压力容器用钢焊接技术探讨

2020-01-18秦丽芳兖矿济宁化工装备有限公司山东济宁272000

化工管理 2020年18期

秦丽芳（兖矿济宁化工装备有限公司，山东济宁272000）

0 引言

目前压力容器用钢品种越来越多，碳素钢、低合金钢、耐热钢、低温钢、不锈钢等等。而钢材的焊接过程是压力容器制作过程中的关键环节，该环节的控制好坏将直接决定了该压力容器的质量等级、使用年限和安全性能。压力容器的焊接特点有以下几点：1.标准要求高；2.内应力复杂；3.焊接母材品种多，部分母材焊接工艺性较差；4.不断增加的新工艺、新技术的推广应用；5.需专业技能工人操作；6.需有焊接工艺评定和规程的支撑。接下来我们根据材料的不同分别对其焊接注意要点进行分析与探讨。

1 碳素钢压力容器的焊接

低碳钢的焊接性能较好，因为其成分中的含碳量低，锰、硅含量较少，在焊接时，不容易产生淬硬组织。一般情况下，低碳钢的塑形和冲击韧性好，其焊缝的塑形和冲击韧性也往往较好。故低碳钢具有优良的焊接性能，是所有钢材中焊接性能最好的钢种。整个焊接过程中不需采用特殊的工艺措施，焊后也不必进行热处理。

低碳钢焊接材料的选用焊条应根据焊缝金属强度与母材等强的原则选用焊条，同时还须考虑焊接接头形式、板厚和焊接位置等因素。随着母材厚度的增大、接头内残余应力很大。因此，随着母材厚度的增加，在焊接时，应选优先选用抗裂纹性能好的焊条。在焊接含合金元素不高的低碳，一般要采用能够补充合金元素的焊丝和焊剂，以增加焊缝的抗裂纹的能力，并降低气孔的出现并提高焊缝的低温冲击韧性。

由于低碳钢的塑形、韧性都较好，焊接性能优良，一般情况下焊接时不需要预热及控制层间温度和后热，整个焊接过程中不采用特殊的工艺措施，焊后也不必进行热处理。在存在可能使焊接接头冷却速度过快的环境下，例如低温或母材较厚的情况，易发生冷裂纹现象，因此应采取相应的措施以避免冷裂纹出现：1.焊接前对母材进行预热，焊接过程中保持层间温度。2.采用低氢型或超低氢型焊条。3.定位焊时，加大焊接电流，减慢焊接速度。4.整条焊缝尽量一次连续焊完。

2 低合金钢压力容器的焊接

压力容器广泛采用的材料是低碳钢、普通低合金高强度钢、奥氏体不锈钢，其中尤以普通低合金高强度钢使用最普遍。由于低合金钢不同压力、容器工作温度相差很大，因此对于不同工作温度的压力容器应选用不同的材料。

强度高、塑韧性较好是低合金钢典型特点。低合金钢与低碳钢的焊接是有所不同的，由于一定的合金元素的存在，会造成焊接接头的脆化和软化以及出现焊接裂纹。在焊接过程中应注意以下几点：1.选用低氢或超低氢高韧性的焊接材料2.降低焊接线能量以避免热影响区粗晶区的脆化。3.对于碳和合金元素含量较高、屈服点也较高的低合金钢要增加焊前预热、焊后及时后热等措施。

低合金钢往往都有冷裂倾向，因此在选用焊材时，应遵循以下原则：1.在强度相当时，要尽量控制焊材中的氢含量；2.对于高强度的低碳调质钢焊接时，更应严格控制氢含量；3.对于焊后需再次受热的焊接件，应考虑二次受热对焊缝金属力学性能的影响，以确保焊件受热后力学性能仍满足要求。

3 耐热钢压力容器的焊接

压力容器用低合金耐热钢，就是在普通碳钢中加入一定量的Cr、Mo 等合金元素，其目的是保证钢材在高温下，仍能有较高的强度和持久强度。对于压力容器用耐热钢，焊接过程应满足接头的等强性、抗氢性和抗氧化性、组织的稳定性、抗脆断性等要求。

在焊接过程中应注意以下几点：1.焊前预热到一定温度。2.严格控制层间温度，在焊接过程中要控制层间温度持续不低于预热温度。3.进行焊后热处理。其作用主要有两个方面，一方面可消除焊接产生的应力，另一方面可改善焊接接头的力学性能。4.增加后热和中间热处理。氢元素是Cr-Mo钢产生冷裂纹的主要因素，因此，焊后必须立即消氢，一般为300～350℃。

4 低温压力容器的焊接

压力容器用低温钢，就是通过严格S、P 等有害元素，增加V、Al、Ti、Ni等合金元素，并进行正火等热处理从而使钢材中的组织均匀，晶粒细化，使得钢材在低温下保证韧性，降低低温脆化。

选用低温钢焊材时，应尽量选用最少的有害杂质的焊材以提高焊缝低温韧性。对于含镍低温钢，焊材的含镍量应稍高于母材，虽然增加焊接材料中的含镍量，可以在一定程度上增加焊缝金属的冲击性能，但在某些特殊条件下，需要限制焊缝金属中的含镍量，如H2S 应力腐蚀环境下，焊缝金属的w(Ni)不得大于1.0%

在焊接过程中应注意以下几点：1.采用小的焊接热输入。具体要求，焊接电流不宜过大，应采用单道快速焊的手法，降低线能量，并利用多道焊多次加热细化晶粒。2.选择适当的焊接速度。当焊速过快时，焊道中心易产生热裂纹。3.低温钢在低温使用时，易产生应力集中，因此在焊接时要尽量减少易造成应力集中的缺陷。

5 不锈钢压力容器的焊接

不锈钢就是在钢中增加Cr、Ni 等合金元素，使钢处于钝化状态不易发生氧化的钢材，其具有不易生锈的特点。按相组织可分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢等。

压力容器中最为常见的是奥氏体不锈钢，由于奥氏体不锈钢的膨胀系数小，热导率小，焊缝易形成粗大的柱状精组织。其粗大组织在受力时，易发生裂纹，该裂纹为热裂纹。在焊接过程中应注意以下几点：1.由于奥氏体不锈钢热导率小线胀系数大，应尽可能选用焊接能量集中的焊接方法。2.在焊接时，焊接电流要比焊接碳钢时更小。3.尽量采用小的热输入进行焊接。4.焊接前清理坡口及母材周边，减少有害物质的污染。

随着技术的提高和化工行业的发展，越来越多的压力容器使用了双相不锈钢，所谓双相不锈钢，其相组织为含量相当的奥氏体组织和铁素体相组织。双相不锈钢强度高于奥氏体不锈钢，韧性高于铁素体不锈钢，且耐孔蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等性能也有明显的改善。其焊接性较好不易产生热裂纹，但有可能产生氢致裂纹。在焊接时，需控制焊缝金属的奥氏体组织和铁素体组织的比例。因此，在焊接双相不锈钢时，要严格控制焊接线能量，层间温度和冷却速度。为了获得最佳的焊缝金属性能，建议最高层间温度控制在100℃。