关于压力容器制造焊接工艺的思考

关于压力容器制造焊接工艺的思考
作者：朱鸥鹏
来源：《科技视界》 2014年第18期
朱鸥鹏
（河北新力药化设备有限公司，河北石家庄 050012）
【摘要】目前压力容器在工业生产、科学研究和人民生活中得到广泛的应用，其作为一种特种的承压设备，使用的工况介质比较复杂，具有易燃、易爆，有毒等特点。

在一定温度、压力及腐蚀介质的综合作用下，容易导致设备失效及损坏，造成事故。

因此，我们运用一定的焊接方法和手段，来确保压力容器的制造质量，保障设备安全顺利运行。

【关键词】压力容器；焊接工艺；工艺评定
１压力容器用低合金耐热钢及其焊接性分析
耐热钢是一种应用极为广泛的金属材料，是化工、石油化工、火力发电等领域不可或缺的关键材料。

耐热钢是化学成分、组织和性能十分复杂的合金体系。

这些金属材料的加工技术和焊接技术比较复杂，需要高度重视并加以认真研究分析。

通过分析可知，压力容器产品制造中的耐热钢及其焊接特性主要表现在以下几个方面：
１．１焊接接头性能应满足下列几点要求
（1）接头的等强性和等塑性，不仅应具有与母材基本相等的室温和高温短时强度，而且更重要的应具有与母材相当的高温持久强度，并具有与母材相近的塑性变形能力。

（2）接头的抗氢性和抗氧化性，接头应具有与母材基本相同的抗氢性和抗高温氧化性。

（3）接头的组织稳定性，焊接接头在制造过程中，特别是厚壁接头将经受长时间多次热处理，在运行过程中则处于长期的高温、高压作用下，为确保接头性能稳定，接头各区不应产生明显的变化及由此引起的脆变或软化。

（4）接头的抗脆断性，为了保证焊接接头具有一定的韧性，保证其抗拉性能和屈服性能满足要求，接头的抗脆断性应满足需求。

（5）接头的物理均一性，接头应具有与母材基本相同的物理性能。

１．２低合金耐热钢含有一定量的合金元素，因此它与低合金高强钢都具有一些相同的焊接特点，而又由于其含有一些特殊的微量元素及其不同的介质工作环境，所以也有其独特的焊接特点
（1）淬硬性，钢的淬硬性取决于它的含碳量，合金成分及其含量。

低合金耐热钢中的主要合金元素为铬和钼等能显著地提高钢的淬硬性。

（2）再热裂纹倾向，低合金耐热钢焊接接头的再热裂纹（亦称消除应力裂纹）倾向主要取决于钢中碳化物形成元素的特性及其含量以及焊后热处理温度参数。

（3）回火脆性（长时脆变），铬钼钢及其焊接接头在370～565℃温度区间长期运行过程
中会发生渐进的脆变现像，称为回火脆性或长时脆变。

２压力容器用耐热钢焊材选用分析
２．１与低合金高强钢相同，焊缝金属和母材等强度原则仍是低合金耐热钢焊材选用的
基本原则，在压力容器产品焊接过程中，焊缝填充金属必须与母材具有相同的强度，只有二者
强度一致，才能减少裂纹的发生，提高焊缝的融合度，满足焊接要求，提高焊接质量。

所以，
在焊材选择中应保证焊缝金属与母材强度一致。

２．２为使其焊缝金属具有与母材同样的使用性能，因此要求其焊缝金属的铬、钼含量
不得低于母材标准值的下限。

考虑到压力容器产品需具有较强的承压性能，因此压力容器母材
中的铬和钼的含量应达到一定标准。

基于这一现实需求，在焊材选择中，焊缝金属应与母材具
有相似的特性，应保证金属含量与母材相同，满足焊接的实际需要。

２．３为保证焊缝金属有同样小的回火脆性，应严格限制焊材中的氧、硅、磷、锑、锡、砷等微量元素的含量。

在焊材选择中，由于焊材在生产过程中为了满足强度及热量等指标，焊
材中会加入一定量的微量元素。

但是微量元素的加入会使焊缝金属带有一定的回火脆性，为了
减小焊缝金属的回火脆性，应选择焊材中氧、硅、磷、锑、锡、砷等微量元素较小的产品。

２．４为提高焊缝金属的抗裂性，应控制焊材中的含碳量低于母材的碳含量，基于压力
容器产品的质量和安全性要求，在焊接过程中，焊接强度是保证压力容器产品质量和载荷的重
要指标。

为了提高焊接强度，需要有效消除焊接裂纹，提高焊缝金属的抗裂性。

为此，我们应
选择低碳焊材来实现这一目标。

３压力容器用耐热钢焊接要点分析
３．１预热与层间温度
在焊接过程中，为了保证焊缝质量达到要求，应在焊接之前对焊接温度进行了解，对于温
度不达标的，应采取预热的措施提高焊接温度，并保证焊接时层间温度不低于预热温度，从温
度的角度保证焊接成型满足实际需要，减少焊缝裂纹的发生，提高焊缝的抗拉性能和弯曲性能。

３．２焊后热处理
在焊接过程中，有些特殊材质由于材质本身要求，需要在焊接之后进行热处理，以提高焊
缝整体强度和焊接质量。

对于有热处理需求的焊接工序，我们应在熟悉焊接工艺的基础上，在
焊接之后增加热处理工序，并对焊缝进行重点处理，使焊缝质量满足实际要求，达到提高焊接
质量的目的。

３．３后热和中间热处理
对于特殊材质的压力容器，在焊接之后不能马上进行热处理，需要间隔一定时间之后再进
行焊缝热处理。

例如Cr-Mo钢容器的壁厚、刚性大、制造周期长，焊后不能很快进行热处理。

为防止焊件在焊后热处之前产生裂纹，是简单而可靠的措施是将接头作2-3h的低温后热处理。

后热处理的温度按钢种和壁厚而定。

一般在250-300℃之间。

３．４焊接规范——的选择
在压力容器的焊接过程中，对焊接方法、焊接速度、焊接电流、焊接电压和焊材选择都有
严格按照焊接工艺的规定。

为了保证压力容器产品的焊接质量满足实际需要，我们应在制定焊
接工艺之前应按NB/T47014选择适当的焊接规范进行预焊接试验，并对预焊试件按要求进行各
项试验，各项试验都合格后，焊接工艺人员将按照焊接工艺评定和产品结构特点编制相应的、
可指导焊工操作的焊接工艺文件。

４焊接工艺评定
焊接工艺评定是指为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价，
即通过拟定正确的焊接工艺保证焊接接头获得所要求的使用性能。

作为焊接的质量管理，目前
没有条件制定以各种使用性能作为焊接工艺评定的判断准则，因此以焊接接头的力学性能（拉伸、弯曲、冲击）作为判断焊接工艺的准则。

对于特殊材料，还需要增加化学成分分析及晶间
腐蚀试验等。

如要评定焊接工艺，首先要拟定焊接工艺指导书（PQR），用焊接工艺评定报告（WPS）来证明PQR的正确性。

根据评定合格的焊接工艺制定具体的焊接工艺规程来指导具体焊接工作。

每个WPS都有相应的评定合格的PQR与之对应，一般应对PQR及WPS编号归档。

WPS
上应按要求填入PQR号，以证明WPS是评定合格的。

WPS是焊接质量管理体系的核心，是指导
生产的标准依据，压力容器制造厂必须确保焊接工艺文件的正确性及可靠性。

WPS必须是由本
单位技术熟练的焊接人员使用本单位焊接设备焊接试件，即焊接工艺评定不允许借用或交换[10]。

压力容器制造厂的焊接工艺文件一般分为通用焊接工艺及专用焊接工艺。

通用焊接工艺
是将厂内常用的焊接材料、结构、焊接方法和典型零部件的焊接汇总成通用焊接工艺文件。

随
着生产的发展以及新工艺、新材料、新标准的实施，需要不断对通用工艺进行必要的补充、更
新和重新修订。

专用焊接工艺是针对钢材的焊接性能，结合产品的特点，对特定产品制定的焊
接工艺。

５结束语
通过本文的分析可知，在压力容器制造过程中，焊接作为主要工序，其质量关系到产品的
整体质量和安全性。

因此，我们应必须制定完善的焊接工艺，对焊接工序进行有力支撑，从容
器产品的焊接特性、焊材选择和焊接要点方面加深对焊接工艺的理解。

【参考文献】
［1］杨建锋．专家系统在焊接工艺评定中的应用[J]．北京工业大学学报，2006年09期．［2］熊志勇．基于知识工程的产品创新设计关键技术研究[D]．武汉理工大学，2007年．［3］库祥臣．异形弹簧数字化制造关键技术研究[D]．西北工业大学，2007年．
［责任编辑：周娜］。