缺陷提出了相应的对策，这对实际生产有着极其重要的指导意义。
1气孔
焊接气孔如图1所示，其会造成应力集中，成为焊缝断裂的裂纹源。气孔按形成机理可以分为冶金气孔和工艺气孔两大类。冶金气孔主要有氢气孔和氮气孔，工艺气孔则大多不规则，且大多分布在焊缝中心区。
.png)
图1 焊接气孔
1.1气孔形成机理
气孔的形成因素很多，主要和焊前母材的表面处理情况和焊接工艺有关。焊前待焊表面的氧化膜和油垢是形成气孔的主要根源。气孔的形成与气体的演变密切相关，尤其是氢。赵海燕等人认为气孔是由于激光深熔焊中匙孔的波动导致其衰竭和收缩引起的。对于工艺气孔，其主要是由于不合理的焊接工艺参数造成的，如：焊接速度和冷却速度太快，夹杂在焊缝中的气体没有足够的时间逸出表面，而凝固过程已完成，留在焊缝中的气体就会形成气孔。
1.2应对措施
根据气孔的产生原因，可从以下方面入手：一是焊前采用机械方法或化学方法对待焊试样进行去除氧化膜和清洗油污，处理完毕后放入烤箱，保温一段时间进行去氢处理；二是合理增加保护气体，形成充分的脱氧条件，抑制反应性气体的产生；三是选择合理的焊接工艺参数，减少气孔的产生。
2裂纹
在压力容器焊接过程中，焊接裂纹是一种非常严重的缺陷，常见的热裂纹有液化裂纹和结晶裂纹，焊接裂纹如图3所示。
.png)
图2焊接裂纹
2.1裂纹形成机理
结晶裂纹是焊缝金属在结晶过程中处于固相线附近的温度范围内，由于凝固金属的收缩，而此时残余的液相又不充足，在承受拉应力时，就会造成沿晶界的开裂。焊缝凝固时，以树枝状结晶方式进行，枝晶轴上元素的熔点较高，杂质元素较少，相反，枝晶间低熔点元素富集，杂质元素含量较高，这种凝固偏析导致焊缝中化学成分极不均匀，随着焊缝中杂质元素含量的增多，这种现象变得更加严重。杂质元素在晶界的偏聚大大降低晶界的结合力，在晶界初形成低熔点共晶化合物，加剧有害相的析出和元素偏析。这些低熔点相或共晶组织在焊缝金属的结晶过程中，被排挤到晶界处，并形成“液态薄膜”，在冷却收缩所引起的拉应力作用下，这些远比晶粒脆弱的液膜引起晶界分离形成结晶裂纹。因此，液态薄膜是产生结晶裂纹的根本原因，而拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件之一。与结晶裂纹形成机理不同的是，液化裂纹是固态的母材在热循环的峰值温度下，由于晶间层重新熔化而形成。
2.2应对措施
减少裂纹可从冶金方面和焊接工艺两个方面采取措施。冶金方面，一是要控制焊缝中有害杂质的含量，将被焊金属和焊丝中S，P的质量分数限制在0．04％以内；二是要合理调整焊缝化学成分，控制低熔点相和共晶组织数量；三是加入合金元素，细化晶粒，提高其抗裂性。焊接工艺方面，可焊前对待焊材料进行预热，焊后通过固溶和时效处理消除裂纹。
3焊缝中低熔点相
焊缝中低熔点相是焊缝中的主要缺陷之一，其存在会严重影响焊缝的强度，显著降低焊缝金属的冲击韧性和疲劳强度。低熔点相的形成与焊缝中的夹杂物密切相关，夹杂物的形成既有母材自身的缺陷，也有焊接过程中金属与非金属元素发生化学反应而产生的各种夹杂物，如FeS，MnS等硫化物。
3.1低熔点相形成机理
低熔点相含有较多的杂质元素，多分布在晶界处，这是由于在焊缝的凝固过程中，高熔点的元素优先凝固，形成枝晶轴，低熔点元素被排挤到枝晶间，随着温度的进一步降低，形成固态的低熔点相或共晶相。少量的低熔点相在枝晶间会形成液化薄膜，在拉应力作用下，成为裂纹扩展的源头。所以要控制好焊缝中低熔点相的数量，因为在一定程度上，增加低熔点相的数量对裂纹有“愈合作用”。
3.2应对措施
减少低熔点相最直接的措施就是减少待焊金属和焊丝中的夹杂物，提高焊接质量。焊前将待焊表面的氧化物薄膜和油污去除干净，以减少焊缝中的夹杂物。选用的焊材应充分脱氧、脱硫，并选择合理的焊接工艺参数及加强熔池保护，防止空气侵入。
4其他焊接缺陷
其他焊接缺陷有夹渣、未焊透、未熔合，焊瘤等，这些缺陷与焊前处理不彻底及不合理的焊接工艺参数密切相关。减少以上缺陷可从以下几方面着手：一是焊前对待焊件进行清洗，去除表面氧化皮和杂物；二是选择合适的工装，确保待焊件装配精度，从而形成较好的焊缝；三是选择合理的焊接工艺参数，在焊接中采用合理、有效的保护方式保护熔池，适当增大热输入，确保能形成高质量的焊缝。
结论与展望
（1）压力容器焊接过程中出现的焊接缺陷主要是气孔、裂纹、低熔点相等。
（2）选择合理的焊接工艺参数控制压力容器焊接缺陷，且焊前需采用物理或化学的方法去除焊件表面的氧化皮和油污；装配时确保待焊表面的装配精度，防止焊接过程焊件严重变形。合理的焊接工艺参数对获得较好的焊缝质量是必要的。此外，焊后及时清理残留在焊缝表面的焊渣也是必不可少的。
（3）在实际生产中，压力容器焊接缺陷产生的原因是复杂的，其中包括结构、冶金、工艺因素。为了找出一种焊接缺陷产生的真正原因，需要进行大量的试验和调查研究。掌握每一种压力容器焊接缺陷具体的防止措施，避免或减少缺陷的产生，对提高压力容器焊接质量、保证设备的安全运行具有重要指导意义。
参考文献：
［1］陈裕川．我国锅炉压力容器焊接技术的发展水平［J］．现代焊接，2009（10）：1－5．
［2］白金亮．油气田压力容器裂纹形成原因与预防［J］．石油工业技术监督，2011（12）：5－7．