壓力容器焊接工藝的選取和應(yīng)用

郭 優(yōu)

壓力容器在化工、煤炭等行業(yè)應(yīng)用廣泛，根據(jù)用途，其可以分為反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲(chǔ)存壓力容器。壓力容器的工作環(huán)境復(fù)雜，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)會(huì)導(dǎo)致其使用壽命的異常損失，造成的危害是無(wú)法估量的。為了保證壓力容器的產(chǎn)品質(zhì)量，人們就要選擇恰當(dāng)?shù)闹圃旃に嚒６附幼鳛閴毫θ萜髦圃熘械闹匾h(huán)節(jié)，其工藝的選擇和實(shí)施對(duì)于壓力容器的質(zhì)量有著重要影響。若原材料的焊接性能差，就需要調(diào)整焊接電壓和焊接速度等工藝參數(shù)來(lái)保證焊接質(zhì)量。尤其是焊接鎳鉻不銹鋼的容器時(shí)，焊接方式處理不當(dāng)或者搭接方式不對(duì)，就容易出現(xiàn)晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等情況，進(jìn)而影響壓力容器的產(chǎn)品質(zhì)量。所以，在壓力容器制造過(guò)程中，人們不僅要考慮焊接方式的選取，還要考慮焊接設(shè)備、焊材等因素，全盤(pán)考慮工藝的每一個(gè)流程。本文從焊材選取到焊接方式的選用進(jìn)行了分析和探討。

1 壓力容器耐熱鋼焊材的選擇原則

下面以耐熱鋼焊材的選取為例加以說(shuō)明。從金屬材料角度考慮，母材的組織和力學(xué)性能是選取焊材的一個(gè)重要指標(biāo)，即二者強(qiáng)度要在同一等級(jí)。這樣才能保證焊接質(zhì)量。

1.1 等強(qiáng)焊接

在焊接工藝中，焊材的選取至關(guān)重要，人們要充分考慮母材的強(qiáng)度，選取一致強(qiáng)度的焊材。在選取焊材時(shí)，人們不僅要保證室溫下母材和焊材的強(qiáng)度一致，還要考慮高溫下焊材和母材的強(qiáng)度一致。如果強(qiáng)度差別大，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，質(zhì)量下降。

1.2 碳含量的確定

在焊接工藝中，碳含量作為一個(gè)重要的指標(biāo)，影響材料的性能。碳含量過(guò)高或過(guò)低都不可。若碳含量過(guò)高，焊接時(shí)容易出現(xiàn)裂紋，所以在選取時(shí)，焊材碳含量應(yīng)該低于母材。若碳含量過(guò)低，后續(xù)的熱處理中就容易出現(xiàn)鐵素體，降低接口韌性。通常選取標(biāo)準(zhǔn)在0.08%～0.12%最好，保證了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌性。

1.3 Cr、Mo等元素的含量確定

這些元素對(duì)于鐵的相圖影響很大，對(duì)于母材形成奧氏體以及馬氏體的含量都有影響。為了更好地保證質(zhì)量，其焊材中的含量一般要略高于母材中的含量。

1.4 脆性的改善

焊材中有很多微量元素，對(duì)焊縫熔合區(qū)的組織性能有著重要影響，尤其是影響材料的脆性，如O、Si、P、Sn、Se、Sb等元素。因此，人們要嚴(yán)格控制這些元素含量，確保焊縫金屬和母回火脆性的一致。

2 壓力容器的焊接方法

2.1 制造打底工藝

在壓力容器制造中，人們常會(huì)運(yùn)用到打底工藝，一般情況下選取的是氬弧焊打底。打底工藝需要焊縫均勻，不出現(xiàn)未焊透等情況，也不能出現(xiàn)焊穿的情況。為了滿(mǎn)足后續(xù)工藝平整度的要求，人們需要用角磨機(jī)進(jìn)行處理。在焊接前，需要對(duì)氬氣的純度進(jìn)行測(cè)定，防止有雜質(zhì)氣體對(duì)焊縫質(zhì)量造成影響；在預(yù)焊接時(shí)，利用焊接圍板防止空氣影響；在檢驗(yàn)時(shí)，利用角磨機(jī)將熔合區(qū)打磨，觀看是否存在表面缺陷。

2.2 中層焊接

在開(kāi)始中層焊接以前，需要對(duì)焊縫區(qū)進(jìn)行處理，將熔渣以及氧化皮等除去干凈，通過(guò)打磨機(jī)保證其表面質(zhì)量，對(duì)整個(gè)焊縫區(qū)進(jìn)行檢查。如果出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，就要返工重做，而不能湊合了事。中層焊接時(shí)，焊接接頭的位置應(yīng)該與底層焊接有錯(cuò)位，這個(gè)錯(cuò)位間距在10mm左右。基于以上考慮，焊條的直徑最好選取3.2mm，走法最好采用直線(xiàn)型，焊接的厚度要適中，一般為焊條直徑的0.8～1.2倍。如底層焊接一樣，焊接完成以后需要對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，以保證下一個(gè)工序正常進(jìn)行。如果焊縫質(zhì)量未能達(dá)標(biāo)，則需要重新焊接。

2.3 壓力容器的蓋面焊接

壓力容器的蓋面焊接作為焊接過(guò)程的最后一環(huán)，也是非常重要的。選取的焊條直徑一般和中層一致，但這不是絕對(duì)的，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。和中層焊接一樣，在起焊時(shí)，都需要和上層的焊接接頭留有錯(cuò)位。另外，還需要注意，引弧是不可以在中層焊接層表面進(jìn)行的。相較于前兩層，該層焊接質(zhì)量要求更高，其焊縫寬度略大于坡口2mm，其焊縫高度為1.5～2.5mm。除此之外，應(yīng)避免出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷。在焊接結(jié)束后，需要對(duì)焊縫表面進(jìn)行表面處理，保證焊接質(zhì)量。

2.4 焊后處理工藝

在焊接過(guò)程中，由于冷卻速度的不同和焊縫區(qū)組織的差別，焊材內(nèi)部出現(xiàn)了殘余應(yīng)力和其他應(yīng)力缺陷，這種情況是很難避免的，因而就需要后續(xù)的熱處理。人們一般選取消除內(nèi)應(yīng)力熱處理，保證組織的均勻性，從整體上改善焊接質(zhì)量。其溫度以及保溫時(shí)間、冷卻方式等需要根據(jù)焊縫組織的特征進(jìn)行考慮。對(duì)于有延遲裂紋傾向的材料，焊后熱處理24～48 h以后，通常需要重新進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，以確保不存在延遲裂紋隱患。

2.5 其他工序

在焊接過(guò)程中，人們需要對(duì)施焊的過(guò)程進(jìn)行記錄，形成焊接記錄、焊接檢查記錄，其中包括焊接電流、焊接電壓、焊接速度、焊工鋼印、焊工持證項(xiàng)目等內(nèi)容，做到焊縫施焊可追溯，以確保焊接操作秩序及后續(xù)的焊接責(zé)任問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

本文分析了壓力容器制造中焊材工藝的選取和應(yīng)用，以期提高壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量，確保壓力容器安全運(yùn)行。在壓力容器的制造中，人們不僅要考慮焊材、焊接方式的選取，還需要考慮很多細(xì)節(jié)，如預(yù)熱溫度、層間溫度、保護(hù)氣、電特性等。此外，通過(guò)焊接工藝評(píng)定，編制合理的焊接工藝，可以保證焊接質(zhì)量，避免產(chǎn)生焊接缺陷。

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