压力容器制造用焊材的选用（下）

大庆油田工程建设公司建材公司石油石化设备厂 （黑龙江 163453） 郭晓春

无论怎样渗合金都是为了改善焊缝的韧性和抗裂纹能力，尤其是烧结焊剂不但电弧燃烧稳定，脱渣容易，焊缝成形美观，而且具备环保、节能的优点，使焊缝获得较高的冲击（或低温冲击）韧性和焊缝质量。因此，选用合理的适用的烧结焊剂是非常重要的。

在选择低合金钢埋弧焊焊丝时，要首先考虑焊丝中锰、硅及其他合金元素的含量，为了避免焊缝产生纵向裂纹和减少气孔数量，应选用含锰量较高的焊丝。其次要与焊剂一起根据容器的厚度考虑单道焊还是多道焊，多道焊要防止合金烧损，单道焊要防止母材的稀释。而这都是影响母材和焊缝性能的主要因素，需要进一步通过焊接工艺评定来解决。

3.气体保护焊

压力容器用气体保护焊时，焊缝金属的性能不但与焊丝的化学成分有关，还与采用的保护气体成分十分密切。根据目前工厂的情况大致分为三种，首先是钨极氩弧焊（TIG），由于是惰性气体保护，没有化学反应，因此选用的填充焊丝只要与母材成分一致即可；当然，不用焊丝仅用发热的钨极燃烧母材也可达到焊接的目的。缺点是熔深浅、熔速慢、效率低，只适用于小的配件接管或接管与法兰的打底焊接。其次是CO2气体保护焊，该焊接方法由于具有操作简单、效率高及成本较低的优点而被广泛接受。但由于CO2是较强的氧化性气体，飞溅大、熔渣多、焊缝成形差，更容易造成焊缝金属合金烧损和气孔的生成。因此，一般要求焊接压力容器中非受压的附属配件比如裙座等。最后是熔化极气体保护焊，也可以称作混合气体保护焊，在配比器的作用下，将多数氩气（70%～85%）与少量CO2（15%～30%）气体混合进行焊接，这种方式具有焊接效率高、焊缝成形良好、焊道飞溅少的优点，目前已越来越多被广泛应用。国外推行的高效全数字化焊机（比如福尼斯的TIME5000型）是国内应用最成功的一例。

对于不锈钢来讲，一般情况下，对于铁素体奥氏体不锈钢由于焊缝金属具有一定量的铁素体，具有良好的塑性和韧性，焊材选用时，除从工艺角度考虑外大都选用药皮类型为16或17的焊材（如A102）。

埋弧焊和气体保护焊用不锈钢焊丝与母材的化学成分相近，但应配用无锰中硅中氟或无锰低硅高氟熔炼焊剂，最好是碱性烧结焊剂。

四、遵循等耐蚀性原则

压力容器焊接接头的等耐蚀性应为耐蚀性、抗氢性和抗氧化性均不低于母材标准的规定指标或产品制造技术条件规定的相应值。考虑焊接热过程对接头的耐蚀性可能产生的不利影响，应选择主要合金成分高于母材，而碳含量低于母材的焊接材料。

1.低合金钢

近年来，随着石油的深度开采，原油的含硫量越来越高，使得更多压力容器处于湿硫化氢（H2S）环境中，此时因腐蚀而生成的氢原子很容易渗入钢中，并在局部聚集，致使在钢材内部产生沿轧制方向扩展的裂纹，而相邻裂纹相互连接又会形成横截于厚度方向、形似阶梯状的裂纹，这种现象称为氢致开裂，简称HIC。硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）则是金属材料在硫化物腐蚀环境中的腐蚀和拉伸应力的联合作用下，所发生的延迟脆性断裂现象。针对这种情况，国内钢材厂家制造了超低S（wS≤0.005%）、低P（wP≤0.015%）的抗H2S等腐蚀的HIC材料。目前常用的有Q245R（HIC）及Q345R（HIC）两种材料。同样焊接材料也就相继产生，比如哈尔滨焊接研究所威尔公司的“SHA”系列焊材，其使用选择原则除按照低合金钢的焊材选用原则外，必须首先保证其具备S、P的含量达到规定数值，然后焊接接头经过720h的SSCC试验方可进行使用，具体选择如表5所示。

表5 低合金钢HIC耐蚀钢容器焊材选用

近年来应用以上焊接材料焊接国内外HIC类材料的压力容器近百余台，效果良好，为国内压力容器制造行业赢得了信誉。说明我国焊材生产水平在一定程度上达到了国际先进水平。

2.不锈钢

由于不锈钢本身具有很强的耐蚀性和抗氧化性，所以焊材的选用可参照母材的材质牌号，选用与母材成分相同或相近的焊材。由于碳含量对不锈钢的耐蚀性能有很大影响，因此应选用熔敷金属含碳量不高于母材的焊材。也就是说，尽可能保证其合金成分大致与母材成分一致或相近，在不影响耐蚀性的情况下，含一定量的铁素体，这样既能保证良好的抗裂性能，又有良好的耐蚀性能。

3.异种钢

在压力容器制造过程中，经常出现不锈钢与碳钢或低合金钢焊接的情况。在这种情况下，通常焊材的选用原则是“就高不就低”，选用耐蚀合金成分高的不锈钢焊材，来解决由于焊接过程中焊缝金属成分的“渗碳”和显微组织的一些变化。因为碳钢或低合金钢在与不锈钢接触时不锈钢中铬元素会“非常活跃”，与碳元素形成不可逆转的碳化铬组织（C6Cr23），该组织游离于焊缝中或不锈钢组织里，本身不具备任何抗蚀能力，使本来很好的、抗蚀性很强的不锈钢组织造成了“贫铬”现象，从而使材料形成点蚀或锈蚀，严重时，还可能导致裂纹。

因此，在压力容器制造中通常为碳钢或低合金钢与奥氏体不锈钢相焊时要本着以下情况进行考虑：①焊缝金属的成分稀释。②熔合区的塑性 在焊缝金属靠近低合金钢一侧，熔合区附近存在宽为0.2～0.6mm的低塑带，该区域中存在马氏体组织，会明显降低接头的塑性韧性和耐蚀性。③碳的扩散迁移能造成接头在熔合区发生脆性断裂。④热应力及其影响。

总之，无论任何一种碳钢或低合金钢与不锈钢相焊时，必须选用不锈钢焊材，否则将难以满足其组织抗蚀性要求。常见异种钢焊材使用如表6所示。

表6 常用碳钢低合金钢与不锈钢焊接材料

五、遵循适用性原则

考虑到产品材料的最佳匹配而保证产品质量的前提下，还有很多因素制约着焊接材料的选用，归纳起来，必须从以下条件进行适当选择。

（1）要充分考虑工件的复杂程度、坡口制备以及适当的焊接部位 由于工件的结构复杂，厚度较大，其冷却速度快而产生内应力大，所以容易出现裂纹，为此应选择抗裂性好的焊材；如受条件限制使某些焊接部位难以清理时，就应考虑选用氧化性强的、对锈蚀或油污等不敏感的酸性焊材。

（2）要充分考虑焊工的身体健康 鉴于碱性焊条对操作技术和施工准备要求较高，且产生的焊接烟尘有害影响较大，故在酸性和碱性焊材都允许得情况下优先选用酸性焊条。

（3）要充分考虑焊材使用的经济性 在保证使用性能满足压力容器要求的前提下，适当选用合适的不同价位的焊材，主体焊缝按照要求可以使用精炼水准高的焊材，对一些辅助配件，可以适当考虑使用价格低的普通焊材，不要片面追求焊材的全面性能，只要满足需要即可。