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

关军

抚顺石化工程建设有限公司

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；焊接技术

引言

焊接是压力容器制造中最重要的部分，焊接质量直接决定压力容器的整体质量。在使用过程中，压力容器中的泄漏、爆炸都可能造成严重的生命和财产损失。当前我国焊接链中压力容器制造工艺存在一些问题，焊接质量是制约压力容器质量的瓶颈。因此，至关重要的是分析压力容器在焊接过程中遇到的常见问题，并寻求预防措施和解决办法，以有效确保压力容器的效率和寿命，并减少可能对安全产生直接影响的安全事故的数量。因此，在压力容器焊接过程中，有关企业必须加强技术创新，不断提高焊接技术在压力容器生产中的应用效果。

1材料焊接特性分析　

　法兰材质２０ＭｎＭｏＮｂ（Ⅳ级）为高强度低合金０．５Ｍｏ型钢。按ＮＢ／Ｔ４７００８标准，主要合金元素Ｍｏ含量在０．４５％～０．６５％，Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ含量均≤０．３０％，并含有微量的Ｎｂ约０．０２５％～０．０５０％，室温抗拉强度≥６１０ＭＰａ。在ＮＢ／Ｔ４７０１４标准中按合金元素成分Ｍｏ≥０．３％归类为Ｆｅ－３类，按材料的抗拉强度≥６０ｋｇｆ／ｍｍ２（５８８ＭＰａ）归到该类别的Ｆｅ－３－３组。该材料具有强度高、韧性好的特点，由于合金元素的添加，该钢具有较强的淬硬倾向和一定程度的热裂纹敏感性。由于该钢的Ｃ含量在０．１７％～０．２３％，在焊接过程中如果存在快速冷却的情况，焊缝和热影响区可能形成对冷裂纹敏感的淬硬组织。其次，钢中含有一定量的Ｃｒ、Ｎｉ合金元素和Ｓ、Ｐ等杂质，在焊接过程中焊接接头粗晶区易形成低熔点共晶而存在一定程度的热裂纹敏感性。因此焊前必须进行预热并控制层间温度，焊后应立即进行后热消氢处理或中间消应力热处理。管线材质１４Ｃｒ１Ｍｏ（Ⅳ级）钢属于低合金１Ｃｒ－０．５Ｍｏ型钢。按ＮＢ／Ｔ４７００８标准，主要合金元素Ｃｒ含量在１．１５％～１．５０％，Ｍｏ含量在０．４５％～０．６５％，并含有少量的Ｎｉ、Ｃｕ，不含Ｖ。在ＮＢ／Ｔ４７０１４标准中按合金元素成分Ｃｒ＜２％归类为Ｆｅ－４类，不含Ｖ归到该类别的Ｆｅ－４－１组。该钢材有较好的强度、良好的韧性和塑形，同时具有较好的焊接性能。该钢材为珠光体耐热钢，有一定的淬硬倾向，焊前必须进行预热，同时焊后应立即进行消氢处理。

2压力容器焊接接头中常见的缺陷

2.1焊接裂纹

裂纹是压力容器失效的最危险因素之一，可能严重损害其强度。常见的焊接裂纹包括热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。消除裂纹需要从两个方面开始:第一，减少基本材料和填充金属中的危险物质，以及控制硫、磷等的含量。二是根据焊接环境选择焊接材料，尽量选用低氢碱性焊条，妥善干燥保温焊条。第三，需要有效地减少焊接应力，并在装配时避免强力组对。此外，焊接前应进行预热，焊接后应进行热处理，有效消除焊接应力，避免裂纹。

2.2焊接气孔问题

焊接操作中的常见问题是焊接气孔，这通常是因为在焊接过程中气泡保留在熔池中，并且填充金属后气泡不会完全消失，从而导致气泡孔的创建。此外，还有四种不正确的操作情况，也可能引起焊接空穴问题:(1)焊接前准备不到位，焊接槽不干净，存在石油污染等残留物；(2)焊条和焊机的贮存不符合规范，没有按照焊条和焊机的贮存要求设置专门的贮存空间，贮存条件差可能导致焊条锈蚀，或者表面涂层变质、脱落等问题；(3）熔池存在时间短，使气泡难以完全排出，从而产生孔洞；(4)焊接时工作环境恶劣，焊接速度太快，使焊条的药皮不能起到保护作用，电弧长使熔池保护不良，从而产生焊接气泡。

3焊材选用分析　

２０ＭｎＭｏＮｂ低合金钢和珠光体耐热钢１４Ｃｒ１Ｍｏ焊接时，焊缝及熔合区的组织和性能主要取决于焊接材料。选择焊接材料时，应考虑以下几方面：能克服低合金钢对焊缝金属稀释作用带来的不利影响；抑制碳化物形成元素的不利影响；保证接头的力学性能和综合性能；提高焊缝金属抗裂纹的能力等。

4检验焊接

在压力容器制造过程中，质量控制部门应检查焊接质量。在预检查工作中，首先要确认焊工的工作资格，保证他们有实际经验，有资格完成焊接工作；二是焊接前检查焊接材料，检查焊接材料绝缘时间、干燥情况、焊丝等零件质量。，以确保熔接工作正常工作。焊接过程中，根据焊接参数有效控制焊工工作，控制温度、速度等进行检查。焊接，确保焊机严格按照规定标准操作，从而保证焊接的整体质量。焊后检验应首先按照标准检查焊后质量，以确保符合要求；其次，应检查焊缝裂纹等细节，以确保细节符合要求的标准，且抗压力效果良好；最后，有必要检查试验板的机械性能，以确保压力容器正常使用。

5焊接工艺

由于该管线焊口为法兰与管件不等厚焊接,要对管壁厚的母材进行减薄处理，制作成斜坡状。针对材料进行焊接工艺改进。该管材１４Ｃｒ１Ｍｏ属于低合金耐热钢,控制低合金耐热钢焊接工艺最重要的原则是避免淬硬组织和裂纹产生。焊接工艺改进措施为:①选用焊接材料为R31或R317;②控制焊接工艺参数,即适当增加焊接线能量E、提高预热温度T以及采用多层多道焊工艺,防止奥氏体晶粒粗化、焊接接头冷裂倾向、硬化组织产生和促进氢的逸出。

6对接焊缝的焊接

考虑产品可能需要全位置焊接的特性，本试验采用立向上焊。由于焊接位置的特殊性，焊接时严格控制线能量，避免产生焊接热裂纹。采用２．４ｍｍ的氩弧焊丝进行封底焊，采用３．２ｍｍ的手工焊条进行焊缝填充焊。焊接过程中尽量减小焊枪摆动幅度，摆动宽度尽可能不超过焊条直径的３倍，焊接行进速度要适宜，同时要控制道间温度≤150℃。

7焊后热处理

施工人员要了解焊后热处理的重要性,其有三种作用:①减轻残余应力;②改善组织、降低淬硬性;③减少扩散氢。通过正确的焊后热处理能更好地消除焊接残余应力和改善焊接接头组织性能,减少淬硬性,在很大程度上降低焊口冷裂纹出现的可能性。焊后消氢处理和焊后消除应力热处理是现场施工改善焊接接头力学性能的重要措施。

8完善焊接工作的质量控制和质量检验机制

焊缝检查机制是焊缝部分有效质量控制的关键环节，要求在正式开始焊接工作之前对焊接工艺文件、焊缝操作员资格、焊接设备、坡口焊缝和焊接材料进行全面检查。在焊接过程中，焊接过程的执行条件受到严格控制。焊接结束时，将检查焊接的外观质量，并根据设计文件的要求对焊接进行非破坏性检查。如果焊缝存在超出标准或不允许的缺陷，则必须进行修复，彻底分析焊缝缺陷的原因，并制定相应的修复措施。

结束语

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。

参考文献

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