压力容器焊接技术研究

压力容器焊接技术研究

发表时间：2016-06-06T14:42:37.653Z 来源：《电力设备》2016年第4期作者：张璐刘鹏

[导读] 但随着工业的发展，对压力容器的要求也在逐渐的增加，这就要求在不断的实践过程中来对压力容器的焊接技术进行完善。

（上海宝冶集团有限公司上海市 200941）

摘要：随着社会的进步与可以的发展，焊接技术已经逐渐趋于成熟，焊接技术已经从传统的热加工技术发展到现在的结构、冶金、力学、基材料以及电子等多门科学进行结合的学问，其在压力容器的制作中得到了广泛的应用。但随着工业的发展，对压力容器的要求也在逐渐的增加，这就要求在不断的实践过程中来对压力容器的焊接技术进行完善。本文分析了压力容器焊接技术的相关内容。

关键词：压力容器；焊接技术；

压力容器是典型的焊接结构，由于其工作条件苛刻，同时受到压力、温度（高温或低温）和各种腐蚀性或易燃、易爆介质的作用，从而对其制造质量提出了严格要求。焊接质量是压力容器制造质量的重要组成部分，直接影响着压力容器的使用安全及企业的经济效益。

一、压力容器的焊接特点

从常规的低压储罐到高压、超高压的化工设备加氢反应器、合成塔，大型核电站反应堆、蒸发器、稳压器，火电站锅炉集箱和汽包等，压力容器的服役条件从低温到高温、从负压到超高压、从强腐蚀强辐射到无腐蚀无辐射，其对使用材料及板材厚度的要求不尽相同。从而压力容器焊接具有不同的焊接特点，具体表现如下：

1.低合金高强钢由于含有一定量的使钢材强化的C、Mn、V、Nb等元素在焊接时易淬硬，在刚性较大或拘束应力高的情况下，很容易产生冷裂纹，这种裂纹还具有一定的延迟性，危害极大。再者，由于焊接高温使HAZ 附近的C、Nb、Cr、Mo 等碳化物固溶于奥氏体中，焊后冷却时来不及析出，而在PWHT 时呈弥散析出，从而强化了晶内，使应力松弛时的蠕变变形集中于晶界，从而使焊接接头在靠近熔合线粗晶区产生沿晶开裂。另外，焊接时线能量过小，HAZ会出现马氏体引起裂纹；线能量过大，WM 和HAZ 的晶粒粗大会造成接头脆化。同时，焊接接头HAZ 由于焊接热作用而导致的软化如果处理不当也会严重影响压力容器的使用安全性及寿命。

2.压力容器的高压大型化使得其壁厚大幅增加，焊接厚壁容器所带来的焊件预热、金相组织控制、焊缝跟踪控制等，使现代压力容器焊接技术对焊接机械化、自动化、智能化的要求愈加的迫切。

二、压力容器焊接技术

1.厚壁压力容器焊接技术。目前，压力容器的生产制作逐步向大型化发展，大型压力容器直径可达几米、甚至十几米，壁厚超过200ｍｍ，对其焊接接头质量要求很高，常规的焊接方法很难满足质量要求。因过热会使组织成分不均匀，晶粒组织粗大、热影响区韧性低和堆焊层强度降低；开Ｕ型或Ｖ型坡口的焊接方法，不仅浪费了材料、能源、人力物力和时间，更重的是难于得到合格的接头；焊接过程中高空作业，如大型塔器的空中合拢焊缝组焊、大直径容器接管与壳体的焊接；密闭空间焊接，如高压小直径厚壁容器内部焊接、极度危害介质容器的内部返修，常给焊接作业者带来安全隐患，因此急需安全、自动化程度高且高效率的焊接技术。厚壁压力容器传统的焊接技术为单丝埋弧焊和电渣焊，采用窄间隙焊接技术，减小坡口横截面积，从而实现降低焊接热输入。为提高厚壁压力容器的生产效率，在双丝埋弧焊的基础上，近年发展起来的窄间隙多丝埋弧焊采用新型计算机控制的埋弧焊电源可实现3丝、4丝、5丝或6丝串列电弧高速埋弧焊。多丝埋弧焊分为多电源串列多丝埋弧焊和单电源多丝埋弧焊。前者是每一根焊丝均有一个独立电源供电，可避免电弧相互干扰和产生磁吹偏；后者是用多根较细的焊丝代替一根较粗的焊丝，以相同的速度通过同一导电嘴向外输出，在焊剂覆盖下熔化，熔敷效率高增加焊接速度。提高大壁厚容器的生产效率，由预热电源将填充焊丝加热到接近熔化状态后，送入埋弧自动焊形成的熔池为热丝埋弧焊，该方法能量消耗小，焊材损失少等优点也具有广泛的应用前景。

2.不锈钢复合板压力容器焊接技术。不锈钢复合板是由碳钢或低合金钢为基层，不锈钢为复层，一般采用爆炸法、冷轧法或爆炸冷轧法制成的双金属复合板，它既有不锈钢的耐蚀性能，有具有碳钢和低合金钢低成本的优点，广泛应用于炼

油、化工等领域的塔和罐设备材料。复合板的焊接不同于单一金属的焊接，它是将两种物理性能、化学成分和组织存在较大差异的材料进行焊接。由于两种金属的膨胀系数不同，因此在焊缝附近引起焊接热应力；另外，焊接基层与复层之间的过渡层，会发生碳的迁移，碳由低铬的基层向富铬的不锈钢熔敷金属迁移，不锈钢金属被稀释，形成高硬度的增碳区和低硬度的脱碳区。我国不锈钢复合板的基层焊接工艺较简单，可选用手工电弧焊、埋弧焊、ＣＯ２气保护焊；焊接难点是过渡层和复层的焊接，通常选用手工电弧焊、氩弧焊、药芯焊丝气保护焊和带极埋弧焊。复层多为耐蚀性较好的奥氏体不锈钢，但因其导热系数小，线膨胀系数大，易发生ＨＡＺ敏化区的晶间腐蚀和焊接变形。晶间腐蚀是由“晶界贫铬”理论造成的，而铬的碳化物形成是扩散过程，需要一定的时间，因此应减少ＨＡＺ敏化区高温停留时间，过渡层采用小电流、快速焊、窄焊道、反极性、多层多道焊接，层间温度控制60℃以下。过渡层和复层焊接以往均采用手工电弧焊，生产效率低，工人劳动强度大，焊接质量受操作者影响大。不锈钢药芯焊丝ＣＯ２焊是一种高效率的焊接方法，热量集中，熔池小，电弧稳定，焊接飞溅小，工艺性好，质量高，易操作，能实现全位置焊接，综合成本小等优点，且药芯焊丝的熔渣有良好的冶金处理作用，可净化焊缝，提高耐腐蚀性能。通过研究表明，ＣＯ２气体对药芯焊丝形成的焊缝没有明显增碳性。我国从美国引进了球罐药芯焊丝全位置自动焊接技术，焊接熔敷效率高，速度快，改善了焊接条件。ＴＩＧ焊接技术多作为打底焊道，主要用于焊缝密封性能和力学性能要求高的压力容器。脉冲ＴＩＧ焊电流调节范围较宽，可调节脉冲参数，精确控制电弧能量的分布，能精确控制熔深体积和形状。

3.承装腐蚀介质的压力容器焊接技术。压力容器服役条件有高温和低温，承受内压和外压，内盛入介质有强腐蚀、强辐射，因此对焊接技术有不同的要求。容器全部采用耐腐蚀材料，会加成本，达不到节约材料的环保新要求，因此只需在接触腐蚀介质的一面堆焊一层耐蚀材料。目前新的堆焊方法为带极电渣堆焊，与早期使用的带极埋弧堆焊相比具有如下优点熔敷效率高，比埋弧堆焊大约高50％；熔深浅而均匀，稀释率比埋弧堆焊小，单层堆焊即可满足性能要求，同时减少了工作量；堆焊层成形良好，不易有夹渣等缺陷，表面质量优良，平整度好；焊剂只需在焊接方向前面覆盖，而埋弧堆在整个焊接区必须覆盖焊剂，单侧加入节省焊剂，且敞开式熔池利于杂质和气体排出，不产生焊接电弧和紫外线。用带极埋弧堆焊与带电渣堆焊两种方法在Ｑ235母材上堆焊不锈钢耐蚀层，研究结果表明：在9.8％Ｈ２ＳＯ４溶液中，堆焊层金属的自腐蚀电位为－433ｍＶ，母材金属的自腐蚀电位为－480ｍＶ，带极电渣堆焊层金属的自腐蚀电流接近0.17ｍ