采出液缓冲罐Q345R（HIC）焊接工艺研究

采出液缓冲罐Q345R（HIC）焊接工艺研
究
摘要：Q345R(HIC)钢是一种抗氢钢，主要用于制造各种压力容器，现在压力
容器基本采用全焊结构，焊接成为生产制造压力容器的主要工艺，但是焊接技术
本身具有加热、冷却以及添加焊接材料的特点，使得焊接接头的组织和性能产生
不均匀性。

总厂生产的压力容器往往工作环境恶劣，容易发生氢致开裂，造成很
大损失。

本文以Q345R（HIC）为研究对象，通过焊接性分析、焊接试验对其焊接
工艺、可能产生的缺陷及预防措施进行研究，最后提出指导现场焊接的工艺措施。

关键词: Q345R(HIC)钢；氢致开裂；焊接工艺
1氢致开裂概述
金属材料在高温高压氢气环境操作时，氢气会扩散侵入金属中，在冷却过程中，由于氢气来不及从金属中向外溢出，金属内就会吸入一定量的氢，从而引发
裂纹，这种现象就是氢致开裂。

由于氢的存在，使金属材料的韧性和塑性下降，
破坏其力学性能，从而使材料更容易出现开裂和脆断。

氢致开裂还会使材料的某
些物理性能下降。

2焊接方法
根据产品特点选用焊条电弧焊打底，埋弧焊填充盖面的焊接方法。

3焊接试验
3.1实验母材
根据图纸选用主体材料为Q345R（HIC）抗氢钢，以正火状态供货。

抗氢钢是
通过正火等措施改善传统钢的热轧组织，并将含硫量降至超低水平
（S≤0.002%），对氢致开裂提高了抗力。

Q345R（HIC）刚作为一种优质低合金
钢，具有良好的加工工艺性能和综合力学性能。

对Q345R（HIC）的化学分析按照GB/T223-2008《钢铁及合金化学分析方法》规定的方法进行，得出Q345R（HIC）钢材的力学性能如下表1所示，化学成分如下表2所示。

表1 Q345R（HIC）钢的力学性能
表2 Q345R（HIC）钢的化学分析结果
3.2试验焊材
压力容器与其他的焊接结构不同，是一种特殊的全焊结构，其焊接接头承受着与容器壳体相同的各种载荷、温度和工作介质的物理、化学作用。

对焊缝金属不仅要求具有与壳体相等的静载强度，而且还要求具有足够的塑性和韧性以防止受压部件在各种应力和温度共同作用下，产生脆性破裂。

即焊接接头的强度、塑性、韧性、抗氢性都不低于母材标准规定的下限值。

根据本产品和母材的设计要求，选用牌号为CHE507SHA焊条和CHW_SH的焊丝，是一种低氢型焊材。

焊缝金属S、P含量更低具有优良的塑性、冲击韧性和抗HIC性能。

该焊材焊接工艺性能优良，飞溅小，脱渣容易，电弧稳定，焊缝成形美观。

适用于要求较高的Q345R（HIC）钢制压力容器的焊接。

焊材的化学成分如表3所示，焊接参数如表4所示。

表3 焊材的化学成分
表4 焊接参数表
CHE507SHA焊条使用注意事项：
（1）焊前焊条经350-400℃烘焙1-2小时，随烘随用。

（2）焊前清除焊接表面的油、锈、水等杂质。

（3）采用短弧操作，窄道焊接法。

（4）保管、储存：
注意温度及湿度，建议室内温度在5℃以上，相对湿度不超过60%，并离地
面和墙壁一定距离。

室内应保持干燥、清洁、分类存放，并有明确的标志和不得
存放有害介质。

4无损检测
无损检测是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，利用物体的声、光、电磁等原理技术对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数的检测技术。

试板焊后根据NB/T47013.2-2015的要求，应进行RT射线检测，验收标准
NB/T47013.2-2015进行验收，利用这种方法来检测焊缝是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小、位置、等信息，来判断焊缝成型质量，试板射线检测评定结果如
图1所示。

图1试板射线检测评定图
5焊后热处理
焊接残余应力会促进硫化物应力腐蚀开裂，因此焊后对Q345R(R—HIC)试件必须进行消应热处理，温度为620℃±15℃，考虑到工艺评定的覆盖范围，保温时间延长至2h，同时也要减慢升温和降温速度，升温和降温速度控制在
150~180℃/h，热处理记录曲线图如图2所示。

图2热处理记录曲线图
6实验分析
压力容器为全焊结构，焊缝承受着与容器壳体相同的各种载荷、温度和工作介质的物理、化学作用，必须对焊缝进行实验分析，焊缝实验分析包括无损检测探伤（标题四），硬度试验、拉伸试验，弯曲试验、冲击试验。

6.1硬度试验
硬度试验方法应按EN1043-1:1995的规定，采用载荷为HV10的维氏硬度。

为了测量和记录焊接接头硬度值的范围，压痕应打在焊缝、热影响区和母材上。

厚度小于或等于5mm的材料，应在焊接接头的上下表面2mm处各打一排压痕。

厚
度超过5mm的材料，应在焊接接头的上下表面处各打一排压痕。

双面焊缝、角焊缝和T型接头对接焊缝，应在根部区域增加一排压痕。

对于每一排压痕，至少包含3个单独的压痕。

硬度试验样本如下图3所示；实验数据如下表5所示；
图3硬度试验样本图
表5 试件力学性能试验(硬度试验)数据表
6.2拉伸试验
拉伸试验依据NB/T47014-2011标准进行,NB/T47014-2011中规定，试验的焊缝余高以机械方法去除，由于试件小于30mm，所以采用全厚度试验进行试验。

6.2.1取样和加工要求
（1）试样的焊缝余高应以冷加工去除，使之与母材平齐；
（2）厚度小于或等于30mm的试件，采用全厚度试验进行试验，试样厚度应等于或接近试件母材厚度T；
（3）当受试验机能力限制不能进行全厚度的拉伸试验时，则可将试件在厚度方向上均匀分层取样，等分后制取试样厚度接近试验机所能实验的最大厚度，等分后的两片或多片试样试验代替一个全厚度试样的试验。

6.2.2实验试样：拉伸试验图如图4所示。

图4拉伸试验图
6.2.3拉伸试验数据如下表6所示。

表6 试件力学性能试验(拉伸试验)数据表
6.3弯曲试验
试样加工过程中，试样的焊缝余高采用机械方法去除，试样的拉伸表面加工平齐，试样受拉伸表面没有没有任何划痕和损伤。

试样的焊缝中心应对准弯心轴线；侧弯实验时，若试样表面存在缺陷，则以缺陷较严重一侧作为拉伸面；弯曲角度以试样承受载荷时测量为准。

对接焊缝试件的弯曲到规定的角度后，其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向不得有单条长度大于3mm的开口缺陷，试样的棱角开口缺陷一般不计，但由未熔合，夹渣或其他内部缺陷引起的棱角开口缺陷长度应计入。

（1）试验要求：弯曲试样的受拉面应包括每一种焊接方法（或焊接工艺）的焊缝金属和热影响区。

（2）实验试样：弯曲试验图如图5所示。

图5弯曲试验图
（3）实验数据如表7所示
表7 试件力学性能试验(弯曲试验)数据表
6.4冲击试验
每一种焊接方法（或焊接工艺）的焊缝区和热影响区都要经受比V
型缺口冲击试验。

试样的制取：
（1）试样取向：试样纵轴线应垂直于焊缝轴线，缺口轴线垂直于母材表面：（2）试验试样：冲击试验图如图6所示。

图6冲击试验图
（3）实验数据如表8所示。

表8 试件力学性能试验(冲击试验)数据表
（1）Q345R（HIC）钢的可焊性良好，采用手工电弧焊、埋弧焊焊后所有试样的余高较小，无气孔和咬边等各种缺陷的存在，成形性良好。

（2）Q345R（HIC）钢是一种抗氢钢，其磷和硫的含量低，这样就会降低其对氢的吸收；钢中含有Cr、Mo、Nb等元素，这些元素能够和碳形成碳合物，因此可以提高钢的韧性，对降低氢致开裂敏感性有利。

参考文献：
[1]《压力容器》GB/T150-2011.
[2]《钢制化工容器材料选用规定》HG/T20581-2011.
[3]《承压设备焊接工艺评定》NB/T47014-2011.
[4]《压力容器焊接规程》NB/T47015-2011.
[5]《承压设备焊后热处理规程》GB/T30583-2014.。