压力容器不等厚管壁焊接工艺技术

压力容器不等厚管壁焊接工艺技术

刘闯

珠海九圆能源设备制造有限公司 广东珠海  519040

摘要：在现代社会中,对电力的需求量越来越大,为满足对电力的需求,火力发电成为发电的重要途径之一。现代火力发电中使用的锅炉大多数采用焊接结构,要确保火力发电的正常运行就要保证锅炉的高质量焊接。本文针对压力容器不等厚焊口的典型开裂焊口进行焊接工艺、焊后热处理、应力分析,并提出改进措施。

关键词：压力容器；不等厚管壁；焊接工艺技术；

引言

压力容器是一种能够承受一定压力的密封容器，被人们广泛地应用到石油化工、航空航天、核电等领域中。压力容器的发展速度关系到整个国家的工业化发展进程，也对社会经济、政治的发展有着十分重要的作用，关系到国民经济以及国计民生安全。从实际应用情况来看，压力容器会在各个复杂的环境中进行，经常和其它设备配合使用，压力容器在安装、改造和运行管理时会因为外界因素的干扰而出现各个缺陷，并会伴随出现韧性破裂、疲劳、腐蚀和蠕变等破坏性问题，这些问题的存在会威胁到整个系统的稳定运行，如何防范压力容器损伤成为相关人员需要思考和解决的问题。

1焊接裂纹问题

焊接裂纹是焊接过程中发生的最严重问题。如果压力容器出现裂纹，裂纹不严重的需要返修，造成人力财力的浪费，严重的将导致焊接结构无法使用，甚至导致安全事故的发生，危害工作人员生命安全。常见的焊接裂纹问题按照产生的本质可以分为以下3种：热裂纹、冷裂纹、再热裂纹。热裂纹大多沿着焊缝的走向发生在焊缝周围，在表面就肉眼可见，其色彩是被氧化后的颜色，表面无光泽。其中，热裂纹又分为结晶裂纹和液化裂纹，结晶裂纹产生于焊缝结晶过程中，大多沿着焊缝处出现并延伸，出现结晶裂纹，是由于在金属冷却结晶后期，部分低熔点物质凝固时间较晚，在晶界形成之余产生一些“液态薄膜”，这些“液态薄膜”无法填补金属凝固后剩余的空间，薄膜区域在拉应力的作用下开裂，称之为结晶裂纹。液化裂纹在焊接过程中产生，大部分出现在焊缝周围的母材热影响区和多层焊缝的先焊层之间，其形态以任意方向贯穿树枝状结晶。直接原因是由于焊接热的循环作用，晶界上的低熔点物质被反复熔化，在冷却收缩阶段沿晶开裂。

2改进措施

2.1焊材的选择方法

对于焊接高强度低合金钢（如Q460钢材）构件，必须使用焊材塑性较好的焊条进行构件的焊接，原因为当焊接构件的焊缝在采用塑性良好的焊材进行填充焊接后，有着良好的塑性形变，让焊接构件时产生的焊接内应力通过焊缝的塑性形变得以释放，减少焊接构件的焊接应力。焊接构件在高温焊接时会产生“氢脆”的现象，消氢的意义在于控制焊接构件热区域内焊材内部的氢元素的含量，让焊缝内部的氢元素溢出，预防氢元素导致的集中应力产生，杜绝氢元素导致的冷裂纹的产生，方法为可使用低氢型焊材和在焊接结束后对焊接构件采取消氢处理。在进行消氢处理时，加热温度通常情况下控制在300至350摄氏度之间，保温时间一般控制在2至4个小时左右，然后再进行冷却。

2.2预热和焊接后的热处理

在压力容器焊接操作过程中，预热会根据淬硬倾向较高的钢种来进行确定，目的是通过萃热来降低焊接接头出现淬火裂纹的可能。焊接后热处理工作的实施能够进一步提升接头的性能，改善压力容器的组织结构，并在这个过程中加速钢材残余应力的消散。在焊接缝隙金相组织和母体材料相同时，可以根据金含量较高的钢种来确定热处理工艺参数，最终来有效提升焊接接头的力学性能。

2.3检验焊接工作

在压力容器制造中，质监部门要对其进行质量检测，并严格按照规定进行前、后三个环节的检查。在进行前期检查时，要确定焊工的资质，保证其实际操作经验和合格的焊工；检验焊料，包括保温时间、烘干情况、焊丝等零件的质量，以保证焊接工作的顺利进行。在焊接过程中进行检查，主要是对焊接工艺参数进行有效的监控，并对焊接工人的焊接温度、速度等进行监控，以保证焊接工人的安全生产。在焊接后的检测工作中，要根据规范进行焊接后的质量检测，确保焊缝达到规定的要求；要注意焊缝等细节，保证细节达到标准，抗压强度良好；对试样的力学性能进行检测，确保其正常工作。

2.4针对裂纹问题的防范

（1）做到严格控制焊缝金属中低熔点物质的数量，尽可能减少低熔点杂质，加入一些合金元素，增强焊缝金属的抗裂纹能力和塑性。（2）控制接近焊缝区域的冷却速度，尽可能地延缓冷却速度，可以在施工时把工件提前预热或后热。（3）尽可能地创建低氢焊接环境，选择含氢量较低的焊接材料，采用低氢焊接方法，控制氢的来源，将焊条进行烘干处理。（4）严格执行施工规范，采用科学合理的焊接工艺，防止产生焊接裂纹问题。在焊接时，尽可能地以小电流焊接为主，重复多次进行焊接，可以大幅降低焊缝中心出现裂纹问题的概率。（5）防止焊缝分布过于密集，尽可能消除应力集中部位。（6）在焊接结束后用砂轮对焊缝进行修正，保持焊缝光滑，并对压力容器进行周密的检查，查看其是否存在裂纹问题。一旦发现裂纹必须及时进行修补，彻底清除裂纹问题，保障压力容器的安全性。

2.5引进先进的焊接技术

随着焊接工艺的不断发展，采用先进的焊接技术，可以对压力容器的失效情况进行快速的监测，从而确保焊接工艺的稳定、提高焊接质量和效率。焊接材料是压力容器的重要组成部分，科学合理的应用，可以大大减少生产过程中的成本，延长生产周期，提高生产效率。

3对采取措施后的焊口进行理化检测和无损检测验收

3.1理化检测

光谱分析是防止错用焊材的重要手段,按照DL/T991进行检验,经光谱分析确认材质不符的焊缝判定为不合格焊缝。硬度检验是检测焊后热处理是否合格的关键数据,应符合标准GB/T17394的要求。当合同或设计文件规定或验证需要时,应按照DL/T884的规定进行焊接接头的现场微观金相检验。经对焊接成型后的压力管道不等厚焊口进行光谱分析、硬度检验和金相检验,达到了标准和设计文件的要求。

3.2无损检测

取样前，对焊接试板进行外观检验、无损检测表面渗透检测和射线检测，外观检查焊缝表面无裂纹、未培合、未焊透、咬边等表面缺陷，且焊接接头表面为银白色，无明显氧化现象。焊接接头按标准ＮＢ／Ｔ４７０１３．５２０１５《承压设备无损检测第５部分：渗透检测》进行１００％渗透检测，评定结果为Ｉ级合格。焊接接头按ＮＢ／Ｔ４７０１３．２２０１５《承压设备无损检测第２部分：射线检测》进行１００％射线检测，评定结果：技术等级为ＡＢ级，射线底片为Ｉ级合格。

结束语

本文针对该压力管道不等厚焊口的典型开裂焊口,进行了焊接工艺、焊后热处理和应力分析,对工件焊接工艺、焊后热处理、坡口改进,从而避免了在高温高压作用下造成受力截面骤然减少而使焊口承受不住超高压力而开裂,对不等厚管道焊口质量的提升具有参考价值。在生产压力容器时，必须对其进行适当的工艺控制，以改善其工艺设计，从而改善其强度和应用效果，推动其健康发展。

参考文献

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