耐熱鋼壓力容器焊接技術

方志龍 陳薛鋼

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，壓力容器的工作參數也在大幅度的提升，使得壓力容器的應用領域越來越廣闊，在市場經濟的競爭下，壓力容器對焊接技術的要求也越來越高。本文主要論述了多種焊接技術在耐熱鋼壓力容器上的應用。

關鍵詞：耐熱鋼；壓力容器；焊接技術

引言

壓力容器在石油化學工業、能源工業、軍工和科研等國民經濟的各個領域都起著重要作用。其中焊接是耐熱鋼壓力容器制造過程中最重要的工藝，因為它可以直接影響耐熱鋼壓力容器的質量、生產率、可靠性、生產成本?，F代壓力容器正在發展為高壓大型化和多用化，所以焊接技術、工藝等也要向優質化和高效化的方向發展。

1焊接技術在耐熱鋼壓力容器焊接中的重要性

在壓力容器的制造過程中最關鍵的工藝就是焊接，并且焊接工作量占據了全部工作總量的50%以上。因此，焊接接頭的可靠性和質量的好壞都會直接影響到耐熱鋼壓力容器的質量、安全性和可靠性等。在耐熱鋼壓力容器的相關規定中，檢驗材料和焊接是非常重要和嚴格的，所以，在耐熱鋼壓力容器的制造過程中，應該高度重視焊接工藝。

2耐熱鋼壓力容器焊接的特點

耐熱鋼壓力容器所使用的耐熱鋼中含有-定含量的合金元素，同時有含有-定量的微量元素，因此，耐熱鋼壓力容器的焊接具有自身獨特的焊接特點：

2.1焊接的淬硬性

由于低合金耐熱鋼的主要合金元素是Cr和Mo等，這些元素在氧化過程中都能提高鋼的淬硬性。而且Mo元素的提高淬硬性的作用比Cr元素大近50倍，這些元素能夠有限的抑制鋼在受熱后冷卻過程中的變質，提高了鋼在過冷環境中的穩定性。

2.2焊接的冷裂紋

由于Cr-Mo合金元素鋼極易產生淬硬性，同時在焊接過程中焊縫區散發著高濃度氫和-定的焊接殘余應力，這些因素的在共同作用下，耐熱鋼壓力容器的焊接接頭易產生氫，導致接頭處出現裂紋，這種裂紋在高溫、高壓環境中極易發生，-般在熱影響區以表面裂紋為主，在焊縫金屬中通常表現為垂直于焊縫的橫向裂紋，同時也極有可能發生在多層焊的焊道下或焊根部位。但是在Cr-Mo合金元素鋼焊接過程中存在的主要危險是冷裂紋。

2.3焊接的回火脆性

Cr-Mo合金元素鋼及其焊接接頭處在高溫、高壓的環境下，長期運行過程中，耐熱鋼壓力容器會發生一定的脆變或者軟化，這種獨特的現象就是耐熱鋼壓力容器焊接的回火脆性。

2.4再熱裂紋

在應力裂紋的消除中，焊接接頭會再次與高溫下環境接觸，因此會在高溫下形成裂紋，這種裂紋叫做再熱裂紋，Cr-Mo合金元素鋼是再熱裂紋敏感性鋼種，一般敏感的溫度范圍在600℃左右。再熱裂紋在耐熱鋼壓力容器焊接過程中不被人們所重視，人們通常注重冷裂紋的防治。在耐熱鋼壓力容器焊接過程中，當焊道的成形系數（熔寬與熔深比）小于1.2-1.3時，焊道中心極易產生熱裂紋。

3耐熱鋼壓力容器焊接技術

3.1 手工電弧焊

手工電弧焊是通過手工操縱焊條來進行焊接的電弧焊方法，金屬棒上所熔化的藥皮最終會形成氣體與熔渣，它們可以避免焊接熔池受到周圍空氣的影響。其設備簡單，易操作，能夠進行全方位的焊接，適合多種材料的焊接。但是手工電弧焊的焊縫熔深淺，生產效率十分低下，并且手工電弧焊由于單根焊條長度的限制只能完成短焊縫的焊接，并且在焊縫焊完后，必須在焊道上來清除熔渣，因此其使用率正在降低。

3.2 埋弧焊

埋弧焊是一種通過燃燒實現焊接的技術。它主要是在焊劑層的下面。埋弧焊接相比于手工電弧焊機械化和自動化程度很高。在焊接過程中，送絲、引燃、焊接方位、收尾等工作都由機械操作完成。在耐熱剛壓力容器的焊接技術中主要適用于筒節焊縫、拼版等焊接材料中。埋弧焊的優點是：熔深達、焊縫中雜質少、效率高、質量好、勞動量小、無弧光輻射。但是，埋弧焊對水平位置、加工物件的邊緣、裝配質量和傾斜度都有嚴格的要求，靈活程度差。埋弧焊接主要適用于大批量、厚而長的材料焊接。在焊接操作中，熔池和焊縫的形成都處于不明狀態，焊接的質量主要靠規范的操作來保證。

3.3熔化極氣體保護焊

熔化極氣體保護焊可分為氬弧焊、二氧化碳氣體保護焊以及藥芯二氧化碳氣體保護焊等。隨著焊接板厚度的增加，鎢極氣體保護電弧焊已不能滿足要求，為了克服厚板的焊接尤其是導熱性能較強的金屬的焊接，產生了熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊 是在電極間高溫電弧熱作用和氣體的保護下，利用焊絲和焊件兩個不同極性電極之間的電弧熔化連續送給的焊絲和母材，形成熔池和焊縫的焊接方法。其優點為：以焊絲作為電極，焊接過程與焊縫質量易于控制；不需焊后清渣，生產效率高；焊接熔深大，熔敷速度快，可焊大厚度板材，且易進行全位置焊及實現機械化和自動化。其缺點為：采用明弧和大電流密度，光輻射較強；對環境要求嚴格；設備較復雜。

3.4電渣焊

電渣焊是將電流通過熔渣所產生的電阻熱作為熱源，并熔化填充金屬與母材，凝固后形成金屬原子間牢固連接的焊接技術，它可以分為其熔嘴電渣焊和非熔嘴電渣焊、絲極電渣焊等。它適合焊接厚板，它有預熱功能，能夠均勻加熱，冷卻慢，冷裂的傾向小，不容易形成氣孔、裂紋等。并且焊縫成形后的系數調節的范圍非常大，焊劑耗量小。但是，其在進行高溫的時間過長，出現嚴重的過熱現象，造成斷裂韌性和粗大金屬顆粒的出現，并且在焊接過程中，需要添加-些特殊材料來細化晶粒和改善韌性。

3.5等離子弧焊

等離子弧焊是利用等離子弧作為熱源的焊接方法。氣體由電弧加熱產生離解，在高速通過水冷噴嘴時受到壓縮，增大能量密度和離解度，形成等離子弧。常用的等離子弧焊基本方法有小孔型等離子弧焊、熔透型等離子弧焊、微束等離子弧焊以及粉末等離子弧焊，在國外-種采用反極性電極鎖孔技術等離子弧焊也被發展起來。其優點是：焊接能量密度大，弧柱溫度高，穿透力強；10-12mm 厚度鋼材無需開坡口，焊接速度快，生產效率高；熱影響區窄，應力變形??；能較好實現單面焊雙面自由成形。其缺點是：電源及電氣控制設備較復雜，氣體耗量大，焊接設備成本高，焊接參數的調節匹配較復雜，噴嘴使用壽命短，且只適合室內焊接。

3.6激光焊

激光焊是利用經聚焦的高功率密度的激光束為熱源的特種焊接方法。目前，該方法主要應用于航空、汽車以及電子、精密儀器等高科技領域。其優點為：具有極高的能量密度，焊接熱影響區金相變化范圍小，且因熱傳導所致的變形很??；可焊材質種類范圍大；易于自動化進行高速焊接；不受磁場影響，焊接位置精確。其缺點為：價格昂貴，設備笨重；對焊件位置要求高；能量轉換效率低；焊道凝固快，有出現氣孔及脆化的風險；受激光器功率的限制，目前在厚壁焊接方面應用有限。自1963年窄間隙焊接技術在美國巴特萊研究所提出以來，這種采用厚板對接接頭，焊前不開坡口或只開小角度坡口，并留有窄而深的間隙，氣體保護焊或埋弧焊的多層焊完成整條焊縫的高效率焊接方法，由于其坡口形狀簡單，截面積小，母材、焊絲和能源消耗少，經濟效益良好；熔化的金屬體積較小、熱輸人較低和 接熱影響區 較小，所以焊后工件的殘余應力和變形較小，易于裝配；前道焊道對后道焊道起預熱作用，后道焊道對前道焊道有回火作用，改善了焊接接頭的機械性能，特別是斷裂韌性和疲勞強度特性；具有全位置焊接的可能性，易于實現生產過程自動化等特點，這種技術在各種焊接領域中的運用越來越多，越來越廣。

結語

總之，目前我國的耐熱鋼壓力容器的焊接技術還遠遠落后于世界先進水平，所以，為了加快我國大型高壓壓力容器的生產建設，一定要增強耐熱鋼壓力容器的焊接技術。

參考文獻

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