奧氏體不銹鋼制壓力容器焊接質量控制

趙杰

摘 要：焊接是奧氏體不銹鋼壓力容器制造的關鍵工序，焊接質量將直接影響壓力容器安全運行和使用壽命。因此，在奧氏體不銹鋼壓力容器產品安全檢驗過程中，焊接質量檢驗非常重要。該文分析了奧氏體不銹鋼的焊接性和性能特點，有針對性的提出了焊接質量控制措施，從而保證壓力容器的制造質量。

關鍵詞：奧氏體不銹鋼 壓力容器 焊接質量控制

中圖分類號：TF351 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0113-01

《特種設備安全監察條例》將涉及生命安全，危險性較大的壓力容器定義為特種設備。特種設備是國民經濟建設的重要基礎設備，是與人民群眾生活密切相關的重要基礎設施，廣泛應用于社會經濟建設和人民生活的各個領域，一旦發生事故，將會造成嚴重的人員傷亡及重大財產損失。

特種設備的生產制造過程離不開焊接環節，焊接是特種設備產品生產制造過程的一項關鍵工序，其質量的好壞將直接影響到特種設備安全運行和使用壽命。因此在對特種設備安全性能監督檢驗過程中焊接控制十分重要。下面就奧氏體不銹鋼制壓力容器的焊接性能及特點，施焊控制重點介紹如下。

1 奧氏體不銹鋼的焊接性能及特點

奧氏體不銹鋼可采用焊條電弧焊和氣體保護焊方法施焊，其焊接過程對氫脆不敏感，焊態下接頭也有較好的韌性和塑性，可焊性較好。但如焊接工藝控制不當，焊接接頭易存在以下問題。

（1）奧氏體不銹鋼具有較大的電阻率和線膨脹系數，較低的導熱率導致焊接過程中的焊接變形大，易形成熱裂紋。

（2）在焊接過程中，若在敏化區停留時間（對于18-8鋼，在450℃～850℃溫度之間）過長，短時加熱就很容易促使產生晶間腐蝕傾向，其原因是晶界上易形成鉻的碳化物，造成晶界貧鉻，降低抗晶間腐蝕能力。

2 施焊控制重點

2.1 焊接變形與殘余應力控制

焊接是一種局部加熱的工藝過程，這種過程會造成母材局部受熱膨脹和冷卻收縮現象，因此所有焊接均會產生不同程度的變形，這些變形有可能導致容器棱角度、直徑、橢圓度、垂直度、平面度等參數不符合設計圖樣的要求，也可能導致焊接殘余應力引起的焊接裂紋等缺陷。為減少焊接應力與變形引起的不利影響，在焊接結構設計時，應對焊縫的配置、形狀尺寸、數量等因素加以考慮。因設計時，焊縫已經確定，只能采取焊接工藝措施來控制減少變形和殘余應力的影響。在實際監督檢驗時，對壓力容器制造廠的焊接工藝以及合理施焊順序進行加以控制，盡量減少焊接接頭的拘束度是焊接工藝控制變形的基礎，也可采用反變形法和剛性固定法對設備焊接過程進行控制，使焊接變形和殘余應力降為最低。

2.2 應力腐蝕控制

奧氏體不銹鋼焊接接頭對應力腐蝕比較敏感，一般情況下，焊接接頭中存在的殘余應力為應力腐蝕創造了必要條件，焊接熱過程導致的焊接接頭碳化物析出敏化，促進了應力腐蝕的發生，控制應力腐蝕應從控制焊接變形和焊接接頭敏化區溫度著手實施。

2.3 焊接熱裂紋控制

奧氏體不銹鋼焊接時，焊縫和近縫區均可產生裂紋，而且主要是熱裂紋，裂紋特征是典型的晶間斷裂，其原因是源于奧氏體不銹鋼受熱膨脹較大，散熱較慢，焊縫在凝固過程中，造成焊縫枝晶粗大和過熱區晶粒粗化，增大偏析，形成較大的焊接內應力，因此，焊接過程應盡量采用較小的焊接熱輸入，不進行預熱并降低層間施焊溫度，控制焊接速度，減少高溫冷卻速度或適當降低焊接電流來減少焊縫熔深。另外，在焊接起弧和收弧處易產生焊接裂紋，焊接筒體縱焊縫時，應加引弧板和收弧板。

2.4 晶間腐蝕控制

奧氏體不銹鋼焊接接頭易產生晶間腐蝕，造成晶間腐蝕的機理是在焊接過程中，敏化區域溫度范圍（450℃-850℃）內，在晶界析出鉻的碳化物形成了貧鉻的晶粒邊界。在焊接工藝控制上應采用較低的焊接熱輸入，快速冷卻以減少處于敏化加熱的時間；焊接材料控制上應盡量降低含碳量，增加鈮、鉬、鈦等元素到焊接接頭中，減少或阻止晶粒邊界生成鉻的碳化物，以減少焊縫產生晶間腐蝕的可能性。

2.5 焊接材料控制

焊接材料是保證母材焊接質量的關鍵環節，需根據母材的化學成分，力學性能，焊接性能及結合容器的結構特點，使用條件，焊接方法綜合考慮選用。通常應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材標準規定的下限值，或應滿足產品圖樣中技術條件的規定，針對奧氏體不銹鋼焊接特點，焊材的選擇應滿足以下幾點要求。

（1）低的碳含量，以減少焊縫產生晶間腐蝕的可能性。

（2）能夠通過焊材過渡各種合金元素到焊接接頭中，使焊縫金屬成為含有確定數量的奧氏體和鐵素體組織滲透，如鈮，鉬，鈦等元素到焊接接頭中與碳形成穩定化合物，阻止晶粒邊界生成鉻的碳化物來增加耐晶間腐蝕性能。

（3）嚴格控制焊材中硫、磷含量，以減少產生焊縫熱裂紋的危險性。另外焊接材料入庫、驗收、保管、發放與回收應進行嚴格的控制。監檢人員應加以檢查、監督，保證其符合規范程序要求。

2.6 焊接工藝控制

焊接工藝評定是驗證擬定的焊接工藝正確性而進行的試驗過程及結果評價，評定內容包含焊接過程中所應控制的焊接工藝因素，該過程是選擇具體焊接工藝參數的過程，通過對焊接工藝的評定將符合焊接接頭性能要求的工藝形成焊接作業指導書，用于指導容器焊接。監檢人員應熟知和控制評定合格的焊接工藝參數，對焊接作業指導書與焊接工藝評定的一致性進行監督檢查，在施焊過程中監督、執行制定的焊接工藝方案。

3 結語

奧氏體不銹鋼制壓力容器廣泛應用于社會經濟建設和人民生活的各個領域，一旦發生事故將會造成嚴重的人員傷亡及重大財產損失，因此在奧氏體不銹鋼制壓力容器產品安全性能監督檢驗過程中，焊接控制十分重要。

該文就奧氏體不銹鋼的焊接性能和特點，有針對性的施焊控制重點進行了一定的探討，供同行參考借鑒。

參考文獻

[1] 吉林工業大學焊接教研室.金屬熔焊原理及工藝：下冊[M].北京：機械工業出版社.

[2] 王振東.最新不銹鋼及不銹鋼制品焊接與熱切割及精煉、生產加工新技術與質量控制常用技術參數速查實務全書[M].北京：北方工業出版社.