壓力容器常見(jiàn)缺陷

第四章壓力容器缺陷4.2壓力容器的常見(jiàn)缺陷4.2.1壓力容器制造過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷4.2.2壓力容器使用過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷

焊接裂紋未焊透和未熔合夾渣氣孔表面缺陷組織缺陷

4.2.1壓力容器制造過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷壓力容器制造過(guò)程中產(chǎn)生缺陷的主要類型：

外觀缺陷（表面缺陷）是指不用借用于儀器，從工件表面可以發(fā)現(xiàn)的缺陷。常見(jiàn)的外觀缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形等，有時(shí)還有表面氣孔和表面裂紋，單面焊的根部未焊透也位于焊縫表面。1.外觀缺陷（1）咬邊

咬邊是指沿著焊趾，在母材部分形成的凹陷或溝槽。產(chǎn)生的主要原因是電弧熱量太高，即電流太大，運(yùn)條速度太小造成的。焊條與工件間角度不正確，擺動(dòng)不合理，電弧過(guò)長(zhǎng)，焊接次序不合理等都會(huì)造成咬邊。

防止咬邊的措施：矯正操作姿勢(shì)，選用合理的規(guī)范，采用良好的運(yùn)條方式都會(huì)有利于消除咬邊。焊角焊縫時(shí)，用交流代替直流也能有效地防止咬邊。（2）焊瘤

焊縫中的液態(tài)金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出，冷卻后形成的未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤。焊接規(guī)程過(guò)強(qiáng)、焊條熔化過(guò)快、焊條質(zhì)量欠佳（如偏芯），焊接電源特性不穩(wěn)定及操作姿勢(shì)不當(dāng)?shù)榷既菀讕?lái)焊瘤。在橫、立、仰位置更容易形成焊瘤。

防止焊瘤的措施：使焊縫處于平焊位置，正確選用規(guī)范，選用無(wú)偏芯焊條，合理操作。

凹坑指焊縫表面或背面根部的低于母材的部分。凹坑多是由于收弧時(shí)焊條（焊絲）未作短時(shí)間停留造成的（此時(shí)的凹坑稱為弧坑），仰立、橫焊時(shí)，常在焊縫背面根部產(chǎn)生內(nèi)凹。（3）凹坑

防止凹坑的措施：選用有電流表衰減系統(tǒng)的焊機(jī)，盡量選用平焊位置，選用合適的焊接規(guī)范，收弧時(shí)讓焊條在溶池內(nèi)短時(shí)間停留或環(huán)形擺動(dòng)，填滿弧坑。

未焊滿是指焊縫表面上連續(xù)的溝槽。填充金屬不足是產(chǎn)生未焊滿的根本原因。規(guī)范太弱，焊條過(guò)細(xì)，運(yùn)條不當(dāng)?shù)葧?huì)導(dǎo)致未焊滿。防止未焊滿的措施：加大焊接電流，加焊蓋面焊縫。（4）未焊滿

燒穿是指焊接過(guò)程中，熔深超過(guò)工件厚度，熔化金屬自焊縫背面流出，形成穿孔性缺陷。焊接電流過(guò)大，速度太慢，電弧在焊縫處停留過(guò)久，都會(huì)產(chǎn)生燒穿缺陷。工件間隙太大，鈍邊太小也容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。選用較小電流并配合合適的焊接速度，減小裝配間隙，在焊縫背面加設(shè)墊板或藥板，使用脈沖焊，能有效地防止燒穿。（5）燒穿（6）其它表面缺陷1）成形不良

指焊縫的外觀幾何尺寸不符合要求。有焊縫超高，表面不光滑，以及焊縫過(guò)寬，焊縫向母材過(guò)渡不圓滑等。2）錯(cuò)邊

指兩個(gè)工件在厚度方向上錯(cuò)開(kāi)一定位置，它即可視作裝配成形缺陷。3）塌陷

單面焊時(shí)由于輸入熱量過(guò)大，熔化金屬過(guò)大而使液態(tài)金屬向焊縫背面塌落，成形后焊縫背面突起，正面下榻。5）各種焊接變形4）表面氣孔及弧坑縮孔

如角變形、扭曲、波浪變形等都屬于焊接缺陷。角變形也屬于裝配成形缺陷。（6）其它表面缺陷（續(xù)）

氣孔是指焊接時(shí)，溶池中的氣體未在金屬凝固前溢出，殘存于焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是溶池從外界吸收的，也可能是焊接冶金過(guò)程中反應(yīng)生成的。2.氣孔和夾渣（1）氣孔1）氣孔的分類球形氣孔條蟲(chóng)狀氣孔氫氣孔氮?dú)饪籽鯕饪锥趸細(xì)饪滓谎趸細(xì)饪讱錃鈿饪滓谎趸細(xì)饪讖男螤钌戏謴臄?shù)量上分按氣體成分分熔焊氣孔分為單個(gè)氣孔群狀氣孔

常溫固態(tài)金屬中氣體的溶解度只有高溫液態(tài)金屬中氣體溶解度的幾十分之一，溶池金屬在凝固過(guò)程中，有大量的氣體要從金屬中逸出來(lái)。當(dāng)凝固速度大于氣體逸出速度時(shí)，就形成氣孔。2）氣孔的形成機(jī)理3）產(chǎn)生氣孔的主要原因

母材或填充金屬表面有銹、油污等，焊條及焊劑未烘干會(huì)增加氣孔量，因?yàn)殇P、油污及焊條藥皮、焊劑中的水分在高溫下分解氣體，增加了金屬中氣體的含量。焊接線能量過(guò)小，溶池冷卻速度大，不利于氣體逸出。焊縫金屬脫氧不足也會(huì)增加氧氣孔。

氣孔減少了焊縫的有效截面積，使焊縫疏松，從而降低了接頭的強(qiáng)度，降低塑性，還會(huì)引起泄漏。氣體也在引起應(yīng)力集中的因素。氫氣孔還可能促成冷裂紋。4）氣孔的危害5）防止氣孔的措施a.清除焊絲，工作坡口及其附件表面的油污、鐵銹、水分和雜物。b.采用堿性焊條、焊劑，并徹底烘干。c.采用直流反接并用短電弧施焊。d.焊前預(yù)熱，減緩冷卻速度。e.用偏強(qiáng)的規(guī)范施焊。（2）夾渣1）夾渣的分類金屬夾渣非金屬夾渣2）夾渣的分布與形狀單個(gè)點(diǎn)狀?yuàn)A渣條狀?yuàn)A渣鏈狀?yuàn)A渣密集夾渣夾渣是指焊后熔渣存在焊縫中的現(xiàn)象。3）夾渣產(chǎn)生的原因a.坡口尺寸不合理；b.坡口有污物；c.多層焊時(shí)，層間清渣不徹底；d.焊接線能量??；e.焊縫散熱太快，液態(tài)金屬凝固過(guò)快；f.焊條藥皮，焊劑化學(xué)成分不合理，熔點(diǎn)過(guò)高，冶金反應(yīng)不完全，脫渣性不好；g.鎢極惰性氣體保護(hù)焊時(shí)，電源極性不當(dāng)，電流密度大，鎢極熔化脫落于溶池中；h.手工焊時(shí)，焊條擺動(dòng)不良，不利于熔渣上浮。

點(diǎn)狀?yuàn)A渣的危害與氣孔相似，帶有尖角的夾渣會(huì)產(chǎn)生尖端應(yīng)力集中，尖端還會(huì)發(fā)展為裂紋源，危害較大。4）夾渣的危害

焊縫中原子結(jié)合遭到破壞，形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。3.裂紋（1）裂紋的分類根據(jù)裂紋尺寸大小，分為三類：

1）宏觀裂紋：肉眼可見(jiàn)的裂紋；

2）微觀裂紋：在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)；

3）超顯微裂紋：在高倍數(shù)顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)，一般指晶間裂紋和晶內(nèi)裂紋。從產(chǎn)生溫度看，裂紋可分為二類：

1）熱裂紋

2）冷裂紋按裂紋產(chǎn)生的原因分，又可把裂紋分為：

1）再熱裂紋

2）層狀撕裂

3）應(yīng)力腐蝕裂紋（1）裂紋的分類（2）裂紋的危害

裂紋，尤其是冷裂紋，帶來(lái)的危害是災(zāi)難性的。壓力容器事故絕大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。

熱裂紋發(fā)生于焊縫金屬凝固末期，最常見(jiàn)的熱裂紋是結(jié)晶裂紋，其生成原因是在焊縫金屬凝固過(guò)程中，結(jié)晶偏析使雜志生成的低熔點(diǎn)共晶物富擠集于晶界，形成所謂“液態(tài)薄膜”，在特定的敏感溫度區(qū)（又稱脆性溫度區(qū)）間，其強(qiáng)度極小，由于焊縫凝固收縮而受到拉應(yīng)力，最終開(kāi)裂形成裂紋。熱裂紋都是沿晶界開(kāi)裂，通常發(fā)生在雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼的材料焊縫中。1）結(jié)晶裂紋的發(fā)生機(jī)理（3）熱裂紋2）影響結(jié)晶裂紋的因素a.合金元素和雜質(zhì)影響碳元素以及硫、磷等雜質(zhì)元素的增加，會(huì)擴(kuò)散敏感溫度區(qū)，使結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機(jī)會(huì)增多；

b.冷卻速度的影響；

c.結(jié)晶應(yīng)力的影響。3）防止結(jié)晶裂紋的措施a.減小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量較低的材料焊接；

b.合理選用焊接規(guī)范，并采用預(yù)熱和后熱，減少冷卻速度；

c.采用合理的裝配次序，減小焊接應(yīng)力。

1）再熱裂紋的特征a.再熱裂紋產(chǎn)生于焊接熱影響區(qū)的過(guò)熱粗晶區(qū)；

b.再熱裂紋的產(chǎn)生溫度：碳鋼與合金鋼550－650℃，奧氏體不銹鋼約300℃；

c.再熱裂紋為晶界開(kāi)裂（沿界開(kāi)裂）；

d.最容易產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的鋼種中；

e.與焊接殘余應(yīng)力有關(guān)。（4）再熱裂紋

再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理有多種解釋，其中楔形開(kāi)裂理論的解釋如下：近縫區(qū)金屬在高溫?zé)嵫h(huán)作用下，強(qiáng)化相碳化物（碳化鈦、碳化釩、碳化鈮、碳化鉻等）沉積在晶內(nèi)的位錯(cuò)區(qū)上，使晶內(nèi)強(qiáng)化強(qiáng)度大大高于晶界強(qiáng)化，尤其是當(dāng)強(qiáng)化彌散分布在晶粒內(nèi)時(shí)，會(huì)阻礙晶粒內(nèi)部的局部調(diào)整，又會(huì)阻礙晶粒的整體變形，這樣，由于應(yīng)力松弛而帶來(lái)的塑性變形就主要由晶界金屬來(lái)承擔(dān)，于是，晶界區(qū)金屬會(huì)產(chǎn)生滑移，且在三晶粒交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，就會(huì)產(chǎn)生裂紋，即所謂的楔形開(kāi)裂。2）再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理a.注意冶金元素的強(qiáng)化作用及其對(duì)再熱裂紋的影響；

b.合理預(yù)熱或采用后熱，控制冷卻速度；

c.降低殘余應(yīng)力避免應(yīng)力集中；

d.回火處理時(shí)盡量避開(kāi)再熱裂紋的敏感溫度區(qū)或縮短在此溫度區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間。3）再熱裂紋的防止1）冷裂紋的特征（5）冷裂紋a.產(chǎn)生于較低溫度，且產(chǎn)生于焊后一段時(shí)間以后，故又稱延遲裂紋；

b.主要產(chǎn)生于熱影響區(qū)，也有發(fā)生在焊縫區(qū)的；

c.冷裂紋可能是沿晶開(kāi)裂，穿晶開(kāi)裂或兩者混合出現(xiàn)；

d.冷裂紋引起的構(gòu)件破壞是典型的脆斷。2）冷裂紋產(chǎn)生機(jī)理a.淬硬組織（馬氏體）減小了金屬的塑性儲(chǔ)備；

b.接頭的殘余應(yīng)力使焊縫受拉；

c.接頭內(nèi)有一定的含碳量。因此，含碳量和拉應(yīng)力是冷裂紋產(chǎn)生的兩個(gè)主要因素。3）防止冷裂紋的措施a.采用低氫型堿性焊條，嚴(yán)格烘干，在100－150℃下保存，隨取隨用；

b.提高預(yù)熱溫度，采用后熱措施，并保證層間溫度不小于預(yù)熱溫度，選擇合理的焊接規(guī)范，避免焊縫中出現(xiàn)淬硬組織；

c.選用合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應(yīng)力；

d.焊后及時(shí)進(jìn)行消氫處理。未焊透指母材金屬未熔化，焊縫金屬?zèng)]有進(jìn)入接頭根部的現(xiàn)象。4.未焊透（1）產(chǎn)生焊縫的原因1）焊接電流小，熔深淺；2）坡口和間隙尺寸不合理，鈍邊太大；3）磁偏吹影響；4）焊條偏芯度太大；5）層間及焊根清理不良。

未焊透的危害之一是減少了焊縫的有效面積，使接頭強(qiáng)度下降。其次，未焊透引起的應(yīng)力集中所造成的危害，比強(qiáng)度下降的危害大的多。未焊透嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)度。未焊透可能成為裂紋源，是造成焊縫破壞的重要原因。（2）未焊透的危害

使用較大電流來(lái)焊接是防止未焊透的基本方法。另外，焊角焊縫時(shí)，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理設(shè)計(jì)坡口并加強(qiáng)清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產(chǎn)生。（3）未焊透的防止

未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷。按其所在部位，未熔合可分為坡口未熔合、層間未熔合、根部未熔合三種。4.未熔合（1）產(chǎn)生未熔合缺陷的原因1）焊接電流過(guò)??；2）焊接速度過(guò)快；3）焊條角度不對(duì)；4）產(chǎn)生了弧偏吹現(xiàn)象；5）焊接處于下坡焊位置，母材未熔合時(shí)已被鐵水覆蓋；6）母材表面有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結(jié)合。（2）未熔合的危害

未熔合是一種面積缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對(duì)承載面積的減小都非常明顯，應(yīng)力集中也比較嚴(yán)重，其危害性僅次于裂紋。（3）未熔合的防止

采用較大的焊接電流，正確地進(jìn)行施焊操作，注意坡口部位的清潔。

焊材與母材匹配不當(dāng)，或焊接過(guò)程中元素?zé)龘p等原因，容易使焊縫金屬的化學(xué)成分發(fā)生變化，或造