压力容器异种钢焊接常见缺陷与预防方法探究

马占营

摘 要：压力容器是我国工业生产中应用较多的一类设备，保证压力容器的焊接质量对于促进生产安全、稳定地开展有着积极的意义。在压力容器的制造、安装使用以及维护等不同的环节，都会涉及到焊接操作，异种钢的焊接比较多见，只有在合理选材、确定焊接工艺参数以及合理设计焊接结构的前提下，才能获取较好的焊接质量。

关键词：压力容器 异种钢焊接 常见缺陷与预防方法

中图分类号：TG457.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（c）-0064-02

1 异种钢常见缺陷以及原因分析

异种钢焊接中的缺陷主要包括多种情况，焊接中针对存在的缺陷以及接头位置和具体形式进行细致的分类，可以划分为两个大类：外观缺陷和内部缺陷。

1.1 外观缺陷

外观缺陷的查找相对简单，通过对表观现象细致检查，便可以及时发现所存在的缺陷，包括焊缝质量不合格、尺寸大小不合理、存在咬边以及弧坑，焊瘤、显著的飞溅、面层裂纹和擦伤等。

1.2 内部缺陷

要想检查到存在的内部缺陷，就需要开展破坏性试验，内部缺陷的种类包括裂纹、气孔、夹渣、未焊透等。焊接操作以及检查阶段，工作人员往往只关注存在的工艺技术方面的缺陷，并没有关注焊接尺寸以及位置，焊接接头的实际成分以及性能与标准存在极大的差异，缺陷严重程度较高，为压力容器的后期使用留下了极为严重的安全隐患。

1.3 异种钢焊接缺陷以及原因

焊接尺寸不足，长度尺寸缩小，平面度数值与标准要求存在较大差异，主要的原因在于焊缝出现了收缩，导致一系列的尺寸缺陷，这类缺陷基本上不能顺利修复，只能报废。在进行焊接接头的性能、化学成分的检查过程当中，必须要开展非破坏性试验，由于异种钢的化学成分存在显著的差异，所以无法保证质量，由于母材和焊缝在焊接中存在一个熔合区，这一区域是母材金属与焊缝金属相互之间的过度范围，所以化学成分介于二者之间，在这里存在一个特殊化学成分的过度区域，这一区域的化学成分与组织均匀性较差，力学性能与化学成分之间存在极大的差异，尤其对于第二类异种钢的焊接接头，由于过度稀释的原因，导致接头性能下降，无法满足要求。

2 缺陷的預防措施

由于焊接接头的母材化学成分以及性能存在着极大的差异，母材与母材之间，填充金属相互之间均会发生作用，一方面引起冶金困难，一方面导致性能以及焊接工艺上的差异，所以焊接操作相对于同种钢的焊接更为复杂。压力容器的焊接中，需要细化要求，保证焊缝外观良好，不存在裂纹以及未融合等缺陷，做好异种钢焊接接头性能的检测，尽可能提高焊接接头的性能，尤其是力学性能，即使无法达到两种钢的平均值，至少也不能小于两种材料中较小的一种，性能可以不高于两种材料的平均性能，但是也不应该比性能略差的一种材料还要差；异种钢焊接所产生的焊缝，基本上是焊丝金属和两类母材，三组材料结合得到的。在完成异种钢的焊接操作中，要控制焊接成分，保证具有极好的均匀性，组织以及结构保持均匀；由于焊接中两类母材存在差异，化学成分的不同导致了性能方面的不同，导热系数、膨胀系数均有不同，如果温度变化显著，则会出现一定数值的应力，结合膨胀系数以及导热系数的差异，焊接接头中就会产生极大的残余应力，在焊接阶段以及焊接后，如果温度出现显著变化，还会出现温差应力，可能引起结构整体出现破损。异种钢的焊接接头所应用的工艺必须是特殊性的，由于异种钢的种类多，所以工艺差异显著，焊接中要满足下述原则。

2.1 选材合理

异种钢焊接质量得以保证的基本条件在于焊材选择的合理性，焊材的性质与焊接接头的质量密切相关，要结合母材的成分和性能来选择焊材，尽可能保证金属的强度以及塑性，如果不能同时保证两种性能，需要优先考虑韧性以及塑性。在焊接接头的位置，组织与成分并不均匀，选择焊材的依据为材料不同的强度等级。要以强度较低的金属作为基准，进行焊材的选择，以保证焊缝的塑性不低于二者中的最低值。焊材在异种钢的焊接操作中要满足低匹配的原则，也就是在低碳钢和耐热钢进行焊接时，要以低碳钢为基准，选择焊材。对于钢质材料中存在的铬、要以钼，镍含量低者为基础，进行选择。第一，要想保证焊缝金属满足技术要求，必须控制其与母材中的一种相一致，通常，焊材的性能不得低于母材中性能最低的一种，才能符合技术方面的要求，一般都要从焊接性能的角度进行权衡与考虑。图1为不同焊接材料的对接焊缝图纸，通过分析和实验，可以选择T426焊条用于焊接处理，以获得足够的强度。第二，异种钢结构钢焊接时，如果焊条的强度等级相同，要选择具有极好抗裂能力的含氢量极小的焊条，获得较好的抗裂性能，当金相组织差别较大时，比如：珠光体-奥氏体焊接，要保证将金属稀释以后，焊接接头的性能仍然可以得到保证。第三，焊材在满足上述要求的同时，还要具有极好的工艺性、价格低、获取容易。异种钢焊接常选择奥氏体不锈钢焊条，如果条件相对苛刻，可以考虑采用镍基焊条。但是后者的资金投入量过高，优势在于减少了碳的迁移。焊缝金属的膨胀系数处于两种金属之间，可以保证接头组织性能以及力学性能。

2.2 设计合理的坡口形式

异种钢焊接中比较理想的坡口形式可以降低在焊接中所产生的稀释程度，对接焊缝以及全焊透的形式使用较多，这种焊接形式不会残留尖角，产生较大的缝隙。对于组织存在显著差异的异种钢的焊接，为了增强焊接的强度，要尽可能在焊缝中融入较大量的焊材，只有焊材的成本和性能适合，才能获得质量较高的焊接接头，也就是获得较低的熔合比。通过加大坡口的尺寸可以使焊缝中焊丝的熔入量加大，降低熔合比。如果两类钢的组成成分比较接近，要选择较小的坡口和极低的熔合比。

3 焊接工艺参数的确定

焊接工艺参数与熔合比密切相关，如果确定的长度吸收电弧的能量高，则母材的熔化量就大，熔合比高。异种钢的焊接需要较低的熔合比，采用极低的能量来实现焊接，一般选择小电流、较大的焊接速度，多层多道焊的形式。异种钢焊接要合理控制预热温度，一般温度的选择取决于材料的焊接性能，如果材料的焊接性能并不理想，可以通过预热的方法避免出现焊接裂纹或者冷缝。如果一种钢焊接前，不用预热处理，另一种需要进行焊接之前的预热，则这两类材料相焊接，就有必要进行预热，比如：珠光体和耐热钢就是这类组合。

4 确定正确的焊接工艺规程

焊接工艺规程是关于焊接加工操作的比较全面和细致的文件，保证了焊工的质量以及重复性，是开展焊接工艺评定的依据和基础，为了避免焊缝出现裂纹，操作人员在工艺规程中编制出合理的可以降低裂纹的工艺方法，焊工在操作中必须严格按照规程中的要求和参数执行，才能保证高质量的焊接。

综上所述，异种钢的焊接是一类特殊的焊接形式，在操作中会受到多种要素的影响和限制，在操作前要认真、合理地选择焊接材料，不断优化和调整工艺参数，规划焊接结构，通过持续的学习和改进，获得更好的焊接效果，降低出现焊接缺陷的概率，保证压力容器的质量。

参考文献

[1] 罗刚.异种钢焊接性能分析与研究[J].科技创新与应用，2013（10）：64.

[2] 吴清.压力容器焊接新技术分析和有效应用[J].科技与企业，2013（24）：365-366.

[3] 欧亚.提高压力容器制造过程中焊接质量措施浅谈[J].化学工程与装备，2014（3）：118-119.