压力容器焊接部位典型损伤模式的成因与返修工艺

摘要：由于焊接是由于物、化等变化，在材料化学成分、焊接工艺参数、操作技能、使用环境等因素的综合影响下，焊接部位会出现一些损伤形式，如:裂纹、气孔、未熔合等。这些损伤形式会削弱焊接接头的强度和韧性，降低容器的承压能力，造成介质泄漏、爆炸等严重事故，从而对生命、财产造成危害。对压力容器焊接部位典型损伤的成因进行研究，确定合理的返修工艺，对提高压力容器制造质量、延长使用寿命、保障工业生产安全、正常运行具有重要的现实意义。预防和减少焊接缺陷，及时的修复损伤，保证压力容器在允许的使用条件下可靠的工作，为工业生产保驾护航。
关键词：压力容器；焊接部位；典型损伤；返修工艺

Abstract: Welding-induced damage, caused by material and chemical changes, manifests in welded joints due to the combined effects of chemical composition, welding parameters, operational skills, and environmental conditions. Common defects include cracks, porosity, and incomplete fusion. These defects compromise the strength and toughness of welded joints, reduce pressure vessel capacity, and may lead to catastrophic incidents such as media leakage or explosions, endangering lives and property. Investigating the causes of typical welding defects in pressure vessels and establishing appropriate repair techniques are crucial for improving manufacturing quality, extending service life, and ensuring industrial safety. Preventing welding defects, promptly repairing damages, and maintaining reliable operation under permissible conditions are essential for safeguarding industrial production.

Keywords: pressure vessel; welded joint; typical damage; repair process

前言：压力容器被广泛应用于石油化工、电力能源、食品制药等行业，是上述行业生产过程中的重要设备。化工生产中，压力容器用来承受各种高温、高压、具有腐蚀性的易燃、易爆化学介质；电力行业用来进行蒸汽的储存、传输等。焊接是压力容器焊接过程中最重要的连接方式，压力容器的焊接质量决定了整个压力容器的焊接质量。

1压力容器焊接部位典型损伤模式的成因

1.1材料因素

材料的组织状态和成分、物理性能等因素直接影响焊接接头的质量。例如，母材的某些杂质(如含硫、磷等)高，会使焊缝金属的韧性和抗裂性降低，在焊接应力作用下容易产生裂纹。焊缝中的硫易形成低熔点共晶物，分布在晶界上，在焊接热循环作用下，低熔点共晶物熔化，引起焊缝热裂。选择不适当的焊接材料，也是原因之一。如果焊接材料的强度级别与母材不匹配，会使焊接接头的强度过低或过高。强度过高，焊缝金属的韧性差，在受冲击载荷时易引起焊缝开裂；强度过低，则不能满足压力容器焊接接头强度要求，使用过程中可能发生变形甚至断裂。此外，焊接材料的纯度不高、质量不稳定，也会引入新的杂质和缺陷，产生各种焊接缺陷，影响焊接部位的性能。如焊条潮湿，焊缝中会产生气孔，降低了焊接接头的致密性和强度。焊接热影响区的组织状态也会影响焊接质量。经过冷加工的母材，其内部有残余应力和加工硬化，在焊接过程中，残余应力要与焊接应力相结合，引起裂纹的产生几率要增多。另外，不均匀的组织状态会使焊接热影响区的性能不均匀，降低焊接部位的强度[1]。

1.2焊接工艺参数因素

焊接工艺参数的选择是否合理，不仅直接影响到焊接过程的稳定性，而且也直接影响到焊接质量。如果焊接电流过大，会使焊缝熔深过深，虽然熔池金属得到熔化，但焊缝金属过热，晶粒粗大，焊缝的韧性和抗裂性降低，过大的电流，焊接电弧不稳，飞溅增加，易产生气孔和夹渣等缺陷。如埋弧焊焊接电流过大会使熔池金属剧烈沸腾，气体来不及逸出，在焊缝中形成气孔。焊接电压的大小也直接影响着焊缝的成型和质量。电压过高，电弧过长，焊缝宽度增加，熔深减小，焊缝表面氧化严重，焊缝质量降低。电压过低，电弧不稳定，会产生未熔合和夹渣等缺陷[2]。此外，焊接速度也是影响焊接质量的重要因素（如表1所示）。焊接速度过快，会使焊缝熔合不良，产生未焊透和咬边等缺陷；焊接速度过慢，焊缝过热，产生变形和裂纹的产生几率增加。热输入也是影响焊接质量的重要因素。热输入过大，热影响区扩大，组织性能变差；热输入过小，焊缝金属冷却速度过快，产生淬硬组织，裂纹敏感性增加。焊缝金属的热输入对高强度钢焊接热影响区组织和冷裂纹产生有很大影响，热输入控制不当很容易在热影响区产生冷裂纹。

表1 焊接速度对焊接质量的主要影响

1.3操作技能因素

压力容器焊接质量与操作人员的素质有极大的关系，素质较高的焊接操作人员，只要经过严格的训练和生产实践，掌握了一定的焊接技能，就能正确运用焊接工艺参数进行焊接。如用手工电弧焊焊接时，引弧和收弧不当，会在焊缝起弧和收弧处易产生气孔、裂纹等缺陷。引弧不当，电弧不稳，使母材局部过热，会产生气孔；收弧不正确，不填满弧坑，会产生裂纹源。操作不熟练，也会造成焊接质量差。如多层多道焊时，层间清理不干净，会使焊缝中留有熔渣和杂质，降低焊缝的强度和韧性。焊道中焊接过程的运条不正确，也会使焊缝焊后焊缝成型差，焊脚高低不平，宽窄不匀，影响焊缝的观容质量和内在质量。操作人员的责任心和操作习惯也影响着焊接质量[3]。焊工在焊接时，粗心大意，不按焊接工艺规程施焊，不注意焊接顺序，不注意环境温度和湿度，也容易产生焊接缺陷。

常见操作失误与导致的焊接缺陷见表2。

表2常见操作失误与导致的焊接缺陷

2压力容器焊接部位典型损伤返修工艺

2.1缺陷清除工艺

对压力容器焊接部位的典型损伤进行返修时，首要的步骤就是消除缺陷。首先要正确判断缺陷的种类、部位和大小，一般采用无损检测方法，如超声波检测、射线检测等。经无损检测方法检测出缺陷后，按其种类和情况选择合理的消除方法。常见的表面缺陷，如气孔、夹渣等采用砂轮打磨消除。选用角向砂轮，将缺陷部位磨除，直到露出无缺陷的金属表面为止。磨除时要注意磨除的深度和范围，防止磨除过多而造成母材损伤。磨除后的表面要光滑平整，无明显的磨除痕迹和棱角，以防在后续的焊接中产生应力集中。内部缺陷，如裂纹等，采用碳弧气刨的方法。用此方法可高效地消除较深的缺陷，但会在刨槽表面产生渗碳层，因此在气刨后要用砂轮将渗碳层磨除。缺陷的消除要保证将缺陷全部切除，在缺陷切除后，按原焊缝的形状和尺寸修补，对切除后的缺陷部位还要进行检查，可再次采用无损检测方法进行确认[4]。

2.2焊接返修工艺

焊接返修方法应根据缺陷的性质(大小、形式)、位置以及压力容器的材质和使用要求来选择。焊前应对返修部位进行预热，预热温度和预热时间要根据材料的种类和厚度来确定。预热可以防止焊接过程中的冷却速度过快，减小焊接应力，预防产生冷裂纹。选择适当的焊接材料是很重要的，焊接材料的化学成分和力学性能应与母材相匹配。焊接时，应注意控制焊接工艺参数，包括焊接电流、电压、焊接速度等[5]。电流过大，焊缝过热，晶粒粗化，焊缝金属的力学性能特别是韧性降低；电流过小，可能出现未熔合等缺陷。多层多道焊时，要注意层间温度的控制。层间温度过高，焊缝组织恶化；层间温度过低，易产生裂纹。每一焊道焊完后，要及时清理焊渣和飞溅，检查焊缝质量，发现缺陷要及时处理。焊后要对接头焊缝进行后热消氢处理，后热温度和后热时间要根据材料和焊接情况确定，以消除焊缝中的扩散氢，预防产生延迟裂纹。

2.3焊后处理与检验工艺

焊后处理，对于提高返修焊缝的质量、性能起着非常重要的作用。焊后处理包括热处理和表面清理、外观检查、无损检测和压力试验。热处理:有些高强度合金钢或对焊接应力敏感的材料，焊后热处理可以消除焊接残余应力，改善焊缝和热影响区的组织和性能。热处理的加热温度、保温时间、冷却速度等应按钢种的标准和规范执行。表面清理:对返修后焊缝表面应清理干净，焊渣、氧化皮等杂物应磨刷掉，焊缝表面光滑平整。外观检查:对焊缝进行外观检查，检查焊缝成型是否良好，有无咬边、气孔、裂纹等表面缺陷。外观不合格焊缝应进行修磨、打磨合格。无损检测:焊后焊缝无损检测，包括超声波检测、磁粉检测、射线检测等，检查焊缝内部是否有缺陷。焊后焊缝无损检测应在焊后一段时间后进行，有延迟裂纹的材料延长延迟时间。无损检测合格后，还应对压力容器进行压力试验，压力试验的压力和时间应按设计要求，以验证压力容器整体的密封性和强度。这样经过焊后处理和检验，对返修焊缝才能合格，从而保证返修后的压力容器满足安全使用要求。

结束语：对压力容器焊接部位的典型损伤的成因及返修工艺的研究有重 要而紧迫的现实意义。通过对裂纹、气孔、未熔合等典型损伤的成因分析，弄清了材料因素、焊接工艺、操作水平、使用环境等因素对焊接损伤的影响机理，从而制定出有针对性的返修工艺，为焊接损伤的返修、焊接部位质量的提高提供有效的技术手段，经过实践验证可大大提高焊接接头性能，从而提高压力容器的安全率。

参考文献

[1]沈强. 基于深度神经网络的压力容器损伤机制智能识别策略[J].价值工程,2026,45(01):143-145.

[2]高毅飞,宋梅利,梁建国,等. 复合材料压力容器低速冲击响应及剩余爆破压仿真研究[J].振动与冲击,2025,44(22):120-129.DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2025.22.014.

[3]李攀锋. 长周期运行下压力容器损伤模式识别与安全保障技术研究[J].化学工程与装备,2025,(11):144-147.DOI:10.19566/j.cnki.cn35-1285/tq.2025.11.039.

[4]郑文培,孙小茹,王梓凯. 压力容器小口径接管结构损伤涡流热成像检测技术研究[J].红外与激光工程,2025,54(06):102-112.

[5]闫海宪,袁伟,姚呈祥,等. 基于损伤模式分析的超设计使用年限压力容器合于使用评价研究[J].化工设备与管道,2024,61(06):1-6.