壓力容器異種鋼焊接常見缺陷與預(yù)防方法探究

馬占營

摘 要：壓力容器是我國工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的一類設(shè)備，保證壓力容器的焊接質(zhì)量對于促進(jìn)生產(chǎn)安全、穩(wěn)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(hù)等不同的環(huán)節(jié)，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(shù)以及合理設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)的前提下，才能獲取較好的焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：壓力容器 異種鋼焊接 常見缺陷與預(yù)防方法

中圖分類號：TG457.5 文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)行細(xì)致的分類，可以劃分為兩個(gè)大類：外觀缺陷和內(nèi)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(xiàn)象細(xì)致檢查，便可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)所存在的缺陷，包括焊縫質(zhì)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(nèi)部缺陷

要想檢查到存在的內(nèi)部缺陷，就需要開展破壞性試驗(yàn)，內(nèi)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(guān)注存在的工藝技術(shù)方面的缺陷，并沒有關(guān)注焊接尺寸以及位置，焊接接頭的實(shí)際成分以及性能與標(biāo)準(zhǔn)存在極大的差異，缺陷嚴(yán)重程度較高，為壓力容器的后期使用留下了極為嚴(yán)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(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)要求存在較大差異，主要的原因在于焊縫出現(xiàn)了收縮，導(dǎo)致一系列的尺寸缺陷，這類缺陷基本上不能順利修復(fù)，只能報(bào)廢。在進(jìn)行焊接接頭的性能、化學(xué)成分的檢查過程當(dāng)中，必須要開展非破壞性試驗(yàn)，由于異種鋼的化學(xué)成分存在顯著的差異，所以無法保證質(zhì)量，由于母材和焊縫在焊接中存在一個(gè)熔合區(qū)，這一區(qū)域是母材金屬與焊縫金屬相互之間的過度范圍，所以化學(xué)成分介于二者之間，在這里存在一個(gè)特殊化學(xué)成分的過度區(qū)域，這一區(qū)域的化學(xué)成分與組織均勻性較差，力學(xué)性能與化學(xué)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(dǎo)致接頭性能下降，無法滿足要求。

2 缺陷的預(yù)防措施

由于焊接接頭的母材化學(xué)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(fā)生作用，一方面引起冶金困難，一方面導(dǎo)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(fù)雜。壓力容器的焊接中，需要細(xì)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(xué)性能，即使無法達(dá)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(yīng)該比性能略差的一種材料還要差；異種鋼焊接所產(chǎn)生的焊縫，基本上是焊絲金屬和兩類母材，三組材料結(jié)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(jié)構(gòu)保持均勻；由于焊接中兩類母材存在差異，化學(xué)成分的不同導(dǎo)致了性能方面的不同，導(dǎo)熱系數(shù)、膨脹系數(shù)均有不同，如果溫度變化顯著，則會出現(xiàn)一定數(shù)值的應(yīng)力，結(jié)合膨脹系數(shù)以及導(dǎo)熱系數(shù)的差異，焊接接頭中就會產(chǎn)生極大的殘余應(yīng)力，在焊接階段以及焊接后，如果溫度出現(xiàn)顯著變化，還會出現(xiàn)溫差應(yīng)力，可能引起結(jié)構(gòu)整體出現(xiàn)破損。異種鋼的焊接接頭所應(yīng)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(zhì)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(zhì)與焊接接頭的質(zhì)量密切相關(guān)，要結(jié)合母材的成分和性能來選擇焊材，盡可能保證金屬的強(qiáng)度以及塑性，如果不能同時(shí)保證兩種性能，需要優(yōu)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(jù)為材料不同的強(qiáng)度等級。要以強(qiáng)度較低的金屬作為基準(zhǔn)，進(jìn)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(jìn)行焊接時(shí)，要以低碳鋼為基準(zhǔn)，選擇焊材。對于鋼質(zhì)材料中存在的鉻、要以鉬，鎳含量低者為基礎(chǔ)，進(jìn)行選擇。第一，要想保證焊縫金屬滿足技術(shù)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(shù)方面的要求，一般都要從焊接性能的角度進(jìn)行權(quán)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(shí)驗(yàn)，可以選擇T426焊條用于焊接處理，以獲得足夠的強(qiáng)度。第二，異種鋼結(jié)構(gòu)鋼焊接時(shí)，如果焊條的強(qiáng)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(dāng)金相組織差別較大時(shí)，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(shí)，還要具有極好的工藝性、價(jià)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(yōu)勢在于減少了碳的遷移。焊縫金屬的膨脹系數(shù)處于兩種金屬之間，可以保證接頭組織性能以及力學(xué)性能。

2.2 設(shè)計(jì)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(chǎn)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(chǎn)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(qiáng)焊接的強(qiáng)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(zhì)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(shù)的確定

焊接工藝參數(shù)與熔合比密切相關(guān)，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(shí)現(xiàn)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(yù)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(yù)熱的方法避免出現(xiàn)焊接裂紋或者冷縫。如果一種鋼焊接前，不用預(yù)熱處理，另一種需要進(jìn)行焊接之前的預(yù)熱，則這兩類材料相焊接，就有必要進(jìn)行預(yù)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(guī)程

焊接工藝規(guī)程是關(guān)于焊接加工操作的比較全面和細(xì)致的文件，保證了焊工的質(zhì)量以及重復(fù)性，是開展焊接工藝評定的依據(jù)和基礎(chǔ)，為了避免焊縫出現(xiàn)裂紋，操作人員在工藝規(guī)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(yán)格按照規(guī)程中的要求和參數(shù)執(zhí)行，才能保證高質(zhì)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(rèn)真、合理地選擇焊接材料，不斷優(yōu)化和調(diào)整工藝參數(shù)，規(guī)劃焊接結(jié)構(gòu)，通過持續(xù)的學(xué)習(xí)和改進(jìn)，獲得更好的焊接效果，降低出現(xiàn)焊接缺陷的概率，保證壓力容器的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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

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

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