锅炉、压力容器的焊接材料选用分析

锅炉、压力容器的焊接材料选用分析

刘振洪

新疆（石油）工程建设有限公司

摘要：在锅炉压力容器生产的过程中，由于该类容器的体积较大，结构也较为复杂，因此，无法一次性生产完毕，通常会预先完成相应结构部件的生产，之后再通过焊接的方式将其组装到一起，从而完成整体生产工作。在焊接的过程中，如果材料选用不当，便容易引发严重的安全事故，也会为后续的使用留下潜在的安全隐患，因此，加强对锅炉压力容器焊接环节的材料控制是十分有必要的。

关键词：锅炉；压力容器；焊接材料；选用

1锅炉、压力容器的概念

1.1锅炉

锅炉是一种用于产生蒸汽或加热水的设备。它通常由燃烧器、炉膛、加热管道、水/蒸汽容器和控制系统等组成。锅炉通过燃烧燃料（如煤、天然气、油等）来产生高温热能，然后将热能传递给水或其他工作介质，使其产生蒸汽或加热水。蒸汽或热水可以用于工业生产、供暖或发电等用途。

1.2压力容器

压力容器是一种能够承受内部或外部压力的密闭容器。它通常由壳体、端盖、密封装置和支撑构件等组成。压力容器可以用于储存或处理液体、气体或蒸汽，其内部压力通常高于大气压。常见的压力容器包括储罐、反应器、分离器等。压力容器在化工、石油、制药、食品等行业中被广泛使用。

2焊接材料的选用方法

在焊接材料的选用过程中，首先要查找母材料的执行标准，了解其化学性能和成分构成。对于性能要求较高的材料，可以进行碳当量的检测，以提供数据支持。然后，根据材料的成分、强度和韧性等指标，确保选用的材料符合设计方案的要求，能够满足锅炉压力容器的基本需求。在选择过程中，需要注意材料匹配、相近和相同这三个概念的区别。材料匹配指的是被焊接材料的专用焊接材料与焊接后的母材料性能大体相同，这种选择方法应用广泛且便捷。材料相近指选用的焊接材料与母材料的成分和性能基本一致，但仍有细微差别，难以通过人为方法进行控制。材料相同较为少见，只在特殊情况下使用。

3锅炉、压力容器焊接材料的代用与选用

3.1碳素钢、低合金高强度钢焊接材料的选用与代用

碳素钢是一种含碳量在0.0218%～2.11%之间的材料，又称为碳钢。除了碳元素外，碳素钢中还含有少量的硅、锰、硫和磷元素。一般来说，碳素钢的强度随着碳含量的增加而增加，但可塑性会降低。低合金高强度钢是指对低碳钢进行合金化处理后形成的钢材，其合金含量控制在3%以内，相对于碳素钢具有较高的强度。这两种钢材通常被应用于无明显氧化和腐蚀的承载结构，温度保持在-20～425℃范围内。在焊接工作中，它们广泛用于锅炉和压力容器的焊接材料。选择这类材料进行焊接时，一般只需检测碳含量，无需进行工艺评定。但在选用时，需注意以下几个问题：首先，要特别关注材料的厚度，尽量控制在合理范围内，超过一定范围会增加焊缝热循环次数，降低强度。其次，由于锅炉和压力容器的焊接通常采用消除应力的热处理方式，需要充分考虑热处理的影响，过高的加热温度会降低焊缝强度。最后，要注意应力腐蚀的问题，高碳含量材料会增加应力腐蚀的可能性，影响焊接强度。

3.2低合金耐热钢焊接材料的选用

低合金耐热钢就是指其内部合金含量较低，且具有较好耐热性的一种钢结构材料，在高温环境下，也不会轻易氧化或产生蠕变现象。该材料是在低合金高强度钢基础上，添加少量的Cr元素与Mo元素而形成的。在实际的生产过程中，12CrlMoV材质的焊接材料应用范围最广，其余诸如15Mo、15CrMo等材料，在锅炉、压力容器焊接中的应用概率则相对较低。相关工作人员在选用此类材料时，需要依据相应的技术标准，结合材料的使用温度、许用应力判断，从而最大程度上保证焊接材料选择的合理性。

3.3低合金低温钢焊接材料的选用

低合金低温钢，主要指一种能够在低温环境中应用的钢结构材料，通常应用环境为周边环境低于零下20℃的情况。在-20℃的环境中，其他钢结构材料会因为低温环境而出现脆性，影响焊接强度，而使用低合金低温钢焊接材料，就能够很好地避免这一问题的发生。该材料主要是通过控制合金成分与金属组织的方法来保证低温性能的，主要牌号包括16MnDR、09MnNiDR等。不同的低温钢在不同低温环境下所表现出的特性也是不同的，且低温钢所能够承受的温度等级越低，其在常温条件下的强度也就会越低，代用过程会较为复杂，因此在实际选用焊接材料前，一定要对材料性能做好充分研究，以保证最终材料选用能够符合实际焊接需求。以焊接条为例，如果想代用，通常情况下有两种方法，一种是明确被代用产品的最低使用温度，保证焊接材料最低温度在使用温度限制范围内即可；另一种则是在产品设计的过程中，常温屈服强度是应力水平的6倍，存在厚度余量，此时，可以选用强度较低但抗低温性能较好的材料代用。

3.4奥氏体不锈钢焊接材料的选用

不锈钢从某种意义上来说，就是指一种不会生锈的钢金属结构，具有不锈性与耐酸性，而奥氏体不锈钢，则主要是指一种在常温环境下，具有奥氏体组织的不锈钢材料，该胶料的韧性与塑性较高，实际应用范围较广，适用于高温、低温以及腐蚀等多种环境。在锅炉压力容器的焊接工作中，奥氏体不锈钢是重要的焊接材料。然而，奥氏体不锈钢相较其他钢结构材料来说，其实际强度相差较小，仅能通过冷加工进行强化，在实际加工中，通常是使用超低碳焊接材料进行低碳奥氏体不锈钢的焊接。除此之外，在实际选用焊接材料前，还需要明确锅炉压力容器的实际应用情况，尽可能在对耐腐蚀性与抗低温性要求较高的环境中选用奥氏体不锈钢焊接材料，如果环境温度较高，则不能够使用此材料。

3.5焊条酸碱性的选用原则

焊条是一种在电焊或气焊操作中使用的金属条，用于填充连接处的焊缝。焊条的材质与被焊接工件相同，并且需要符合相关标准规定的金属元素含量，以确保焊缝的安全性能和焊接质量。焊条在锅炉、压力容器等焊接工作中起着重要作用，具有良好的抗裂性和冲击韧性，能够保证焊接质量。然而，在实际焊接工作开始之前，需要对焊条进行清洁处理，确保其表面无油渍、铁锈和水渍等杂质，以避免对焊接效果产生影响。由于焊接工作的难度较大，对操作人员的技术要求较高，因此需要保证焊接人员具备较好的技术水平。焊条的酸碱性也是影响焊接质量的重要因素。碱性焊条也称为低氢型焊条，含氢量较低，具有良好的抗裂性和力学性能，但工艺性能较差，一般适用于直流电源下的施焊，焊接效果一般，不太适用于对焊接性能要求较高的锅炉压力容器设备的焊接工作。酸性焊条主要指药皮中含有大量酸性氧化物的焊条。虽然酸性焊条的抗裂性和韧性较差，但具有良好的工艺性能和焊接效果。当酸碱性焊条的熔敷金属成分相同时，其强度和塑性差距不明显，但对冲击韧性有影响，冲击韧性主要受温度影响。温度越高，冲击韧性值越高。碱性焊条能在零下30℃的环境下保证熔敷金属具有足够的冲击吸收功能，而酸性焊条能在0℃时保证熔敷金属具有该功能。目前，酸性焊条通常仅用于碳素结构钢和奥氏体不锈钢的焊接。

4结语

综上所述，为了最大程度保证锅炉、压力容器的安全性能，在实际的焊接工作中，需要尽可能选择最为适宜的焊接材料，保证焊接工作的质量，因此，相关工作人员需要在这个环节中，对各主要焊接材料的性能与化学成分充分把握，为后续工作奠定良好基础的同时，也能够有效保证周边环境不受到破坏。

参考文献

[1]徐嘉.锅炉、压力容器的焊接材料选用经验分析[J].化工管理，2018，（32）：29-30.

[2]庞晴.试析锅炉压力容器焊接质量控制途径[J].化工管理，2016（19）：158.