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摘要：异种金属在性能上差别很大，焊接接头区域存在着化学成分、力学性能和应力分布不均匀性等。焊接时须合理选择焊材和工艺，严格控制焊接缺陷及焊缝稀释率，以保证接头的性能指标。本文就压力容器异种钢焊接常见缺陷及预防进行分析研究，以供参考。
关键词：化工压力容器；焊接质量；焊接缺陷；控制措施
1 压力容器常见的焊接缺陷及原因
尺寸不合理。外形高低不平、焊波宽度不一及角焊缝单边或下陷量过大等称为焊缝尺寸不合理。产生原因：坡口角度不当或装配间隙不均匀；熔渣的熔点和粘度高低参数不合適；焊接电流过大或过小，焊速不均，焊条角度不当等。
咬边。由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后，没有得到焊缝金属的补充而留下缺口，从而消弱了受力面积，使接头强度降低造成应力集中。产生原因一般由于电流过大，电弧过长，运条速度或角度不当引起。
气孔。由于焊接产生气体来不及溢出而在焊缝内部或表面形成孔穴。产生的原因包括：电压偏高，电弧过长，焊速过快，电流过小；焊件表面油锈未清除干净；预热温度过低；未将引弧和熄弧位置错开；采用交流电源等。
夹渣。夹渣是金属内部或融合线处存在非金属夹杂物。产生原因包括：多层焊时每层焊渣未清除干净；坡口角度设计不合理；焊缝的熔宽与熔深之比过小；焊接电流过小，焊速过快等。
未焊透。母材或母材与熔敷金属之间存在局部未融合，它对应力集中及疲劳强度等性能影响较大。产生原因包括：坡口角度小，钝边大，间隙小；焊条角度不正确；焊件上有锈未清除干净；电流过小、电压过低、焊速过快、电弧过长，有磁偏吹等。
2 压力容器异种钢焊接常见缺陷预防措施
合理选材。压力容器异种钢焊材的选择是进行焊接的关键所在，焊接接头的质量及使用性能都和焊材有着重要的关系。本着合理、科学、有效的选材原则，在选用上应遵守以下几部分：（1）碳钢与低合金钢焊接时，一般要求焊缝金属或接头强度不低于两种被焊金属的最低强度，选用焊条的熔敷金属强度不低于较低侧母材强度，同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应低于强度较高而塑性较差侧母材的性能。因此，可按两者之中强度较低的焊材选用。为了防止焊接裂纹，应按强度高、焊接性较差的钢种确定焊接工艺，包括焊接规范、预热温度及焊后热处理等。（2）低合金钢与奥氏体不锈钢焊接，应按照熔敷金属化学成分限定值来选用焊条，一般选用铬镍含量高、塑性、抗裂性好的奥氏体钢焊条，按焊接性较差的不锈钢确定焊接工艺及规范。（3）不锈复合板焊接应按基层、过渡层、复层要求选用焊条。基层焊接，选用相应的结构钢焊条；复层应选用相应的奥氏体钢焊条；过渡层必须考虑基层材料稀释作用，选用铬镍含量高、塑性和抗裂性好的奥氏体钢焊条。
设计合理的坡口形式。异种钢焊接在坡口形式上应采用降低焊缝金属的稀释率，尽可能选择对接焊缝，不留尖角、缝隙。坡口形式通常选用GB/T985中的形式，复合板材料选择NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》中的形式，这些都可以采用V形、V和U联合形坡口、X形。在复合钢板焊接时，可以在接头侧通过机加方式，削薄基层金属，可以保证焊接复层及过渡层时，使过渡层焊缝金属过渡到基层中去，保证复层焊接质量。
选择合理的焊接工艺参数。异种钢焊接工艺参数的设定与熔合比有着重要关系。异种钢焊接所规定的熔合比较小，应采用小线能量进行焊接，一般采用较小的电流、高焊速、多层多道焊。预热温度选择上应采用就高原则，对于焊接性能较差的钢材，应该通过预热的方式来预防冷裂纹的出现。两种钢一种需要预热，一种不需要预热，焊接时，就应采用预热措施；一种预热温度较高，另一种相对较低，进行焊接时应按照较高的温度进行预热。
正确执行焊接工艺规程。压力容器异种钢焊接工艺规程是进行焊件加工和实践要求的参考文件，可确保由熟练焊工进行质量再现，也是焊接工艺人员对产品进行质量检查的参考标准。对于一些产品的具体焊缝，必须应用理论实践专业知识设计出合理、科学的工艺规程，将工艺规程下发到焊工手中，而焊工必须严格的按照工艺规程中规定的参数进行焊接。
3 焊接案例分析
某集汽集箱本体材质为15CrMo，属于低合金耐热钢，规格为Φ377×25。主蒸汽阀门的材质为ZG20CrMoV，属于低合金耐热钢，规格为Φ377×25。主蒸汽阀门的材质是为ZG20CrMoV，其成分中Mo 、Cr、V的含量较大，既能提高该钢的高温强度，也能增加焊接接头的再热裂纹倾向。根据焊件壁厚、管径大的实际情况，决定采用氩电联焊的工艺方法。施工中，要求两名持证焊工同时对称焊接，并保证均匀的层间温度。手工钨极氩弧焊打底及手工电弧焊填充盖面后，立即对层间进行检查，合格后及时进行下一层的焊接工作。
焊接施工工艺。焊接前，用磨光机把焊缝坡口两侧20m m范围内的污物清理干净。焊接的场地应搭设防风棚，以保证手工钨极氩弧焊对防风的要求。根据施工现场的实际情况，决定采用火焰加热法将焊缝相关的位置预热到250℃左右。由于定位焊也是正式焊缝的一部分，因此预热工作不能放松，必须达到要求的预热温度。焊接中的注意事项：（1）手工钨极氩弧焊打底后，焊工应及时进行手工电弧焊盖面，特别是最初的2-3层更应如此。（2）施工过程中，应始终控制层间温度不低于预热温度值。（3）为保证质量，整个焊口应由两名焊工对称焊接一次性焊完。（4）施工完毕后，焊口应在外面包裹保温用的石棉布3层进行保温缓冷。
焊后的热处理工作。控制温度为720℃-760℃，恒温时间应保持1小时。施工中应严格控制升降温速度，要求如下：升降温速度必须不大于250℃/h。热处理后，对焊口及热影响进行硬度检验，是否符合相关的规定和要求。
质量情况。由于焊件的不等壁厚，决定对焊口进行超声波探伤检验，均达到《管道焊接接头超声波检验技术规程》规定的1级合格标准，完全符合要求。经水压试验强度试验：焊口无渗漏。该焊口自投入实际运行，至今未发现异常。
参考文献：
[1] 扈然. 化工压力容器焊接质量缺陷及控制措施分析[J]. 中国高新技术企业. 2016（25）
[2] 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（03）
（中国石油管道局工程有限公司天津分公司）
关键词：化工压力容器；焊接质量；焊接缺陷；控制措施
1 压力容器常见的焊接缺陷及原因
尺寸不合理。外形高低不平、焊波宽度不一及角焊缝单边或下陷量过大等称为焊缝尺寸不合理。产生原因：坡口角度不当或装配间隙不均匀；熔渣的熔点和粘度高低参数不合適；焊接电流过大或过小，焊速不均，焊条角度不当等。
咬边。由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后，没有得到焊缝金属的补充而留下缺口，从而消弱了受力面积，使接头强度降低造成应力集中。产生原因一般由于电流过大，电弧过长，运条速度或角度不当引起。
气孔。由于焊接产生气体来不及溢出而在焊缝内部或表面形成孔穴。产生的原因包括：电压偏高，电弧过长，焊速过快，电流过小；焊件表面油锈未清除干净；预热温度过低；未将引弧和熄弧位置错开；采用交流电源等。
夹渣。夹渣是金属内部或融合线处存在非金属夹杂物。产生原因包括：多层焊时每层焊渣未清除干净；坡口角度设计不合理；焊缝的熔宽与熔深之比过小；焊接电流过小，焊速过快等。
未焊透。母材或母材与熔敷金属之间存在局部未融合，它对应力集中及疲劳强度等性能影响较大。产生原因包括：坡口角度小，钝边大，间隙小；焊条角度不正确；焊件上有锈未清除干净；电流过小、电压过低、焊速过快、电弧过长，有磁偏吹等。
2 压力容器异种钢焊接常见缺陷预防措施
合理选材。压力容器异种钢焊材的选择是进行焊接的关键所在，焊接接头的质量及使用性能都和焊材有着重要的关系。本着合理、科学、有效的选材原则，在选用上应遵守以下几部分：（1）碳钢与低合金钢焊接时，一般要求焊缝金属或接头强度不低于两种被焊金属的最低强度，选用焊条的熔敷金属强度不低于较低侧母材强度，同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应低于强度较高而塑性较差侧母材的性能。因此，可按两者之中强度较低的焊材选用。为了防止焊接裂纹，应按强度高、焊接性较差的钢种确定焊接工艺，包括焊接规范、预热温度及焊后热处理等。（2）低合金钢与奥氏体不锈钢焊接，应按照熔敷金属化学成分限定值来选用焊条，一般选用铬镍含量高、塑性、抗裂性好的奥氏体钢焊条，按焊接性较差的不锈钢确定焊接工艺及规范。（3）不锈复合板焊接应按基层、过渡层、复层要求选用焊条。基层焊接，选用相应的结构钢焊条；复层应选用相应的奥氏体钢焊条；过渡层必须考虑基层材料稀释作用，选用铬镍含量高、塑性和抗裂性好的奥氏体钢焊条。
设计合理的坡口形式。异种钢焊接在坡口形式上应采用降低焊缝金属的稀释率，尽可能选择对接焊缝，不留尖角、缝隙。坡口形式通常选用GB/T985中的形式，复合板材料选择NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》中的形式，这些都可以采用V形、V和U联合形坡口、X形。在复合钢板焊接时，可以在接头侧通过机加方式，削薄基层金属，可以保证焊接复层及过渡层时，使过渡层焊缝金属过渡到基层中去，保证复层焊接质量。
选择合理的焊接工艺参数。异种钢焊接工艺参数的设定与熔合比有着重要关系。异种钢焊接所规定的熔合比较小，应采用小线能量进行焊接，一般采用较小的电流、高焊速、多层多道焊。预热温度选择上应采用就高原则，对于焊接性能较差的钢材，应该通过预热的方式来预防冷裂纹的出现。两种钢一种需要预热，一种不需要预热，焊接时，就应采用预热措施；一种预热温度较高，另一种相对较低，进行焊接时应按照较高的温度进行预热。
正确执行焊接工艺规程。压力容器异种钢焊接工艺规程是进行焊件加工和实践要求的参考文件，可确保由熟练焊工进行质量再现，也是焊接工艺人员对产品进行质量检查的参考标准。对于一些产品的具体焊缝，必须应用理论实践专业知识设计出合理、科学的工艺规程，将工艺规程下发到焊工手中，而焊工必须严格的按照工艺规程中规定的参数进行焊接。
3 焊接案例分析
某集汽集箱本体材质为15CrMo，属于低合金耐热钢，规格为Φ377×25。主蒸汽阀门的材质为ZG20CrMoV，属于低合金耐热钢，规格为Φ377×25。主蒸汽阀门的材质是为ZG20CrMoV，其成分中Mo 、Cr、V的含量较大，既能提高该钢的高温强度，也能增加焊接接头的再热裂纹倾向。根据焊件壁厚、管径大的实际情况，决定采用氩电联焊的工艺方法。施工中，要求两名持证焊工同时对称焊接，并保证均匀的层间温度。手工钨极氩弧焊打底及手工电弧焊填充盖面后，立即对层间进行检查，合格后及时进行下一层的焊接工作。
焊接施工工艺。焊接前，用磨光机把焊缝坡口两侧20m m范围内的污物清理干净。焊接的场地应搭设防风棚，以保证手工钨极氩弧焊对防风的要求。根据施工现场的实际情况，决定采用火焰加热法将焊缝相关的位置预热到250℃左右。由于定位焊也是正式焊缝的一部分，因此预热工作不能放松，必须达到要求的预热温度。焊接中的注意事项：（1）手工钨极氩弧焊打底后，焊工应及时进行手工电弧焊盖面，特别是最初的2-3层更应如此。（2）施工过程中，应始终控制层间温度不低于预热温度值。（3）为保证质量，整个焊口应由两名焊工对称焊接一次性焊完。（4）施工完毕后，焊口应在外面包裹保温用的石棉布3层进行保温缓冷。
焊后的热处理工作。控制温度为720℃-760℃，恒温时间应保持1小时。施工中应严格控制升降温速度，要求如下：升降温速度必须不大于250℃/h。热处理后，对焊口及热影响进行硬度检验，是否符合相关的规定和要求。
质量情况。由于焊件的不等壁厚，决定对焊口进行超声波探伤检验，均达到《管道焊接接头超声波检验技术规程》规定的1级合格标准，完全符合要求。经水压试验强度试验：焊口无渗漏。该焊口自投入实际运行，至今未发现异常。
参考文献：
[1] 扈然. 化工压力容器焊接质量缺陷及控制措施分析[J]. 中国高新技术企业. 2016（25）
[2] 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（03）
（中国石油管道局工程有限公司天津分公司）