压力容器表面堆焊

压力容器表面堆焊一、分类（1）按电极种类分：1、实芯焊丝自动钨极氩弧堆焊（Auto T1G）。

2、药芯焊材CO2气体保护堆焊（FCAW）。

3、焊条电弧堆焊（SMAW）。

4、带极堆焊。

5、双极埋弧自动焊（SAW）。

(2)带极堆焊分类1、按堆焊原理分类：分为带极埋弧堆焊（SAW）和带极电弧堆焊（ESW）。

2、按堆焊层数分：单层堆焊和双层堆焊。

3、按堆焊速度分：普通速度堆焊和高速带极堆焊。

（2）按堆焊材料分类1、碳钢和低合金钢堆焊。

2、不锈钢（奥氏体不锈钢和双相不锈钢）堆焊。

3、镍基合金堆焊。

4、硬质合金堆焊。

二、带极堆焊（1）带极堆焊的特点1、效率高、熔化速度大、一次对焊硬度可达4~6mm。

2、熔深浅、稀释率较小。

3、焊道表面平整光滑美观，一般不需加工。

4、节省焊剂，理论上焊剂与带极堆焊的熔化比率是0.4~0.5，大的是钨极堆焊的1/2。

实际上考虑到浪费的问题，焊剂与钢带的消耗比例是0.7~0.8。

5、变形小、由于输入母材的单位面积热量相对较少。

6、熔炼型焊剂比烧结型焊剂堆焊熔深大。

（2）带极堆焊中的焊接工艺参数1、钢带牌号及尺寸规格、焊剂牌号。

2、焊接电流、焊接电压、焊接速度、。

其中焊接电流对稀释率的影响小，而焊接速度影响大。

3、钢带的干伸长度。

4、搭接容易。

5、堆焊厚度。

（3）电渣堆焊：1、定义：利用电流通过熔渣所产生的电阻热来熔化焊剂、焊带、母材，形成堆焊金属，这种对焊技术的方法就称之为带极电渣堆焊。

2、特点：与带极埋弧堆焊相比。

①熔深浅：由于母材是通过熔渣接受热量，而不是像埋弧自动焊那样电极与母材间产生电弧，所以母材不可能得到大的熔深。

电渣堆焊的熔深一般小于1 mm。

②稀释率小：稀释率如何计算？假定焊接过程中没有任何损耗。

X w=X B.δ+X D(1-δ)%X w-----某元素在焊缝金属中的含量。

X B-----某元素在母材金属中的含量。

X D-----某元素在焊带金属中的含量。

δ-----稀释率。

以Ni举例说明：由于Ni B=0. 得出δ=(Ni D-Ni W)/ Ni D对电渣堆焊而言，最小稀释率可达5%。

为了更好的说明电渣带极堆焊稀释率小的特点。

想将各种常用的堆焊稀释率方法列表如下：③堆焊层表面平整光滑。

一般情况下，表面不平度小于等于1 mm。

④与带极埋弧堆焊相比，焊缝金属中含氧量和非金属夹杂物显著减少。

这主要得益于电渣堆焊是一个相当于电渣重熔的冶炼过程。

故杂质非常少，下表就是一个实例：3、电渣堆焊的焊接原理以埋弧焊形式起弧，利用电弧热熔化焊剂形成液态熔渣，液态渣池导电性非常良好，焊接电流通过焊带—渣池—母材，就是利用熔渣通电所产生的电阻热来熔化钢带的母材，实现电渣堆焊过程。

这里需要说明两点：①在熔渣通电时，靠熔渣的电阻热使母材熔化，又因为熔渣的导电率高，电流很容易从熔化的渣池的上部分分散流过，整个渣池的温度变得均匀一致。

不致出现加大母材熔深的高温部位，所以熔深较浅，故电渣堆焊往往叫浅熔深电渣堆焊。

②所谓的电渣堆焊其实并不完全是一个电渣焊过程，其中也有一部分电弧焊过程。

电极（钢带）中间位置与导电性非常良好的熔化熔渣相接触。

所以电极（钢带）中间位置与熔渣很容易接通电流，产生电阻热来熔化钢带和母材，形成电渣堆焊过程；而在电极两端，铺撒在电极前面的焊剂从旁边旋进熔池。

它起到推开熔渣，阻止熔渣和电极接触的作用。

故在电极两端是一个电弧焊的过程，这就是为什么在电渣堆焊时钢带头部呈中间凹陷两端突起的形状。

由此也可以说电渣堆焊中电极各部分存在着两种不同的热冷形态，一种是由于熔渣通电所产生的电阻热；一种是电弧热，即电弧焊过程。

只不过电弧焊的比例比正常态的埋弧焊要少得多。

故电渣堆焊时熔深浅、稀释率低。

4、应用①在应用电渣焊时，其焊接电流要比埋弧堆焊大。

而焊接电压要比埋弧堆焊低。

一般在23~25伏。

②必须使用电渣堆焊专用焊剂，才能得到电渣过程。

且钢带成分也作相应调整，因为电渣焊时合金元素烧损少。

③适用于单层堆焊。

由于稀释率低，堆焊一层也容易得到合适的焊缝化学成分。

④双层堆焊时，推荐第一层，采用手用埋弧堆焊，以加大熔深，第二层采用电渣堆焊，以保证堆焊层表面平整光滑，比较容易忙族堆焊层表面的质量要求。

第一层所以不推荐采用电渣堆焊，主要由于其熔深浅，当焊带宽度大于75 mm 时，在加氢反应器中宜产生氢剥离问题。

在封头堆焊时，由于堆焊位置的复杂性，为保证堆焊层与母材结合面超探质量，即使用较窄钢带堆焊，第一层也强调推荐采用埋弧堆焊。

⑤使用宽度>50mm钢带进行电渣堆焊时，应加磁控，否则由于焊接电流较大，由焊接电流产生的磁探力作用会使熔融的金属向中心流动，从而造成焊道两侧发生咬边，且表面不平整，焊道表面成型恶化。

一般当电流>1000安时，尤其需要加磁控，以减少磁场力的影响。

⑥如采用宽度90mm的钢带，则所用的电流额定电流大于等于2500安。

5、高速带极堆焊1）泛指堆焊时烧结速度V≥15M/h的堆焊方法称之为高速带极堆焊。

2）特点：①一般只能采用埋弧堆焊。

②堆焊的熔深较普通的埋弧堆焊大。

③熔敷效率更高。

④所使用的焊剂应为告诉堆焊专用焊剂。

⑤堆焊层抗氢剥离能力显著提高。

⑥双层堆焊，整个堆焊层由过渡层和表层，两层堆焊金属组成。

对过渡层的要求如下：a. 过渡层往往采用高Cr-Ni 焊材，即309型和309Mo型。

其目的是堆焊金属成分虽受母材稀释，但其Cr，Ni 含量仍能保持等于或高于18-8 不锈钢的成分。

通过塞弗勒图可知，其过渡层组成基本上还是奥氏体+铁素体。

b. 以前国内外焊材厂家对于E309L 型钢带均有两种成分组成，一种是Cr24Ni13 型，另一种是Cr22Ni11 型。

两者均可用，但注意其所配用的焊剂又是不同。

c. 过度层厚度一般为3mm即可，不宜太厚。

d. 过渡层堆焊一般采用埋弧焊方法，其原因有二：一是防止出现堆焊层与母材之间的未熔合缺陷，二是减少堆焊层产生氢剥离裂纹的敏感性。

对表层的要求如下：a. 堆焊金属化学成分的要求。

在表层有效厚度范围内（一般要求为3mm）化学成分应满足技术条件的要求。

以压力容器内部双层堆焊（E309L+E347）技术条件要求为例，表层堆焊金属的化学成分满足如下要求：C≤0.04%, Si≤0.9%, Mn=0.5~2.50%, P≤0.03%, S≤0.03%,Cr=18.0~21.0%, Ni=9.0~11.0%, Mo≤0.5%, Cu≤0.20%, Nb=0.8~1.0%b. 铁素体数的要求：一是根据其取样分析的化学成分，按照WRC-1992(FN)图进行测称，其铁素体数FN应为3~10（3~8）。

二是在焊态下用铁素体测定仪以磁性法对堆焊表层的表面测量铁素体数，其FN值为3~10（3~8）。

c. 100%PT合格及对堆焊层为结合及焊接缺陷进行100%UT扫描合格。

d. 表面平整度要求：表面应平滑，两相邻焊道之间的下凹陷不得大于1 mm，焊道接头的不平度不得超过1.5 mm.e. 堆焊层的厚度要求：用超探方法测量，其堆焊层总厚度为6.5 mm或按标准图样规定。

对焊方法的选择：带极堆焊时一般过渡层选用埋弧堆焊（SAW）,而表面层选用电渣堆焊（ESW），以以保证表面平整光滑。

6、单层堆焊①焊接方法的选择：一般应选用电渣堆焊（ESW）方法，但也可以选用埋弧堆焊（SAW）方法。

②焊材的选择：焊带及焊剂均选用单层堆焊专用焊材。

其焊带宽度应小于或等于75毫米。

③对堆焊层的要求（与双层堆焊的不同点）a. 厚度：一般要求4（+0.5/-0）mm，其表层有效厚度为1.5mm。

b. 距离表面1.5 mm范围内应保持其堆焊金属化学成分达到技术条件规定的要求。

三、实芯焊接自动钨极氩弧堆焊（Auto TIG）①实质：是一种全自动的填丝的钨极氩弧焊②特点：1）工件旋转，机头不旋转，只做步进式的横向摆动。

2）适于对内径φ50-φ150mm小直径接管内壁堆焊。

3）焊丝直径为φ1.0-φ1.2mm4）是带脉冲的直流氩弧焊接四、药芯焊丝气体保护堆焊（FCAW）①不锈钢药芯焊丝进行MAG焊的特点1）与SMAW相比，熔敷速度可提高2-4倍，其熔敷效率高达90％（而不锈钢焊条仅为55％），生产效率明显提高2）对电流、电压的适应范围大3）脱渣性良好，焊道表面光滑，飞溅少，电弧燃烧稳定②不锈钢药芯焊丝进行MAG焊（CO2）的机理通过药芯焊粉加入脱氧剂（主要是脱氧元素Si、Mn），反应生成MnO、SiO2形成熔渣而浮到熔池表面，故用CO2焊接不锈钢药芯焊丝时，在焊道表面会有一层熔渣形成。

由于目前应用最广泛的不锈钢药芯焊丝均为钛型不锈钢药芯焊丝，故脱渣性极其优良。

③堆焊时推荐的焊接工艺规范规程1）焊接电流：采用直流性电压特性电源，直流反接极，不宜使用脉冲电流，否则飞溅会增加。

2）保护气体：100％CO2，若使用Ar+20-50％CO2混合气体，易产生凹坑，气孔等缺陷。

气体流量为20-25L/min左右。

3）焊丝伸出长度：一般为L伸=15-20mm。

伸出长度过短时易产生凹坑，气孔等缺陷，过长时，由于大气中的N会使焊缝中的N增加，从而会导致焊缝金属铁素体数减少4）焊接规范参数φ1.2mm； I=180-200A, U= 28-30V, V= 20-40cm/minφ1.6mm； I=210-230A, U= 30-32V, V= 20-30cm/min5) 其他注意事项：①堆焊时采用半重叠式压道焊，即相邻焊道的搭接量应为焊道宽度的50％，否则会使稀释率过大。

②药芯焊丝堆焊的稀释率在15-25％，提高焊速或增大焊接电流会使稀释率增大，铁素体量减少，铁素体量减少，故应采用较小电流，低焊速堆焊。

五、双极埋弧自动焊（1）应用场合：1、主要用于碳钢和低合金钢材质的堆焊。

2、加氢反应器内壁凸台堆焊。

3、容器筒体与裙座连接部位的堆焊。

4、另部件表面补堆焊等。

（2）通用要求：1、焊接工艺评定的要求：应采用相对应的对接焊缝评定，但注定其焊缝金属厚度应在覆盖范围之内。

2、所用焊材：英语壳体对接焊缝相同的焊材或另附材质相匹配的焊材（含焊材、焊丝、焊剂）。

3、堆焊尺寸：在满足图纸尺寸的基础上，若对焊后还需加工，则堆焊焊肉尺寸应留有足够的加工余量。

4、对堆焊过程中消除应力退火后，对堆焊焊肉表面应进行100%MT，还应对堆焊焊肉内部与母材的结合面进行100%UT检测。

（3）筒体内壁凸台堆挂在加氢反应器及类似的压力容器产品中，往往设计者在筒体设有若干个支撑凸台或冷氢台，他们是合筒体融为一体的。

对于板式容器，这些凸台都是采用双极埋弧堆焊的方法堆焊出来的。

如果堆焊工艺不当，极易产生焊接裂纹。

因此对于加氢反应器而言，筒体内壁凸台堆焊是其焊接的关键环节之一。

1、凸台堆焊产生的焊接裂纹的形态和部位裂纹产生的部位：绝大部分产生于凸台与通体之间的拐角处，并向筒体方向延伸。