壓力容器制造用焊材的選用（上）

大慶油田工程建設(shè)公司建材公司石油石化設(shè)備廠 （黑龍江 163453） 郭曉春

一、概述

制造壓力容器的最關(guān)鍵步驟之一就是焊接，焊接壓力容器除需要良好的焊接設(shè)備、成熟的焊接工藝評(píng)定支持及優(yōu)秀的焊工操作技能外，還有一個(gè)重要因素就是焊接材料的選擇。雖然很多標(biāo)準(zhǔn)（包括NB47015）均提出了選擇焊接材料的基本原則，但是除了比較籠統(tǒng)地提出一般性原則外，針對(duì)工廠制造，面對(duì)國(guó)內(nèi)外百家以上的焊材制造廠雜亂繁多的各種牌號(hào)，如何選擇最佳的焊接材料產(chǎn)品，以保證壓力容器制造質(zhì)量，是壓力容器生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

近年來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，焊接領(lǐng)域也相應(yīng)出現(xiàn)了新材料、新技術(shù)、新工藝。對(duì)于壓力容器制造行業(yè)也不斷出現(xiàn)各種新的復(fù)雜材料、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和新的特殊要求，歸納起來(lái)常見(jiàn)的主要有以下四個(gè)類別：第一類為普通低合金鋼壓力容器，如Q245R、Q345R等；第二類為低合金耐熱鋼壓力容器，如15CrMoR、13MnNiMoR等；第三類為不銹鋼壓力容器，如06Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2等；第四類為復(fù)合鋼壓力容器，如Q345R+2507、14Cr1MoR+316L等。本文就近年來(lái)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常接觸的、對(duì)保證壓力容器制造質(zhì)量有影響的焊接材料的選擇使用談點(diǎn)體會(huì)。

二、焊材選用遵循等強(qiáng)度原則

所謂等強(qiáng)度原則一般應(yīng)理解為焊接接頭強(qiáng)度性能不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，這里的強(qiáng)度應(yīng)該定義為產(chǎn)品工作時(shí)的強(qiáng)度，包括低溫、常溫和高溫強(qiáng)度，具體材料不同強(qiáng)度原則也不同。

1.普通低合金鋼相同鋼號(hào)

選用焊接材料應(yīng)保證焊縫金屬的力學(xué)性能高于或等于母材規(guī)定的限值，常用焊材的選用如表1所示。

表1 常用普通結(jié)構(gòu)鋼焊材選用推薦

以上是屬于標(biāo)準(zhǔn)選擇，由于國(guó)內(nèi)焊材廠家繁多，故本著高效、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的原則，使用過(guò)程中會(huì)針對(duì)不同需要進(jìn)行選擇。比如常用的Q345R鋼材，一般選擇大西洋公司的J507R（等同或高于J507），效果最為理想，強(qiáng)度高且S、P含量低；而氣保焊絲選擇林肯公司的S—6（等同于ER50—6）效果非常好，飛濺少且伸長(zhǎng)率高。

2.低合金耐熱鋼相同鋼號(hào)

選用焊接材料應(yīng)保證焊縫金屬的力學(xué)性能高于或等于母材規(guī)定的限值且焊縫金屬中的Cr、Mo含量與母材規(guī)定相當(dāng)。這里的強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)該是最高工作溫度下暫時(shí)的高溫抗拉強(qiáng)度。同時(shí)還要根據(jù)鋼材的焊接性，綜合考慮焊接結(jié)構(gòu)尺寸、形狀、坡口及母材成分過(guò)渡等影響因素。尤其應(yīng)當(dāng)充分考慮熱處理過(guò)程中合金元素的損失，選擇適當(dāng)高的合金元素含量。常用的焊材如表2所示。

表2 常用低合金耐熱鋼焊材選用推薦

以上材料均是標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)際生產(chǎn)中有些雖然名稱相近，但應(yīng)用起來(lái)均有一定的不同，有些差別甚至非常大。比如，15CrMoR埋弧焊應(yīng)用最好的是安泰及金橋的13CrMoA+HJ250，而13MnNiMoR應(yīng)用最好的是哈爾濱焊接研究所威爾公司的上述產(chǎn)品，曾經(jīng)某廠應(yīng)用該焊材焊接甲醇合成塔（φ3400mm×12 000mm）焊接一次合格率達(dá)98.6%的好成績(jī)。

3.常用不銹鋼相同鋼號(hào)

選用焊接材料應(yīng)保證焊縫金屬的力學(xué)性能高于或等于母材規(guī)定的限值。同時(shí)，為避免重復(fù)加熱導(dǎo)致碳化物（C6Cr23）的析出，應(yīng)盡量考慮選擇含Cr量較高的焊接材料。如果是鉻不銹鋼，還應(yīng)考慮熱處理等因素。常用的焊材如表3所示。

表3 常用不銹鋼鋼焊材選用推薦

以上材料的選擇均是標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)際應(yīng)用中基本上使用的型號(hào)、牌號(hào)都相同，個(gè)別廠家使用了AWS牌號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，與國(guó)內(nèi)也很接近，在這方面使用效果最好的應(yīng)該是北京金威公司和安泰公司，無(wú)論是外觀標(biāo)識(shí)還是使用上都比較符合要求。

4.復(fù)合不銹鋼相焊

基層相焊考慮低合金鋼相焊的選用原則，即選用焊接材料應(yīng)保證焊縫金屬的力學(xué)性能高于或等于母材規(guī)定的限值。復(fù)層相焊考慮不銹鋼相焊的選用原則，過(guò)渡層相焊應(yīng)保證焊縫金屬的抗裂性能和力學(xué)性能。常用焊材如表4所示。

以上兩種不銹鋼復(fù)合材料容器，是近年來(lái)應(yīng)用復(fù)合材料制造壓力容器比較典型的兩種。Q345R+2507復(fù)合鋼材中的2507為超級(jí)雙相鋼，其選用的為進(jìn)口山特維克公司生產(chǎn)的焊材，板材焊接難度較大，成形十分困難。14Cr1MoR+316L中基層是國(guó)產(chǎn)化耐熱鋼種，焊材選用的哈爾濱焊接研究所威爾公司的H08CrMoG/SJ110，板材同樣成形難度大，焊接工序復(fù)雜，經(jīng)過(guò)各種熱處理過(guò)程才達(dá)到應(yīng)用需求。

表4 常用不銹鋼復(fù)合鋼焊材選用推薦

三、遵循等塑性和等韌性原則

壓力容器焊接接頭等塑性和等韌性是指塑性和韌性不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的塑性和韌性指標(biāo)的下限值，或不低于容器制造技術(shù)條件的規(guī)定值。實(shí)踐證明，如果焊縫強(qiáng)度超過(guò)母材過(guò)多，接頭冷彎時(shí)，塑性變形不均勻，因而造成冷彎角小，甚至出現(xiàn)橫向裂紋。這樣，一般在選擇焊接材料時(shí)保證等強(qiáng)度前提下，重點(diǎn)考慮焊縫金屬?zèng)_擊韌性的要求。

1.焊條電弧焊

低合金鋼材的焊接材料中，焊條是最常見(jiàn)的。由于壓力容器制造焊縫內(nèi)在質(zhì)量要求高，而低氫型焊條其藥皮具有擴(kuò)散氫含量低，熔敷金屬中S、P等雜質(zhì)及含氧量和含氫量低，焊縫具有較高的塑韌性和抗裂性，因此多數(shù)情況下應(yīng)選用堿性低氫型焊條，在缺少直流電的情況下，也應(yīng)選用交直流兩用低氫型焊條。

2.埋弧焊

埋弧焊時(shí)由于使用的焊材是焊絲與焊劑的不同組合，因此可獲得不同性能和不同成分的熔敷金屬。在低碳鋼埋弧焊時(shí)，由于焊縫中合金成分較少，故可采用焊絲滲合金，也可采用焊劑滲合金。