压力容器制造焊接工艺

摘 要：压力容器属于受安全技术监督部门监检的承压产品,其产品质量非常重要.在压力容器制造中,焊接作为重要工序,焊接质量是决定压力容器产品整体质量的关键.为了保证压力容器产品焊接质量满足实际需要,达到国家强制标准,需要在焊接之前编制完善的焊接工艺,并严格按照焊接工艺执行.考虑到焊接工艺的重要地位和作用,我们应对焊接工艺进行深入研究,保证焊接工艺的科学性和合理性,使焊接工艺具有较强的可行性.

关 键 词：压力容器；制造；焊接工艺；承压产品

一、前言

从目前压力容器产品制造过程来看,焊接作为主要工序,焊接质量对产品的整体质量和安全性影响较大.为了保证焊接质量满足要求,应在承压部件施焊之前按NT/T47014《承压设备焊接工艺评定》进行焊接工艺评定,保证焊接接头的力学性能、弯曲性能或堆焊层的化学成分都能符合规定要求,达到提升焊接工艺可行性的目的.为压力容器产品制造提供有力支持.

二、压力容器用低合金耐热钢及其焊接性分析

耐热钢是一种应用极为广泛的金属材料,是化工、石油化工、火力发电等领域不可或缺的关键材料.耐热钢是化学成分、组织和性能十分复杂的合金体系.这些金属材料的加工技术和焊接技术比较复杂,需要高度重视并加以认真研究分析.通过分析可知,压力容器产品制造中的耐热钢及其焊接特性主要表现在以下几个方面：

1、焊接接头性能应满足下列几点要求.

（1）接头的等强性和等塑性,不仅应具有与母材基本相等的室温和高温短时强度,而且更重要的应具有与母材相当的高温持久强度,并具有与母材相近的塑性变形能力.

（2）接头的抗氢性和抗氧化性,接头应具有与母材基本相同的抗氢性和抗高温氧化性.

（3）接头的组织稳定性,焊接接头在制造过程中,特别是厚壁接头将经受长时间多次热处理,在运行过程中则处于长期的高温、高压作用下,为确保接头性能稳定,接头各区不应产生明显的变化及由此引起的脆变或软化.

（4）接头的抗脆断性,为了保证焊接接头具有一定的韧性,保证其抗拉性能和屈服性能满足要求,接头的抗脆断性应满足需求.

（5）接头的物理均一性,接头应具有与母材基本相同的物理性能.

2、低合金耐热钢含有一定量的合金元素,因此它与低合金高强钢都具有一些相同的焊接特点,而又由于其含有一些特殊的微量元素及其不同的介质工作环境,所以也有其独特的焊接特点.

（1）淬硬性,钢的淬硬性取决于它的含碳量,合金成分及其含量.低合金耐热钢中的主要合金元素为铬和钼等能显著地提高钢的淬硬性.

（2）再热裂纹倾向,低合金耐热钢焊接接头的再热裂纹（亦称消除应力裂纹）倾向主要取决于钢中碳化物形成元素的特性及其含量以及焊后热处理温度参数.

（3）回火脆性（长时脆变）,铬钼钢及其焊接接头在370～565℃温度区间长期运行过程中会发生渐进的脆变现像,称为回火脆性或长时脆变.

三、压力容器用耐热钢焊材选用分析

考虑到压力容器产品的特殊性以及对焊接质量的要求,在焊接过程中应重点做好焊材的选择,只有根据母材合理选择焊材,才能达到提高焊接质量的目的.从目前压力容器产品的焊接来看,焊材的选择应遵守以下原则：

1、与低合金高强钢相同,焊缝金属和母材等强度原则仍是低合金耐热钢焊材选用的基本原则,在压力容器产品焊接过程中,焊缝填充金属必须与母材具有相同的强度,只有二者强度一致,才能减少裂纹的发生,提高焊缝的融合度,满足焊接要求,提高焊接质量.所以,在焊材选择中应保证焊缝金属与母材强度一致.

2、为使其焊缝金属具有与母材同样的使用性能,因此要求其焊缝金属的铬、钼含量不得低于母材标准值的下限.考虑到压力容器产品需具有较强的承压性能,因此压力容器母材中的铬和钼的含量应达到一定标准.基于这一现实需求,在焊材选择中,焊缝金属应与母材具有相似的特性,应保证金属含量与母材相同,满足焊接的实际需要.

3、为保证焊缝金属有同样小的回火脆性,应严格限制焊材中的氧、硅、磷、锑、锡、砷等微量元素的含量.在焊材选择中,由于焊材在生产过程中为了满足强度及热量等指标,焊材中会加入一定量的微量元素.但是微量元素的加入会使焊缝金属带有一定的回火脆性,为了减小焊缝金属的回火脆性,应选择焊材中氧、硅、磷、锑、锡、砷等微量元素较小的产品.

4、为提高焊缝金属的抗裂性,应控制焊材中的含碳量低于母材的碳含量,基于压力容器产品的质量和安全性要求,在焊接过程中,焊接强度是保证压力容器产品质量和载荷的重要指标.为了提高焊接强度,需要有效消除焊接裂纹,提高焊缝金属的抗裂性.为此,我们应选择低碳焊材来实现这一目标.

四、压力容器用耐热钢焊接要点分析

考虑到焊接是压力容器产品制造的重要工序,焊接质量是整个压力容器产品质量控制的重点内容,只有不断提高焊接质量才能满足压力容器产品制造要求.从目前压力容器产品焊接过程来看,耐热钢焊接要点主要表现在以下几个方面：

1、预热与层间温度

在焊接过程中,为了保证焊缝质量达到要求,应在焊接之前对焊接温度进行了解,对于温度不达标的,应采取预热的措施提高焊接温度,并保证焊接时层间温度不低于预热温度,从温度的角度保证焊接成型满足实际需要,减少焊缝裂纹的发生,提高焊缝的抗拉性能和弯曲性能.

2、焊后热处理

在焊接过程中,有些特殊材质由于材质本身要求,需要在焊接之后进行热处理,以提高焊缝整体强度和焊接质量.对于有热处理需求的焊接工序,我们应在熟悉焊接工艺的基础上,在焊接之后增加热处理工序,并对焊缝进行重点处理,使焊缝质量满足实际要求,达到提高焊接质量的目的.

3、后热和中间热处理

对于特殊材质的压力容器,在焊接之后不能马上进行热处理,需要间隔一定时间之后再进行焊缝热处理.例如Cr-Mo钢容器的壁厚、刚性大、制造周期长,焊后不能很快进行热处理.为防止焊件在焊后热处之前产生裂纹,是简单而可靠的措施是将接头作2-3h的低温后热处理.后热处理的温度按钢种和壁厚而定.一般在250-300℃之间.

4、焊接规范--的选择

在压力容器的焊接过程中,对焊接方法、焊接速度、焊接电流、焊接电压和焊材选择都有严格按照焊接工艺的规定.为了保证压力容器产品的焊接质量满足实际需要,我们应在制定焊接工艺之前应按NB/T47014选择适当的焊接规范进行预焊接试验,并对预焊试件按要求进行各项试验,各项试验都合格后,焊接工艺人员将按照焊接工艺评定和产品结构特点编制相应的、可指导焊工操作的焊接工艺文件.

五、结论

通过本文的分析可知,在压力容器制造过程中,焊接作为主要工序,其质量关系到产品的整体质量和安全性.因此,我们应必须制定完善的焊接工艺,对焊接工序进行有力支撑,从容器产品的焊接特性、焊材选择和焊接要点方面加深对焊接工艺的理解.