压力容器焊接中常见裂纹产生原因及预防措施

摘 要：压力容器焊接中，如果预防措施不到位容易产生裂纹，裂纹的产生会对焊接质量造成很大的影响。本文中，笔者以压力容器的焊接研究对象，首先对其焊接过程中常见的裂纹，进行了阐述并分析了原因，在此基础上再对裂纹预防的措施进行探究，希望能够为今后相关内容的研究提供一定的参考依据。

关键词：压力容器；焊接；裂纹；原因；预防

1 压力容器焊接过程中的常见裂纹及其产生的原因

1.1 冷裂纹及其产生的原因

冷裂纹一般出现在近缝区或者焊缝上。导致冷裂纹产生的原因主要有两个，一个是金属的脆化，另一个是焊接应力的作用。金属脆化方面，金属脆化由淬火作用所致。在碳钢、高碳钢中以及高强度碳钢中，冷裂纹的发生概率较其他钢材料而言更高。这主要是因为上述几类钢易于淬火，形成脆硬的马氏体组织。焊接应力方面，压力容器在焊接的过程中，近缝区域通常会聚集大量的氢，随着时间的推移，温度逐渐降低，近缝区的奥氏体发生转变时，温度已经达到了较低的水平，氢的溶解度更低，扩散能力也随之下降[1]。此时，氢会以气体的状态进入到金属的细微孔隙中，从而致使压力产生，使得局部金属出现很大的应力，裂纹出现。

1.2 热裂紋及其产生的原因

在压力容器焊接过程中，热裂纹也比较常见。从当前压力容器焊接时，热裂纹的产生来看，其主要因素包括以下几个方面：

①受到熔合比的影响。一般情况下，如果熔合比保持在较高的水平，则焊缝中的化学成份将变得不再均匀，热裂纹的发生概率也就变得更高；②受成形系数的影响。所谓成形系数指的是焊缝宽度与焊缝实际厚度的正值，其主要影响到焊缝枝晶的成长方向及其汇合面的偏析情况；③受冷却速度的影响。冷却速度过快时，变形的速度也就随之变快，热裂纹的产生概率就随之增加。如果外部环境比较低，而冷却速度又过快，则热裂纹更有可能产生；④受焊缝拘束度的影响。压力容器焊接时，在封头与筒体、封头与接管、筒体与接管等部位的焊缝，应力的较为集中，且装配间隙如不均匀，焊缝凝固时晶粒发生的应变量大于焊缝晶间塑性变形能力，造成热裂纹出现。

2 压力容器焊接过程中有效预防常见裂纹的措施

根据目前业内预防压力容器裂纹的控制措施，笔者结合自身的工作实践，认为可以从以下几个方面，做好压力容器裂纹产生的预防工作：

2.1 提升焊接工艺水平

焊接工艺水平会对焊接的质量产生直接影响，因为也就会对焊接裂纹的产生造成直接影响。要想控制压力容器焊接过程中的裂纹，工作人员就必须从工艺方面着手，减少焊接裂纹的出现。在具体的工艺控制过程中，需要注意四点：

①做好装配间隙的控制工作，以此提高转配的质量，强制成形的现象必须杜绝，尽量让应力均匀分布在每一区域，防止应力过于集中；②进行预热时，严格按照预热的相关要求进行，将预热的温度控制在150℃以上，预热尽量食用电加热板进行，这样能够提升热温度的均匀性；③降低焊接时的电流，控制焊接时的速度，降低线能量的输入，以此提升焊缝的抗裂性；④焊接完成之后，工作人员及时采取保暖措施，尽可能地减缓温度降低的速度，温度在250℃-300℃的时候，保持2小时左右，从而最大限度地进行消氢。

2.2 改善局部环境温度

首先，改善筒体直、环缝焊接时的环境温度。从现阶段压力容器焊接的现状来看，对于筒体直缝合环缝的焊接，主要采用的是埋弧自动焊接的形式。这主要是因为直缝的应力容易释放。在进行焊接的时候，一定要严格根据相关要求进行，这样在一定程度上可以降低裂纹的发生概率。对于环缝焊接来说，受到筒体直径大、周长长的影响，焊接期间的速度下降比较快，要想控制层见的温度比较困难，并且外部环境温度、焊缝受力状况又会产生一定的影响，这就更增加了裂纹的产生[2]。工作人员在对压力容器进行焊接的时候，对于环缝的焊接，要采用电加热的形式对焊缝进行预热，并在焊接的过程中把加热板置于焊缝下面，以此实现保护施焊时层间温度的目的，待焊接完成后对其进行后预热处理，进而消除氢，减少裂纹的产生。

其次，改善封头与接管焊接时的环境温度：

①考虑到封头与接管的焊缝结构特点，要想真正释放焊接应力难度非常大，因此在对接管进行组装的时候，工作人员要先将断面大磨平，并且控制好开孔尺寸，保证焊缝间隙的均匀性和前预热温度，同时在对外口进行焊接的时候，将两块电加热板放置在封头内部，用于控制层间温度；②在内口焊接环节，封头进行翻面，放置在环形筒罩内，通过内部的加热板来实现对焊接温度的控制。如果焊接完成，还需要进行后热处理，持续2小时上下，借助保温棉来减缓焊缝的温度下降幅度，使其更加合理、缓慢的下降，以达到热消氢的作用；③在焊接的时候，一要做好预热工作；二要多人同时施焊，保持焊口温度连续施焊，保证一次性焊接完成，防止多次焊接而出现受热不均匀的情况，焊接之后同样需要使用电加热板以及保温棉进行后预热处理。

3 结语

总而言之，在压力容器制作过程中，焊接质量的保证意味着使用的安全性也得到保障。如果预防措施不到位，就很容易引发裂纹的产生。因此，在对压力容器进行焊接的过程中，一定要提高焊接的工艺水平，并且还要改善筒体直、环缝焊接以及封头与接管焊接时的环境温度，从而降低裂纹出现的概率。

参考文献：

[1]侯海涛.压力容器焊接中常见裂纹产生原因及预防措施[J].中国化工贸易，2017，9（11）：123-124.

[2]杨维贞.探讨高寒地区压力容器焊接出现裂纹的原因及防止措施[J].数字通信世界，2015，12（7）：208-209.