壓力容器焊接結構及工藝探究

康志東

(荊門技師學院，湖北 荊門 448000)

壓力容器焊接結構及工藝探究

康志東

(荊門技師學院，湖北 荊門 448000)

主要從介紹壓力容器的結構、使用性能、材料的選擇、焊接結構進行工藝探究，對可能出現的問題做了整理和分析，根據工件的工作環境、使用性能可知道工件的力學性能有高強度、好的塑性、韌性和焊接性，從而根據壓力容器的結構、性能來確定壓力容器的熱處理工藝，達到最佳效果。

壓力容器；焊接結構；工藝

近年來，隨著經濟的不斷發展，我國工業發展也取得了一定的成績，與此同時，國內壓力容器的生產工藝受到了越來越多的重視。在壓力容器生產過程中，最為重要的環節就是壓力容器的焊接工藝，其對于壓力容器本身的焊接質量有著重要的影響。當前國內焊接工藝的水平不斷提升，在焊接設備和焊接方法方面都在不斷的改進從而提高焊接質量。

1 壓力容器焊接結構分析

1.1 裂紋問題

（1）高熱裂紋：熱軋鋼一般含碳量較低，而含錳量較高，因此它們Mn/S比較大，具有良好的抗熱裂性能。正常情況下焊縫中不會出現熱裂紋，但當材料成分不合格或有嚴重偏析，使碳、硫含量偏高，Mn/S比偏低，易出現熱裂紋。

（2）遇冷裂紋：鋼材冷裂紋主要取決于鋼材的淬硬傾向，而剛才的淬硬傾向又主要取決于它的化學成分。熱軋鋼由于含有少量合金元素，其碳當量比低碳鋼碳當量略高些，所以這種鋼淬硬傾向比低碳鋼要大些，而且隨鋼材強度級別的提高，合金元素的增加，它的淬硬傾向逐漸增大，應根據接頭形式和鋼材厚度來調整線能量、預熱和后熱溫度，以控制熱影響區的冷卻速度，同時降低焊縫金屬的含氫量，防止冷裂紋的產生。

（3）再熱裂紋：從鋼材的化學成分考慮，由于熱軋鋼中不含強碳化物形成元素，因此對再熱裂紋不敏感，而且還可以通過提高預熱溫度和焊后立即后熱等措施來防止再熱裂紋的產生。

1.2 脆化問題

（1）過熱區脆化：熱軋鋼焊接時近縫區中被加熱到100℃以上粗晶區，易產生晶粒長大現象，是焊接接頭中塑性最差的部位，往往會承受不住應力的作用而破壞。防止過熱區脆化的措施是提高冷卻速度，尤其是提高奧氏體最小穩定性范圍內的冷卻速度，縮短在這一溫度區間停留時間，減少或防止奧氏體組織的出現，以提高鋼的沖擊韌度，而且為防止過熱區粗晶脆化，也不宜采用過大線能量。

（2）熱應變脆化：熱應變脆化是由于焊接過程中熱應力產生塑性變形使位錯增殖，同時誘發氮碳原子快速擴散聚集在位錯區，出現熱應變脆化。16Mn和15MnV這兩類鋼具有一定得熱應變脆化傾向，焊接時消除熱應變脆化的有效措施是焊后退火處理。

1.3 工藝探究及參數的確定（筒體的焊接）

本次研究對象選擇厚度為6mm的鋼板焊接低壓容器的筒體。

1.3.1 焊接接頭形式

（1）對接，即兩件表面構成大于或等于135°，小于或等于180°夾角的接頭。在各種焊接結構中它是采用最多的一種接頭形式。

（2）交接接頭，即兩焊件端面間構成大于30°、小于135°夾角的接頭，這種接頭受力狀況不好，常用于不重要的結構中。

（3）T形接頭，即一件之端面與另一件表面構成直角或近似直角的接頭。

（4）搭接接頭，即兩件部分重疊構成的接頭。經綜合分析考慮，應采用對接接頭。因為這種接頭的強度可以達到與母材相等，受力也比較均勻。

1.3.2焊接方法的選擇

在壓力容器制造中，焊接方法主要根據被焊材料、接頭厚度、焊縫位置和坡口形式選擇。目前，常用的焊接方法有手工電弧焊、埋弧自動焊、電渣焊、氣體保護焊及等離子弧焊等。

（1）埋弧焊。焊縫質量高，熔渣隔絕空氣的保護效果好，焊接參數可以通過自動調節保持穩定，對焊工技術水平要求不高,焊縫成分穩定，機械性能比較好。

（2）CO2保護焊。焊接成本低，CO2氣體是釀造廠和化工廠的副產品，來源廣，價格低，其綜合成本大概是手工電弧焊的1/2。焊后變形小，CO2氣體保護焊的電弧熱量集中，加熱面積小，CO2氣流有冷卻作用，因此焊件焊后變形小，特別是薄板的焊接更為突出。抗銹能力強，CO2氣體保護和埋弧焊相比，具有較高的抗銹能力，所以焊前對焊件表面的清潔工作要求不高，可以節省生產中大量的輔助時間。

1.3.3 焊接材料的選擇

壓力容器的焊接材料的選用必須保證焊縫性能不低于母材，尤其是焊縫的韌性指標是選材考慮的重點。根據各項查的應選J427或J426型焊條（交流電源）J506或J507（直流電源）。此處我們用J426型焊條。焊接工藝參數如下表1和表2所示。

表1 常用焊接工藝參數

表2 焊接角度工藝參數

2 焊接操作

（1）起弧：現在試板上調好電流，直至所需電流為止。一切正常后在壓板上劃擦引弧，待電弧穩定燃燒后引至坡口處中心盡量壓低電弧，并穩弧1～2秒，當管口發出電弧擊穿后立即進行正常運條。

（2）運條：采用直線運條法。

2.1 焊前準備

（1）坡口加工采用熱切割時應注意防止母材邊緣會形成一定深度的淬硬層，這種低塑性的淬硬層往往成為冷加工的開裂源。

（2）焊前必須消除焊接區鋼板表面的水分，坡口表面的氧化皮、銹斑、油脂以及其他污物。

（3）焊接材料在使用前應按生產廠推薦的規范進行烘干。

（4）裝配定位焊縫必須采用與正式焊縫同一類型的焊條。

2.2 焊后熱處理

為改善壓力容器焊接區的性能和消除焊接殘余應力等有害影響，對焊接區及其有關部位在金屬相變溫度點以下充分均勻加熱，然后又均勻冷卻以進行消除應力退火。焊后熱處理是保證壓力容器焊接接頭性能的一個非常重要的環節。本實驗采用600～640℃回火，保溫40分鐘來消除應力。

2.3 焊縫機械性能檢驗

（1）根據GB2649--1989焊接接頭試樣標準取樣，把工件一和二制成拉伸式樣一、二（如圖1和2）。

圖1 熱處理

圖2 未熱處理

（2）制取焊縫區的金相，并用金相顯微鏡對焊接接頭進行金相觀察。

3 焊接接頭硬度分析（熱處理工件）

從以上操作可以看出過熱區是硬度最高區域。焊縫和母材的硬度相差不大，一般是相近的。熔合線外側過熱區組織粗大，奧氏體晶粒最粗，顯微硬度也最高。所以在過熱區出現了硬度的峰值。熱影響區的硬度在過熱區會突然上升，然后再很快降下來，對應高硬度的過熱區韌性恰好是個最低值。

3.1 焊接接頭機械性能分析

（1）宏觀斷口觀察。如圖1（熱處理）和圖2（未熱處理）所示，用肉眼觀察可看出經過熱處理的式樣為韌性斷口，而未處理過的則為脆性斷口。所以焊后熱處理可提高焊縫的韌性。斷口在焊接接頭處，說明焊接接頭還是整個工件最薄弱的地方。外加焊接時突然加熱，冷卻，使工件內部產生應力，有可能產生熱裂，微觀裂紋等缺陷，使此處更加薄弱。

（2）力學性能比較。式樣二最大載荷43 154.2N，抗拉強度431.542MPa，斷裂強度398.312MPa。工件在焊縫區斷裂，此數值已達到所規定數值，所以滿足要求。式樣一比二性能更好，力學性能指數更高，所以式樣二也滿足要求。

4 結束語

綜上分析，我們得出以下結論：

（1）在正確的工藝措施和焊接工藝條件下，對16Mn進行手工電弧焊可獲得性能良好的焊接接頭。

Tube Plate Plate Machining Milling Machine Design,Manufacturing and Verification

LIUChang-zheng，ZHANG Tao
(Fuyang AnGu Boiler Pressure VesselManufacturing Co.，Ltd.，Anhui fuyang 236055，China)

The article introduces the shell side of the large diameter double,double tube side and tube side heat exchanger baffle slot difficulties and solve the difficulties in the process of the ideas and methods.Introduce the structure characteristics of tube sheet partition groovemachiningmillingmachine,working principle,operation points and usingeffect.

large sizeheatexchanger tube plate plate groove processing；specialmillingmachine

TG457.5

B

1672-545X（2014）03-0270-03

2014-01-08

康志東（1971—），男，湖北人，一級實習指導教師，大專學歷，研究方向：焊接工藝。