壓力容器異種鋼焊接常見缺陷與預防方法探究

馬占營

摘 要：壓力容器是我國工業生產中應用較多的一類設備，保證壓力容器的焊接質量對于促進生產安全、穩定地開展有著積極的意義。在壓力容器的制造、安裝使用以及維護等不同的環節，都會涉及到焊接操作，異種鋼的焊接比較多見，只有在合理選材、確定焊接工藝參數以及合理設計焊接結構的前提下，才能獲取較好的焊接質量。

關鍵詞：壓力容器 異種鋼焊接 常見缺陷與預防方法

中圖分類號：TG457.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0064-02

1 異種鋼常見缺陷以及原因分析

異種鋼焊接中的缺陷主要包括多種情況，焊接中針對存在的缺陷以及接頭位置和具體形式進行細致的分類，可以劃分為兩個大類：外觀缺陷和內部缺陷。

1.1 外觀缺陷

外觀缺陷的查找相對簡單，通過對表觀現象細致檢查，便可以及時發現所存在的缺陷，包括焊縫質量不合格、尺寸大小不合理、存在咬邊以及弧坑，焊瘤、顯著的飛濺、面層裂紋和擦傷等。

1.2 內部缺陷

要想檢查到存在的內部缺陷，就需要開展破壞性試驗，內部缺陷的種類包括裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等。焊接操作以及檢查階段，工作人員往往只關注存在的工藝技術方面的缺陷，并沒有關注焊接尺寸以及位置，焊接接頭的實際成分以及性能與標準存在極大的差異，缺陷嚴重程度較高，為壓力容器的后期使用留下了極為嚴重的安全隱患。

1.3 異種鋼焊接缺陷以及原因

焊接尺寸不足，長度尺寸縮小，平面度數值與標準要求存在較大差異，主要的原因在于焊縫出現了收縮，導致一系列的尺寸缺陷，這類缺陷基本上不能順利修復，只能報廢。在進行焊接接頭的性能、化學成分的檢查過程當中，必須要開展非破壞性試驗，由于異種鋼的化學成分存在顯著的差異，所以無法保證質量，由于母材和焊縫在焊接中存在一個熔合區，這一區域是母材金屬與焊縫金屬相互之間的過度范圍，所以化學成分介于二者之間，在這里存在一個特殊化學成分的過度區域，這一區域的化學成分與組織均勻性較差，力學性能與化學成分之間存在極大的差異，尤其對于第二類異種鋼的焊接接頭，由于過度稀釋的原因，導致接頭性能下降，無法滿足要求。

2 缺陷的預防措施

由于焊接接頭的母材化學成分以及性能存在著極大的差異，母材與母材之間，填充金屬相互之間均會發生作用，一方面引起冶金困難，一方面導致性能以及焊接工藝上的差異，所以焊接操作相對于同種鋼的焊接更為復雜。壓力容器的焊接中，需要細化要求，保證焊縫外觀良好，不存在裂紋以及未融合等缺陷，做好異種鋼焊接接頭性能的檢測，盡可能提高焊接接頭的性能，尤其是力學性能，即使無法達到兩種鋼的平均值，至少也不能小于兩種材料中較小的一種，性能可以不高于兩種材料的平均性能，但是也不應該比性能略差的一種材料還要差；異種鋼焊接所產生的焊縫，基本上是焊絲金屬和兩類母材，三組材料結合得到的。在完成異種鋼的焊接操作中，要控制焊接成分，保證具有極好的均勻性，組織以及結構保持均勻；由于焊接中兩類母材存在差異，化學成分的不同導致了性能方面的不同，導熱系數、膨脹系數均有不同，如果溫度變化顯著，則會出現一定數值的應力，結合膨脹系數以及導熱系數的差異，焊接接頭中就會產生極大的殘余應力，在焊接階段以及焊接后，如果溫度出現顯著變化，還會出現溫差應力，可能引起結構整體出現破損。異種鋼的焊接接頭所應用的工藝必須是特殊性的，由于異種鋼的種類多，所以工藝差異顯著，焊接中要滿足下述原則。

2.1 選材合理

異種鋼焊接質量得以保證的基本條件在于焊材選擇的合理性，焊材的性質與焊接接頭的質量密切相關，要結合母材的成分和性能來選擇焊材，盡可能保證金屬的強度以及塑性，如果不能同時保證兩種性能，需要優先考慮韌性以及塑性。在焊接接頭的位置，組織與成分并不均勻，選擇焊材的依據為材料不同的強度等級。要以強度較低的金屬作為基準，進行焊材的選擇，以保證焊縫的塑性不低于二者中的最低值。焊材在異種鋼的焊接操作中要滿足低匹配的原則，也就是在低碳鋼和耐熱鋼進行焊接時，要以低碳鋼為基準，選擇焊材。對于鋼質材料中存在的鉻、要以鉬，鎳含量低者為基礎，進行選擇。第一，要想保證焊縫金屬滿足技術要求，必須控制其與母材中的一種相一致，通常，焊材的性能不得低于母材中性能最低的一種，才能符合技術方面的要求，一般都要從焊接性能的角度進行權衡與考慮。圖1為不同焊接材料的對接焊縫圖紙，通過分析和實驗，可以選擇T426焊條用于焊接處理，以獲得足夠的強度。第二，異種鋼結構鋼焊接時，如果焊條的強度等級相同，要選擇具有極好抗裂能力的含氫量極小的焊條，獲得較好的抗裂性能，當金相組織差別較大時，比如：珠光體-奧氏體焊接，要保證將金屬稀釋以后，焊接接頭的性能仍然可以得到保證。第三，焊材在滿足上述要求的同時，還要具有極好的工藝性、價格低、獲取容易。異種鋼焊接常選擇奧氏體不銹鋼焊條，如果條件相對苛刻，可以考慮采用鎳基焊條。但是后者的資金投入量過高，優勢在于減少了碳的遷移。焊縫金屬的膨脹系數處于兩種金屬之間，可以保證接頭組織性能以及力學性能。

2.2 設計合理的坡口形式

異種鋼焊接中比較理想的坡口形式可以降低在焊接中所產生的稀釋程度，對接焊縫以及全焊透的形式使用較多，這種焊接形式不會殘留尖角，產生較大的縫隙。對于組織存在顯著差異的異種鋼的焊接，為了增強焊接的強度，要盡可能在焊縫中融入較大量的焊材，只有焊材的成本和性能適合，才能獲得質量較高的焊接接頭，也就是獲得較低的熔合比。通過加大坡口的尺寸可以使焊縫中焊絲的熔入量加大，降低熔合比。如果兩類鋼的組成成分比較接近，要選擇較小的坡口和極低的熔合比。

3 焊接工藝參數的確定

焊接工藝參數與熔合比密切相關，如果確定的長度吸收電弧的能量高，則母材的熔化量就大，熔合比高。異種鋼的焊接需要較低的熔合比，采用極低的能量來實現焊接，一般選擇小電流、較大的焊接速度，多層多道焊的形式。異種鋼焊接要合理控制預熱溫度，一般溫度的選擇取決于材料的焊接性能，如果材料的焊接性能并不理想，可以通過預熱的方法避免出現焊接裂紋或者冷縫。如果一種鋼焊接前，不用預熱處理，另一種需要進行焊接之前的預熱，則這兩類材料相焊接，就有必要進行預熱，比如：珠光體和耐熱鋼就是這類組合。

4 確定正確的焊接工藝規程

焊接工藝規程是關于焊接加工操作的比較全面和細致的文件，保證了焊工的質量以及重復性，是開展焊接工藝評定的依據和基礎，為了避免焊縫出現裂紋，操作人員在工藝規程中編制出合理的可以降低裂紋的工藝方法，焊工在操作中必須嚴格按照規程中的要求和參數執行，才能保證高質量的焊接。

綜上所述，異種鋼的焊接是一類特殊的焊接形式，在操作中會受到多種要素的影響和限制，在操作前要認真、合理地選擇焊接材料，不斷優化和調整工藝參數，規劃焊接結構，通過持續的學習和改進，獲得更好的焊接效果，降低出現焊接缺陷的概率，保證壓力容器的質量。

參考文獻

[1] 羅剛.異種鋼焊接性能分析與研究[J].科技創新與應用，2013（10）：64.

[2] 吳清.壓力容器焊接新技術分析和有效應用[J].科技與企業，2013（24）：365-366.

[3] 歐亞.提高壓力容器制造過程中焊接質量措施淺談[J].化學工程與裝備，2014（3）：118-119.