锅炉、压力容器的焊接材料选用经验分析

锅炉、压力容器的焊接材料选用经验分析

衣立三

哈尔滨哈锅锅炉工程技术有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000

摘要：在选择焊接材料时，焊接技术人员不仅要考虑材料的匹配性，还要注意对产品使用性能的研究，只有在保证质量的前提下，才能方便地选择与代用焊接材料，从而降低焊接成本。本文对锅炉压力容器的焊接材料选用经验进行了详细的论述。

关键词：锅炉；压力容器；焊接材料选用

锅炉压力容器的应用范围广，制造过程较复杂，所以有必要加强对相关工艺的控制，以确保质量满足实际应用的要求。焊接是锅炉压力容器制造的关键环节，也是安全隐患易出现的重点环节。因此，在操作过程中，必须选择合理的焊接材料，保证工艺的精确性，及时解决存在的问题，优化具体的焊接工艺，以保证锅炉压力容器的安全稳定运行，从而提高锅炉压力容器的整体质量，更好地服务于企业的发展。

一、锅炉压力容器焊接的基本情况

影响锅炉压力容器焊接技术的因素较多，一些高强度低合金钢材料含有较多的碳、锰元素，这些元素在焊接后会出现淬硬的效果，致使钢结构出现裂纹，裂纹虽然不会在短时间内显现，但会造成一定的安全隐患。在实际焊接操作过程中，焊接接头的位置受到高温的影响，会有部分元件残留，冷却后不能排出，造成焊接接头位置开裂等问题。此外，焊接线热量高，影响区晶粒尺寸过大，其可塑性降低，部分区域出现软化现象，会降低压力容器的使用寿命。锅炉压力容器体积大，容器内壁厚。在实际操作过程中，焊缝的查找及微观组织的获得具有一定的难度，传统的焊接结束已不能满足目前的生产需求。因此，有必要结合新技术，实现焊接的精确化、简便化、智能化和自动化，这也是未来焊接技术的主要发展方向。

二、锅炉压力容器焊接材料选用的主要方法

1、焊接材料选择依据。选择焊接材料的主要依据是满足产品的使用性能，包括强度、温度、腐蚀性和载荷性质。这些数据清楚地反映在压力容器设计图样的数据表中；但锅炉的这些数据并未反映在图样中，是锅炉的设计文件之一：强度计算中提供了详细说明。认真阅读产品数据表，掌握产品使用需求，是选择焊接材料第一步必做的事。

2、焊接材料的选用方法。首先查阅母材的执行标准，掌握母材性能(力学性能、高温性能、低温性能等)化学成分，必要时计算其碳当量，为后期焊接工艺的制订提供数据。根据焊接材料的化学成分、强度(抗拉强度Rm、屈服强度Rel)及韧性(冲击试验温度、冲击吸收功)选择相匹配的焊接材料。这样，在不考虑其它要求的情况下，所选用的焊接材料能满足产品的使用要求。需指出的是，“匹配”不同于“相近”和“相同”两个概念。“匹配”是指待焊材料的专用焊接材料，按焊接工艺要求焊接后，可获得与母材基本相同的性能。这是最简单实用的方法，可从《压力容器焊接规程》及焊接材料生产厂家的样品中很容易查到某一母材对应的焊接材料；“相近”是指熔敷金属的化学成分与力学性能相近，但化学成分与力学性能间的偏差量不易控制，导致一种母材可使用多种焊接材料；焊接材料与母材完全“相同”的很少，只是偶尔用于钨极氩弧焊，这是由于焊接的特殊性造成的。

3、企业选用焊接材料的特殊情况。一些规模较小的制造惬意金属材料种类较多，但产品批量较小。若按匹配标准选用各种焊接材料，致使焊接材料的用量增加，采购难度和检验成本增加，为保证生产焊接工艺的需要，将引进不同规格、类型的焊接材料，每批焊接材料都进行检验，这将增加企业的成本和管理难度。因此，有必要让相关人员对焊接材料性能和待焊材料有一个全面的了解，避免因多次采购与分类分批次管理给企业带来的困难。

三、焊接材料的代用与选用

1、低温刚低合金焊接材料的选用。当设备在-20℃以下工作时，会出现严重的脆性问题，可采用控制金属组织与合金成分，保证设备低温运行性能，常用牌号有10MnDG、09MnNiDR、15MnNiDR等。在选择焊接材料时，必须充分研究其低温性能与等级，以保证其抗冲击韧性。低温钢的使用温度越低，其常温强度越低，代用过程越复杂，首先需明确掌握焊接材料使用的最低温度，以此来确定焊接材料。在产品设计中，常温屈服温度是应力水平的6倍，且有一定的厚度余量，可选用低温冲击性能较好，强度等级较低的材料进行代用。

2、焊条酸碱性的选用。由于碱性焊条焊缝的熔敷金属扩散氢含量低、抗裂性好、冲击韧性高等优点，在重要的焊接结构中得到了广泛的应用。但其工艺性能较差，主要表现在：焊前清洗要求严格，因对水、油、锈等极为敏感，易产生缺陷，使用前应严格烘干；焊接操作难度大，对焊接人员技能要求高。酸性焊条抗裂性较差，冲击韧性较低，但其具有良好的工艺性能，焊前清理要求低，对操作人员要求也低。

锅炉压力容器作为一种特种设备，对焊缝的要求主要是强度、塑性及冲击韧性。当熔敷金属成分相同时，酸碱性焊条的强度与塑性基本相同，主要表现在冲击韧性上的不同。温度是影响冲击韧性的因素，温度越高，其冲击韧性值越高。根据现行标准，酸性焊条熔敷金属在0℃时的冲击吸收能满足标准要求，而碱性焊条熔敷金属在-30℃时的冲击吸收能满足要求。当产品工作温度高于0℃时，可选用酸性焊条。在ASME标准中，对焊接材料的选用有一条要求：所选焊接材料的冲击温度必须低于工件的最低工作温度。某大型锅炉压力容器制造企业，采用酸性焊接材料对低压锅炉压力容器进行碳钢焊接，其质量稳定，产品性能不受酸性焊条的影响。建议酸性焊条只用于碳结构钢和奥氏体不锈钢焊接，并应注意产品的使用温度。同时，不用于合金钢。酸性焊条熔敷金属的

(O)为0.05%～0.07%，而低氢焊条熔敷金属为0.02%～0.03%。随着氧含量的增加，其强度、塑性和韧性明显下降，特别是低温冲击韧性急剧下降，同时也引起了红脆、冷脆与时效硬化，由于炉渣呈酸性，其脱硫与脱磷效果差，从而致使抗裂性差。

3、奥氏体不锈钢焊接材料的选用。不锈钢主要用于高温、低温和腐蚀条件下，它可分为双相不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢，而奥氏体不锈钢是锅炉压力容器中最为常见的一种。因奥氏体不锈钢的强度差异较小，通常采用超低碳不锈钢焊接。在选用焊接材料前，必须准确掌握产品的实际运行情况，奥氏体不锈钢焊接材料可用于耐腐蚀性与低温性能要求较高的材料，而奥氏体不锈钢材料不能在高温条件下使用。

4、低合金高强度钢和碳钢焊接材料的选用。低合金高强度钢与碳钢主要用于无明显氧化及腐蚀的承载结构中，使用温度范围在-20℃～425℃间，是当前广泛使用的焊接材料。在选用时可采用强度等级较高的材料，无需重新评定工艺。在实际选用过程中，应控制碳当量，并考虑应力腐蚀的需求。同时应考虑热处理带来的影响，锅炉压力容器普遍采用消除应力的热处理方式，当温度达到一定数值时，焊缝的整体强度就会降低。此外，经过多次热循环后，焊缝的强度也将降低。

5、低合金耐热钢焊接材料的选用。低合金耐热钢具有耐高温蠕变与抗氧化性能，常见牌号有15CrMo、12CrlMoV、12CrMo、15Mo，其中12CrlMoV应用最为广泛，在应用过程中，技术人员需根据相关的技术标准，掌握不同材料在不同温度条件下的许用应力及最高工作温度，以确保选择的合理性。

四、结语

总之，随着技术水平的提高与社会经济形势的变化，锅炉压力容器的尺寸和具体制造要求发生了重大变化，焊接技术也相应进行了调整与改进，以适应新时期的需求。由于锅炉压力容器体积庞大，需在不同位置进行焊接处理，极易造成安全问题，导致严重的事故发生。因此，必须加强对焊接工艺的控制，选择合理的焊接材料，以保证锅炉压力容器的质量，从而避免安全事故的发生。

参考文献：

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