于瑛琦　劉斌　許博禹

摘? ?要：我國低溫技術(shù)的發(fā)展擴(kuò)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(shè)計(jì)溫度-20℃以下工作的壓力容器，在我國的冷凍設(shè)備、低溫工程以及石油化工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于低溫鋼制壓力容器的工作條件比較復(fù)雜，工作性能會(huì)受到壓力、溫度、介質(zhì)等因素的影響，所以對(duì)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(zhì)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(chǔ)。

關(guān)鍵詞：低溫鋼制壓力容器? 焊接技術(shù)? 質(zhì)量缺陷? 焊接工藝

中圖分類號(hào)：TG44? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（b）-0049-02

為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需求，需要有特定的設(shè)備在低溫狀態(tài)下儲(chǔ)存、運(yùn)輸液體或者氣體介質(zhì)，不僅需要適應(yīng)低溫環(huán)境，還要在低溫環(huán)境中承受一定的壓力和介質(zhì)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(chǔ)和運(yùn)輸容器。為了確保低溫鋼制壓力容器能夠安全穩(wěn)定工作，在一定程度上增加了焊接技術(shù)的難度。因?yàn)殡S著溫度的降低，鋼制壓力容器可能出現(xiàn)脆性斷裂現(xiàn)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(duì)生產(chǎn)單位造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為了有效應(yīng)對(duì)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(xué)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(yīng)該不斷完善焊接工藝水平，避免因?yàn)楹附淤|(zhì)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(zhì)量缺陷

對(duì)低溫鋼制容器焊接質(zhì)量缺陷進(jìn)行分析，有利于為以后的焊接工作提供參考的依據(jù)，提前做好各項(xiàng)防范措施，降低焊接質(zhì)量缺陷。對(duì)于低溫壓力容器焊接質(zhì)量缺陷可分為外部焊接缺陷和內(nèi)部焊接缺陷兩個(gè)方面，下面對(duì)此進(jìn)行分析。

1.1 外部焊接質(zhì)量缺陷

在低溫壓力容器焊接時(shí)，由于設(shè)計(jì)不合理或者焊接工藝參數(shù)不達(dá)標(biāo)等原因，常會(huì)在焊接接頭處產(chǎn)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(gè)方面：（1）錯(cuò)邊。如果焊接設(shè)計(jì)方案不合理或者焊接技術(shù)掌握不熟練等原因，都可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)邊現(xiàn)象的發(fā)生。壓力容器在受到外力作用時(shí)，在局部應(yīng)力增加的情況下可能出現(xiàn)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(shè)備的電流強(qiáng)度不夠，焊縫寬度就無法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，由此影響到焊接尺寸。如果焊弧過長也會(huì)影響到焊接尺寸，所以在焊接時(shí)要調(diào)整好焊接設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，控制好焊弧的長度。（3）咬邊。導(dǎo)致咬邊的原因較多，焊接設(shè)備的電流強(qiáng)度過大或者焊接技術(shù)不規(guī)范等都可能出現(xiàn)咬邊，所以對(duì)焊接設(shè)備的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整很有必要。（4）其他焊接缺陷。在實(shí)際焊接施工中，由于操作不規(guī)范，焊接設(shè)備技術(shù)參數(shù)調(diào)整不標(biāo)準(zhǔn)，焊接材料保管不當(dāng)，焊接環(huán)境惡劣等原因，還會(huì)出現(xiàn)各種焊接缺陷，如表面飛濺、焊瘤、凹陷等，都會(huì)降低焊接接頭的質(zhì)量，進(jìn)而影響到低溫壓力容器的安全性。所以應(yīng)該合理控制焊接工藝，提高焊接質(zhì)量。

1.2 內(nèi)部焊接質(zhì)量缺陷

低溫壓力容器內(nèi)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?yàn)楹附尤鄢刂械臍馀輿]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(huán)境濕度較大以及焊接操作不規(guī)范等，都可能會(huì)出現(xiàn)氣孔。（2）夾渣。在焊縫中出現(xiàn)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(shè)備的電流大小不標(biāo)準(zhǔn)，焊接速度過快，焊接軌道不平穩(wěn)，都可能導(dǎo)致熔渣殘留在焊縫中。（3）未焊透和未熔合。表現(xiàn)為在兩個(gè)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(qiáng)度、硬度、韌性和脆性。（4）裂紋。出現(xiàn)焊接裂紋的主要原因是工件自身的晶體結(jié)構(gòu)中存在低熔點(diǎn)雜質(zhì)，在焊接時(shí)由于作用力過大而破壞原子層的結(jié)合力，從而出現(xiàn)裂紋。焊接裂紋會(huì)降低壓力容器的密封性和安全性，所以要加強(qiáng)對(duì)焊件質(zhì)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(jù)低溫鋼的化學(xué)成分和物理性能的特點(diǎn)，應(yīng)該選擇適宜的焊接材料。對(duì)于含鎳的低溫鋼，在選擇焊接材料時(shí)，應(yīng)該考慮焊接后焊縫中雜質(zhì)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(shí)，應(yīng)該選擇具有較強(qiáng)實(shí)力和資質(zhì)的供應(yīng)商，并且對(duì)焊接材料的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)，以保證焊接材料的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)都能夠滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，每項(xiàng)焊接材料都要具備齊全的質(zhì)量證書。在焊材入庫前，要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)并記錄。入庫后，要根據(jù)焊材的規(guī)格、型號(hào)以及檢驗(yàn)狀態(tài)分開堆放。對(duì)于焊材的發(fā)放和回收都應(yīng)該做好詳細(xì)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(hù)措施，避免因?yàn)槭艹?、銹蝕等原因而影響到焊材的質(zhì)量。焊材在使用之前必須保證干燥性，可以放在保溫筒內(nèi)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(shù)確定

根據(jù)低溫鋼的化學(xué)成分和物理性能的特點(diǎn)，一般會(huì)選擇焊條電弧焊和埋弧焊的焊接方法，焊條的類型要根據(jù)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(shí)，應(yīng)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(shí)際焊接時(shí)，還可根據(jù)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(jù)低溫鋼的化學(xué)成分、板厚、拘束度以及施工環(huán)境等因素，決定是否需要采取焊前預(yù)熱以及確定層間溫度的數(shù)值，切實(shí)保證焊接質(zhì)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(huì)降低壓力容器的安全性，所以要做好防止冷裂紋出現(xiàn)的防護(hù)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(jù)焊件化學(xué)成分、板厚、施工條件等各項(xiàng)要素，采取焊前預(yù)熱，焊后緩慢冷卻的熱處理方式;對(duì)于非焊接部位不可進(jìn)行點(diǎn)焊，避免冷裂紋的產(chǎn)生;按照規(guī)定要求選擇正確的焊接參數(shù);如果出現(xiàn)裂紋，可以使用碳弧氣刨或者砂輪對(duì)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(zhì)量的重要手段，在各種應(yīng)力的作用下會(huì)出現(xiàn)低溫脆性斷裂現(xiàn)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(yīng)力，還能夠軟化熱影響區(qū)和加工變形區(qū)的組織，提高壓力容器的低溫韌性。根據(jù)焊件的材料、尺寸、結(jié)構(gòu)、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(shí)間，以高效消除殘余應(yīng)力，保證低溫鋼制壓力容器的焊接質(zhì)量。

3? 結(jié)語

焊接是壓力容器制造、安裝中重要的環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，確保壓力容器在投產(chǎn)后能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于低溫壓力容器運(yùn)行環(huán)境比較特殊，所以對(duì)焊接工藝有較高的要求。在焊接工作開始前，應(yīng)該詳細(xì)了解焊件的化學(xué)成分和物理性能，然后根據(jù)壓力容器的使用性質(zhì)、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(zhì)量控制，焊后熱處理等各方面進(jìn)行細(xì)致的分析，盡量避免焊接質(zhì)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(jìn)低溫鋼制壓力容器制造、安裝水平的提升創(chuàng)造有利條件。

參考文獻(xiàn)

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