耐热钢压力容器焊接技术

方志龙 陈薛钢

摘 要：随着科学技术的不断进步，压力容器的工作参数也在大幅度的提升，使得压力容器的应用领域越来越广阔，在市场经济的竞争下，压力容器对焊接技术的要求也越来越高。本文主要论述了多种焊接技术在耐热钢压力容器上的应用。

关键词：耐热钢；压力容器；焊接技术

引言

压力容器在石油化学工业、能源工业、军工和科研等国民经济的各个领域都起着重要作用。其中焊接是耐热钢压力容器制造过程中最重要的工艺，因为它可以直接影响耐热钢压力容器的质量、生产率、可靠性、生产成本。现代压力容器正在发展为高压大型化和多用化，所以焊接技术、工艺等也要向优质化和高效化的方向发展。

1焊接技术在耐热钢压力容器焊接中的重要性

在压力容器的制造过程中最关键的工艺就是焊接，并且焊接工作量占据了全部工作总量的50%以上。因此，焊接接头的可靠性和质量的好坏都会直接影响到耐热钢压力容器的质量、安全性和可靠性等。在耐热钢压力容器的相关规定中，检验材料和焊接是非常重要和严格的，所以，在耐热钢压力容器的制造过程中，应该高度重视焊接工艺。

2耐热钢压力容器焊接的特点

耐热钢压力容器所使用的耐热钢中含有-定含量的合金元素，同时有含有-定量的微量元素，因此，耐热钢压力容器的焊接具有自身独特的焊接特点：

2.1焊接的淬硬性

由于低合金耐热钢的主要合金元素是Cr和Mo等，这些元素在氧化过程中都能提高钢的淬硬性。而且Mo元素的提高淬硬性的作用比Cr元素大近50倍，这些元素能够有限的抑制钢在受热后冷却过程中的变质，提高了钢在过冷环境中的稳定性。

2.2焊接的冷裂纹

由于Cr-Mo合金元素钢极易产生淬硬性，同时在焊接过程中焊缝区散发着高浓度氢和-定的焊接残余应力，这些因素的在共同作用下，耐热钢压力容器的焊接接头易产生氢，导致接头处出现裂纹，这种裂纹在高温、高压环境中极易发生，-般在热影响区以表面裂纹为主，在焊缝金属中通常表现为垂直于焊缝的横向裂纹，同时也极有可能发生在多层焊的焊道下或焊根部位。但是在Cr-Mo合金元素钢焊接过程中存在的主要危险是冷裂纹。

2.3焊接的回火脆性

Cr-Mo合金元素钢及其焊接接头处在高温、高压的环境下，长期运行过程中，耐热钢压力容器会发生一定的脆变或者软化，这种独特的现象就是耐热钢压力容器焊接的回火脆性。

2.4再热裂纹

在应力裂纹的消除中，焊接接头会再次与高温下环境接触，因此会在高温下形成裂纹，这种裂纹叫做再热裂纹，Cr-Mo合金元素钢是再热裂纹敏感性钢种，一般敏感的温度范围在600℃左右。再热裂纹在耐热钢压力容器焊接过程中不被人们所重视，人们通常注重冷裂纹的防治。在耐热钢压力容器焊接过程中，当焊道的成形系数（熔宽与熔深比）小于1.2-1.3时，焊道中心极易产生热裂纹。

3耐热钢压力容器焊接技术

3.1 手工电弧焊

手工电弧焊是通过手工操纵焊条来进行焊接的电弧焊方法，金属棒上所熔化的药皮最终会形成气体与熔渣，它们可以避免焊接熔池受到周围空气的影响。其设备简单，易操作，能够进行全方位的焊接，适合多种材料的焊接。但是手工电弧焊的焊缝熔深浅，生产效率十分低下，并且手工电弧焊由于单根焊条长度的限制只能完成短焊缝的焊接，并且在焊缝焊完后，必须在焊道上来清除熔渣，因此其使用率正在降低。

3.2 埋弧焊

埋弧焊是一种通过燃烧实现焊接的技术。它主要是在焊剂层的下面。埋弧焊接相比于手工电弧焊机械化和自动化程度很高。在焊接过程中，送丝、引燃、焊接方位、收尾等工作都由机械操作完成。在耐热刚压力容器的焊接技术中主要适用于筒节焊缝、拼版等焊接材料中。埋弧焊的优点是：熔深达、焊缝中杂质少、效率高、质量好、劳动量小、无弧光辐射。但是，埋弧焊对水平位置、加工物件的边缘、装配质量和倾斜度都有严格的要求，灵活程度差。埋弧焊接主要适用于大批量、厚而长的材料焊接。在焊接操作中，熔池和焊缝的形成都处于不明状态，焊接的质量主要靠规范的操作来保证。

3.3熔化极气体保护焊

熔化极气体保护焊可分为氩弧焊、二氧化碳气体保护焊以及药芯二氧化碳气体保护焊等。随着焊接板厚度的增加，钨极气体保護电弧焊已不能满足要求，为了克服厚板的焊接尤其是导热性能较强的金属的焊接，产生了熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊 是在电极间高温电弧热作用和气体的保护下，利用焊丝和焊件两个不同极性电极之间的电弧熔化连续送给的焊丝和母材，形成熔池和焊缝的焊接方法。其优点为：以焊丝作为电极，焊接过程与焊缝质量易于控制；不需焊后清渣，生产效率高；焊接熔深大，熔敷速度快，可焊大厚度板材，且易进行全位置焊及实现机械化和自动化。其缺点为：采用明弧和大电流密度，光辐射较强；对环境要求严格；设备较复杂。

3.4电渣焊

电渣焊是将电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源，并熔化填充金属与母材，凝固后形成金属原子间牢固连接的焊接技术，它可以分为其熔嘴电渣焊和非熔嘴电渣焊、丝极电渣焊等。它适合焊接厚板，它有预热功能，能够均匀加热，冷却慢，冷裂的倾向小，不容易形成气孔、裂纹等。并且焊缝成形后的系数调节的范围非常大，焊剂耗量小。但是，其在进行高温的时间过长，出现严重的过热现象，造成断裂韧性和粗大金属颗粒的出现，并且在焊接过程中，需要添加-些特殊材料来细化晶粒和改善韧性。

3.5等离子弧焊

等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。常用的等离子弧焊基本方法有小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊、微束等离子弧焊以及粉末等离子弧焊，在国外-种采用反极性电极锁孔技术等离子弧焊也被发展起来。其优点是：焊接能量密度大，弧柱温度高，穿透力强；10-12mm 厚度钢材无需开坡口，焊接速度快，生产效率高；热影响区窄，应力变形小；能较好实现单面焊双面自由成形。其缺点是：电源及电气控制设备较复杂，气体耗量大，焊接设备成本高，焊接参数的调节匹配较复杂，喷嘴使用寿命短，且只适合室内焊接。

3.6激光焊

激光焊是利用经聚焦的高功率密度的激光束为热源的特种焊接方法。目前，该方法主要应用于航空、汽车以及电子、精密仪器等高科技领域。其优点为：具有极高的能量密度，焊接热影响区金相变化范围小，且因热传导所致的变形很小；可焊材质种类范围大；易于自动化进行高速焊接；不受磁场影响，焊接位置精确。其缺点为：价格昂贵，设备笨重；对焊件位置要求高；能量转换效率低；焊道凝固快，有出现气孔及脆化的风险；受激光器功率的限制，目前在厚壁焊接方面应用有限。自1963年窄间隙焊接技术在美国巴特莱研究所提出以来，这种采用厚板对接接头，焊前不开坡口或只开小角度坡口，并留有窄而深的间隙，气体保护焊或埋弧焊的多层焊完成整条焊缝的高效率焊接方法，由于其坡口形状简单，截面积小，母材、焊丝和能源消耗少，经济效益良好；熔化的金属体积较小、热输人较低和 接热影响区 较小，所以焊后工件的残余应力和变形较小，易于装配；前道焊道对后道焊道起预热作用，后道焊道对前道焊道有回火作用，改善了焊接接头的机械性能，特别是断裂韧性和疲劳强度特性；具有全位置焊接的可能性，易于实现生产过程自动化等特点，这种技术在各种焊接领域中的运用越来越多，越来越广。

结语

总之，目前我国的耐热钢压力容器的焊接技术还远远落后于世界先进水平，所以，为了加快我国大型高压压力容器的生产建设，一定要增强耐热钢压力容器的焊接技术。

参考文献

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