探讨低温球罐焊接缺陷原因及预防措施

探讨低温球罐焊接缺陷原因及预防措施

于彦斌

大庆油田公司工程建设公司建材公司石油石化设备二厂黑龙江大庆163712

摘要：随着我国现代工业水平的不断提高，与之相对的工业原材料与技术水平也需与工业化发展程度相适应。铁球罐是石油化工领域的重要设备，铁球罐的质量很大程度上影响着生产质量，但当前存在着低温铁球罐的使用环境条件较差等问题，铁球罐长期处于高压状态，对自身伤害极大，损耗较为严重。为此铁球罐的质量成为关注的重点，低温铁球罐的焊接性能急需提高。

关键词：焊接缺陷；低温铁球罐；石油化工

现如今，经过有关单位不断改造与完善，国产低温球罐已逐步投入使用，在球罐的设计与加工过程中采用了大量国产材料，07MnNiMoDR是比较具有代表性的低温球罐制造的原材料，虽然是在日产钢板的基础上逐步发展起来的，但07MnNiMoDR钢板有中国自主知识产权。在低碳条件下适度融入合金元素，在压力容器的制造方面得到广泛应用。但由于置身的环境较为复杂，长时间处于低温高压的状态下，一旦铁罐的焊接环节出现问题，就会导致焊接处出现裂痕，从而引发严重的工程事故。

一、低温铁球罐存在焊接缺陷的主要原因

（一）受焊接性能影响

焊接性能是比较精确的分析结果，可以通过参数分析得出。根据现有资料显示，钢板中的化学成分与焊接的工艺能够决定淬硬倾向性能。除此之外，钢板的淬硬倾向还可能受到其他外因影响。冷裂纹对钢板中的化学成分作用效果较为显著，影响着钢板的淬硬倾向。冷裂纹系数可以用Pem代表。钢板本身CE的高低对钢淬硬倾向的大小存在着影响。CE越高倾向性则越大，裂纹产生的可能性也随之增加。CE处于一种稳定的低水平状态裂纹产生的可能性也会随之变小。

（二）受氢含量影响

高强焊接冷裂纹受多种因素影响，氢含量也是其中重要的影响因素。与其他影响因素不同的是，氢含量导致的裂纹往往不会马上出现裂纹的情况，属于一种持续的慢性裂纹现象。焊接接头处的氢含量越高裂纹的敏感性越高。当达到特定值裂纹就会产生。焊接需要高温的条件，周围温度慢慢提升会在熔池里溶解大量氢，环境急切冷却的过程中氢会迅速逸出，不排除部分氢气无法迅速逸出堆积在焊接口的问题，在焊接口聚集的氢渐渐积累到一定值，导致了裂纹状况的发生。

（三）受应力影响

焊接头加热不均匀会出现应力，在钢板焊接时会发生加热不均匀的情况，直接造成变形与应力的产生。焊接时周围的温度会急剧上升，焊接后温度下降金属冷却收缩受低温部分限制，导致裂缝的出现。除此之外焊接头应力的产生还有许多种，此处仅列举一点。

二、低温球罐焊接缺陷的应对措施

（一）化学材料成分焊接次序合理

与通常所见到的碳钢相比，07MnNiMoDR是一种添加了多种微量合金元素的高强钢，07MnNiMoDR马氏体硬度受CE影响，母材中的CE越低则焊接热影响区的裂纹出现几率越低。为此对原材料中的碳含量进行严格把控至关重要。含碳量超过一定范围，热影响区产生脆化与硬化的倾向则越明显。受应力影响出现裂纹的风险提升。化学元素会降低钢材的低温韧性，钢材的塑性以及强度也会缩减。因此要对钢材的化学成分进行严格把控，将含碳量控制在合理范围，从而有效降低裂纹出现几率。

机器设备方面务必要相互配适，对工艺的选择以及机械的组装方面都需进行严密把控。要杜绝强制混装的现象出现，对口处的错边量需要进行严格掌控否则会产生较强的拘束以及装配应力。在焊接时焊接流程要合理有序，施行对称施焊的焊接原则，焊接人员的焊接速度与应力之间要保持一致。在外部的焊缝都完成焊接后再进行内部焊缝的焊接，最大限度的降低焊接变形的情况发生以及出现残余的应力。焊接前会有相应公式来确定预热的温度，低温球罐焊接过程中必须使用履带式电热器完成局部预热的工作，并且要保证温度在125度以上，预热范围上也有具体要求，取焊接中心的两侧3倍板厚并且最低不能少于200毫米。预热的温度要适中，焊接层之间的温度必须在180度以内。

（二）焊接材料的选购需科学严谨

低温铁球罐需要碱性低氢焊条，目前我国大范围应用的是07MnNiMoDR高强钢板配合神户、惊雷两种焊条使用。依据相关规定对这两种焊条进行二次检验，包括其力学性能扩散氢含量以及化学成分等方面。检验结果要满足技术方面的要求。神户与惊雷两种焊接条都是碱性低氢焊条，二者具备较好的去硫作用以及脱氧的能力，焊缝力学性能强。但这两种焊条也存在一定局限，水、油以及锈对其的影响较为明显。在焊接的过程中比较容易出现夹渣或气孔。为此在焊条投入使用前要进行烘干处理，时长一小时温度在三百五到四百度之间，随后放入一百到一百五十度的恒温环境，以便随时取用。在进行焊接之前焊接坡口处需要进行认真清理，保险起见在其坡口两侧十毫米处也要划入清洗范围内。再用砂轮将水分、各类污渍以及铁锈部分彻底清理干净。

（三）做好消氢处理控制工作温度

焊接完成以后球板处于高温状态，能够使氢在钢种的扩散系数提升，在焊缝内的处于饱和状态下的氢快速溢出扩散。以热处理的方式最大限度的降低出现焊接裂纹的几率，后热的作用不只是加速氢的扩散，同时还能起到牢固热影响区的作用。对后热的处理也要及时，热影响区冷却到Tuc之前迅速进行加热处理，并且要保证加热温度大于100度，维持一段时间起到保温目的。后热温度随CE的升高而升高。

提升预热层之间的温度能够行之有效的降低焊后冷却硬化速度，防止氢含量过高造成的裂纹问题。对于降低焊接应力以及淬硬倾向有着重要作用。提升工作温度可以使焊接处的氢含量得到有效控制，预热温度要限定在合理范围内才能产生作用，预热温度超出所需温度会使劳动条件恶化，对球罐的内部焊接工作造成不利影响，故而温度要控制在合理的范围内，避免盲目升温。

结语：造成低温铁球罐出现焊接裂缝的原因有很多种，在生产过程中提高铁球罐的质量，增加其使用年限是需要重点考虑和研究的问题。当前我国铁球罐技术还不够成熟但发展十分迅猛，国内各企业相继取得较为显著的成就。外在因素的影响具有诸多的不确定条件，铁球罐所处环境十分恶劣，如果质量问题不过关很有可能造成严重的生产事故。

参考文献：

[1]王百龙.低温球罐焊接缺陷原因及应用对策分析[J].化工管理，2018（14）:228.

[2]王振兴，沈建成，王宏斌，赵虎庆，许建龙，赵淑霞.09MnNiDR钢制乙烯低温球罐焊接性能的试验研究[J].新技术新工艺，2017（07）:30-31.

[3]贺文秀.低温球罐焊接缺陷原因分析及预防措施[J].石油化工建设，2016，38（02）:48-51+56.

作者简介：

于彦斌，电焊技师，大庆油田公司工程建设公司建材公司石油石化设备二厂。