摘要：隨著我國經濟的高速發展，我國各行各業也呈現出良好的發展趨勢。壓力容器在焊接過程中最為嚴重的缺陷就是裂紋，產生后造成金屬材料截面積的減小，承載力相應較小，出現構建斷裂，嚴重時引起安全事故。文章對焊接裂紋產生機理分析的基礎上，采取有效的防止措施，預防裂紋的產生，保證壓力容器的運行安全。

　　關鍵詞：壓力容器;焊接;冷裂紋;產生;防止措施

　　引言

　　焊接在金屬壓力容器制造過程中是一道主要的工序，隨著壓力容器的大型化和重型化，焊接在壓力容器制造過程中處于關鍵和重要的工序。大多數壓力容器屬于特種設備，其安全運行關系人民的生命及財產安全，因此避免壓力容器在制造過程中產生焊接缺陷，是保證壓力容器制造質量在運行后安全工作的關鍵步驟。

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　　1焊接冷裂紋的分類及產生的基本過程

　　焊接冷裂紋是指焊接接頭冷卻到較低溫度時所產生的裂紋，常見鋼材產生的溫度為在Ms溫度以下或200-300℃。冷裂紋包括:延遲裂紋、淬硬裂紋、低塑性脆化裂紋等，在壓力容器制造行業所說的冷裂紋指的是延遲裂紋。壓力容器焊接冷裂紋主要發生在高硬度及高強度的鋼材中，如抗拉強度大于等于540MPa以上的材料或者中碳鋼、低合金和中合金的高強度鋼中。

　　這些材料在焊接過程中金屬熔池溶解了大氣或者焊接材料中的氫，加上焊接接頭在焊接過程中產生了材料加熱時產生的拘束應力，焊縫本身組織淬硬，無法通過塑性變形等方式釋放應力，在三種因素的作用下，發生開裂，形成裂紋。延遲裂紋具有顯著的延遲性，分為潛伏期、緩慢擴散期、突然斷裂期三個連續的過程，潛伏期有可能幾小時、幾天、幾個月甚至幾年，有可能壓力容器已投入使用期間，因此更具危險性。

　　2冷裂紋的產生原因分析

　　形成冷裂紋的原因主要有以下4個:(1)焊接接頭形成淬硬組織,減小了金屬的塑性儲備;(2)擴散氫的存在和濃集;(3)焊件鋼性大而產生較大的焊接拉伸應力;(4)焊肉存在某種缺陷致使應力集中。以上這4個因素,其中含氫量和拉應力是冷裂紋產生的2個重要因素,但4個原因的存在相互影響、促進。它們中可能某一個原因成為冷裂紋的主要因素,然而決不可能是唯一因素。一般來說,金屬內部原子的排列并非完全有序的,而是有許多微觀缺陷,在拉應力的作用下,原子氫向高應力區(缺陷部位)擴散聚集。當氫聚集到一定濃度時,就會破壞金屬中原子的結合鍵,金屬內就出現一些微觀裂紋,應力不斷作用,氫不斷地聚集,微觀裂紋不斷地擴散,直至發展為宏觀裂紋,最后斷裂。

　　3冷裂紋的預防措施

　　3.1注重焊接材料的質量檢驗

　　作為鍋爐壓力容器焊接質量控制的基礎焊接，焊接材料檢驗包含了眾多檢查項目。就鍋爐壓力容器焊接材料而言，其包含了焊條、焊絲、焊劑等諸多內容。在材料檢驗中，不僅應檢查材料的質保書、品名，而且需對材料的材質、規格、數量、外觀等要素進行核對，確保材料端面或斷口處有分層、夾雜等缺陷。在檢查中，需抽選10%左右的樣品送往檢驗;針對具體的材料檢驗結果，還需規范填寫《材料進貨檢驗單》。此外，為避免鍋爐壓力容器焊接中出現質量問題，還應規范焊接材料的存儲管理，通常，焊接材料與地面、墻體的距離保持在300mm，同時焊材所存空間的室內溫度應高于5℃，同時相對濕度不超過60%。

　　3.2焊接工作人員控制

　　壓力容器的焊接工作是一項十分專業的工作要求，工作人員必須要具備足夠的焊接專業知識，并且要擁有豐富的焊接作業經驗，要能夠熟練應用多種焊接方法和焊接技術，這樣才能夠保證焊接人員的素質滿足焊接作業需要。另外在焊接的過程中，焊接作業人員會直接影響到焊接的質量。

　　所以要求我國的加工企業必須要對焊接工作人員進行培訓，檢查工作人員的專業知識水平和技能水平，對其進行定期考核，了解工作人員的素質能力，在上崗之前更要進行崗前培訓，這樣才能保證焊接工作人員的素質。為了做好焊接工作人員的管理，企業需要制定相應的管理制度，要對焊接工作人員的工作流程、工作規范和要求等進行明確，相關人員還需要定期進行檢查，了解工作人員的工作情況，通過激勵機制來激發其工作的積極性和主動性。

　　3.3.加強對焊接環境的管理

　　焊接環境并不是單純指施焊環境，具體還涉及到與焊接相關的所有環境條件。在壓力容器焊接施工過程中，在雨雪天氣、低于零下5℃的環境溫度、濕度超過90%的環境下都不允許進行焊接操作，對于氣體保護焊，當風速在2m/s以上時及手工焊風速在8m/s以上時都不能進行焊接施工。

　　3.4焊接工藝控制

　　首先，要進行焊接工藝的評定。根據鍋爐壓力容器的特點和技術要求，對評定試件進行相關的試驗和檢驗，只有待最終的評定審核結果為合格后，才能進入批量化的焊接生產流程。這里需要特別注意的一點是，如果批準生產中需要對焊接方式和熱處理流程進行調整變更，則必須進行重新評定。

　　其次，控制焊接工藝參數。在實際中焊接對象不同，對焊接接頭的性能也有著不同的要求，所以必須根據焊接對象及其技術文件要求合理確定焊接參數。比如對高強鋼和不銹鋼應采用小線能量焊接，而易淬火鋼就必須采用焊前預熱、控制層間溫度和焊后緩冷的工藝措施。

　　第三，控制焊接設備。對于制造生產過程來說，生產設備的工作性能將對最終的產品質量造成直接影響，鍋爐壓力容器的焊接過程自然也不例外。如果焊接設備的性能較差甚至經常突發故障，那么必然會對焊接過程及其質量控制造成干擾。因此，必須對焊接設備加強管控，必須安排專人對其進行管理和定期維護，有條件的還應該及時更新技術水平更加先進的焊接設備，為焊接質量的保障提供必要的物質條件。

　　最后，加強焊接檢測。在完成焊接工序后，為了保障焊接接頭的質量，必須進行相應的檢測。目前主要采用無損檢測技術，具體則包括超聲、射線、滲透等多種方法，必須根據具體的焊接工藝要求進行合理選用。

　　3.5加強焊接設備的管理及維護

　　在壓力容器具體焊接施工過程中，需要使用到的焊接設備種類較多，因此在實際焊接施工過程中，需要做好焊接設備的管理和維護工作，進一步保證壓力容器的焊接質量。同時焊接設備之間也需要具有較好的匹配度，還要定期針對焊接設備的各種參數進行校驗，確保焊接設備各項參數與具體的要求相符。在針對焊接設備進行管理和維護過程中需要做好記錄，以便于隨時備查。

　　結語

　　裂紋對壓力容器的危害極大，冷裂紋由于具有一定的潛伏期和延遲性，焊后數小時乃至更長時間才能出現，特別是在運行中，一旦出現往往是造成質量安全事故，威脅到人民生命財產安全。為了控制此類裂紋的出現，焊前必須認真分析壓力容器的焊接過程，制定合理的焊接工藝和控制措施，從而保證壓力容器制造質量，提高壓力容器的使用安全和壽命。

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　　作者：趙修坤