低溫鋼制壓力容器焊接工藝分析

于瑛琦　劉斌　許博禹

摘? ?要：我國低溫技術的發展擴大了低溫壓力容器的使用范圍，低溫鋼制壓力容器是指在設計溫度-20℃以下工作的壓力容器，在我國的冷凍設備、低溫工程以及石油化工領域得到廣泛應用。由于低溫鋼制壓力容器的工作條件比較復雜，工作性能會受到壓力、溫度、介質等因素的影響，所以對低溫鋼制壓力容器的焊接工藝有較高的要求。文章首先分析了低溫鋼制壓力容器存在的焊接質量缺陷，然后闡述了低溫鋼制壓力容器的焊接工藝，為提高低溫鋼制壓力容器的焊接水平奠定良好的基礎。

關鍵詞：低溫鋼制壓力容器? 焊接技術? 質量缺陷? 焊接工藝

中圖分類號：TG44? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0049-02

為了適應工業生產的需求，需要有特定的設備在低溫狀態下儲存、運輸液體或者氣體介質，不僅需要適應低溫環境，還要在低溫環境中承受一定的壓力和介質的腐蝕，比如CO2吸收塔、H2S吸收塔、液化乙烯、液化天然氣等存儲和運輸容器。為了確保低溫鋼制壓力容器能夠安全穩定工作，在一定程度上增加了焊接技術的難度。因為隨著溫度的降低，鋼制壓力容器可能出現脆性斷裂現象，直接影響到鋼制壓力容器的安全性，威脅到工作人員的人身安全，對生產單位造成嚴重的經濟損失。為了有效應對低溫鋼制壓力容器的脆性斷裂，一方面可以通過改變鋼材的化學成分以及晶粒度來提高鋼材的低溫韌性和抵抗脆性破壞的能力;另一方面應該不斷完善焊接工藝水平，避免因為焊接質量缺陷而影響到鋼制壓力容器使用的安全性。

1? 低溫鋼制壓力容器焊接中存在的質量缺陷

對低溫鋼制容器焊接質量缺陷進行分析，有利于為以后的焊接工作提供參考的依據，提前做好各項防范措施，降低焊接質量缺陷。對于低溫壓力容器焊接質量缺陷可分為外部焊接缺陷和內部焊接缺陷兩個方面，下面對此進行分析。

1.1 外部焊接質量缺陷

在低溫壓力容器焊接時，由于設計不合理或者焊接工藝參數不達標等原因，常會在焊接接頭處產生焊接缺陷，直接影響到壓力容器的安全性，外部焊接缺陷主要有如下幾個方面：（1）錯邊。如果焊接設計方案不合理或者焊接技術掌握不熟練等原因，都可能會導致錯邊現象的發生。壓力容器在受到外力作用時，在局部應力增加的情況下可能出現變形，從而降低壓力容器的安全性。（2）焊接尺寸不合格。在焊接過程中如果焊接設備的電流強度不夠，焊縫寬度就無法達到設計標準，由此影響到焊接尺寸。如果焊弧過長也會影響到焊接尺寸，所以在焊接時要調整好焊接設備的技術參數，控制好焊弧的長度。（3）咬邊。導致咬邊的原因較多，焊接設備的電流強度過大或者焊接技術不規范等都可能出現咬邊，所以對焊接設備的技術參數進行調整很有必要。（4）其他焊接缺陷。在實際焊接施工中，由于操作不規范，焊接設備技術參數調整不標準，焊接材料保管不當，焊接環境惡劣等原因，還會出現各種焊接缺陷，如表面飛濺、焊瘤、凹陷等，都會降低焊接接頭的質量，進而影響到低溫壓力容器的安全性。所以應該合理控制焊接工藝，提高焊接質量。

1.2 內部焊接質量缺陷

低溫壓力容器內部焊接缺陷主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等。（1）氣孔。氣孔主要是因為焊接熔池中的氣泡沒有充分逸出形成的，在焊件的金屬表面存在水、油污、灰塵等沒有清理干凈，焊接環境濕度較大以及焊接操作不規范等，都可能會出現氣孔。（2）夾渣。在焊縫中出現殘留的熔渣即為夾渣，多見于坡口邊緣不平滑的位置。焊接設備的電流大小不標準，焊接速度過快，焊接軌道不平穩，都可能導致熔渣殘留在焊縫中。（3）未焊透和未熔合。表現為在兩個工件的焊接接頭中留有部分間隙，焊接接頭沒有完全熔融，直接影響到壓力容器焊接的強度、硬度、韌性和脆性。（4）裂紋。出現焊接裂紋的主要原因是工件自身的晶體結構中存在低熔點雜質，在焊接時由于作用力過大而破壞原子層的結合力，從而出現裂紋。焊接裂紋會降低壓力容器的密封性和安全性，所以要加強對焊件質量的檢查，然后掌握適宜的焊接技巧。

2? 低溫鋼制壓力容器焊接工藝分析

2.1 焊接材料的選取與管理

根據低溫鋼的化學成分和物理性能的特點，應該選擇適宜的焊接材料。對于含鎳的低溫鋼，在選擇焊接材料時，應該考慮焊接后焊縫中雜質少以及焊縫金屬的低溫韌性，盡量選擇與母材的含鎳量相近或者稍高于母材的焊接材料。在采購焊接材料時，應該選擇具有較強實力和資質的供應商，并且對焊接材料的各項性能進行檢測評價，以保證焊接材料的各項技術參數都能夠滿足設計標準的要求，每項焊接材料都要具備齊全的質量證書。在焊材入庫前，要對其進行檢驗并記錄。入庫后，要根據焊材的規格、型號以及檢驗狀態分開堆放。對于焊材的發放和回收都應該做好詳細的記錄，為焊材的可追溯性提供保障。做好焊材存放倉庫的防護措施，避免因為受潮、銹蝕等原因而影響到焊材的質量。焊材在使用之前必須保證干燥性，可以放在保溫筒內存放，做好保溫筒的溫度控制。

2.2 低溫鋼制壓力容器焊接方法及參數確定

根據低溫鋼的化學成分和物理性能的特點，一般會選擇焊條電弧焊和埋弧焊的焊接方法，焊條的類型要根據低溫鋼的使用條件以及含鎳量而定。如果低溫鋼的使用條件在-45℃以上時，應該選擇高韌性的低氫型焊條;使用條件在-60℃以下的低溫鋼，選擇含鎳的低溫鋼焊條;在-100℃左右的條件下，使用3.5%含鎳量或者更高一些的低溫鋼焊條比較適宜。在實際焊接時，還可根據具體情況，選擇更適宜的焊條類型，可通過向焊接材料中添加適宜的元素來改善晶粒效果的目的。根據低溫鋼的化學成分、板厚、拘束度以及施工環境等因素，決定是否需要采取焊前預熱以及確定層間溫度的數值，切實保證焊接質量。

2.3 低溫鋼冷裂紋的防止措施

冷裂紋是低溫鋼壓力容器焊接工藝中面臨的重要問題，會降低壓力容器的安全性，所以要做好防止冷裂紋出現的防護措施。選擇低氫焊條，減少焊縫中氫氣含量，做好焊條的烘干處理;合理控制焊接線能量的大小，以更好的消除冷裂紋;根據焊件化學成分、板厚、施工條件等各項要素，采取焊前預熱，焊后緩慢冷卻的熱處理方式;對于非焊接部位不可進行點焊，避免冷裂紋的產生;按照規定要求選擇正確的焊接參數;如果出現裂紋，可以使用碳弧氣刨或者砂輪對其拋光，以免再次熔化。

2.4 焊后熱處理

焊后熱處理是提高低溫鋼制壓力容器焊接質量的重要手段，在各種應力的作用下會出現低溫脆性斷裂現象，采用熱處理手段不僅能夠去除焊縫中的氫氣，消除殘余應力，還能夠軟化熱影響區和加工變形區的組織，提高壓力容器的低溫韌性。根據焊件的材料、尺寸、結構、位置等要素，選擇適宜的熱處理方法，控制好保溫溫度和保溫時間，以高效消除殘余應力，保證低溫鋼制壓力容器的焊接質量。

3? 結語

焊接是壓力容器制造、安裝中重要的環節，所以應該嚴格控制焊接質量，確保壓力容器在投產后能夠安全穩定運行。由于低溫壓力容器運行環境比較特殊，所以對焊接工藝有較高的要求。在焊接工作開始前，應該詳細了解焊件的化學成分和物理性能，然后根據壓力容器的使用性質、工作條件制定合理的焊接工藝。從焊接材料的選擇和管理，焊接方法的選擇，焊接質量控制，焊后熱處理等各方面進行細致的分析，盡量避免焊接質量缺陷，提高焊接接頭的韌性及抵抗脆性斷裂的性能，為促進低溫鋼制壓力容器制造、安裝水平的提升創造有利條件。

參考文獻

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