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摘要：焊接是鋼制壓力容器制造和安裝中重要的工序，焊接質量直接關系到鋼制壓力容器在使用過程中的安全性和穩定性，并且對壓力容器的工作性能和使用壽命具有決定性的影響。所以在焊接之前，應該對焊件的材質、化學成分、結構類型以及焊接性能等進行全面的分析，然后制定出科學合理的焊接工藝，并且做好焊后熱處理工作，確保鋼制壓力容器的焊接質量。文章主要對鋼制壓力容器（不銹鋼復合鋼板）的焊接工藝以及焊后熱處理方法進行分析，為進一步提升鋼制壓力容器的焊接質量提供參考。

關鍵詞：鋼制；壓力容器；焊接工藝；焊后熱處理

壓力容器主要是指盛裝氣體或者液體且需要承載一定壓力的密閉設備，對安全性有較高的要求。其應用范圍較廣，主要應用于化學工業和石油化學工業中。焊接作為鋼制壓力容器制造和安裝中的重要工序，焊接技術會對壓力容器的安全性有直接的影響。在焊接的過程中，不同的焊接方法有不同的焊接工藝，同時，焊件的材質、焊接環境、焊件結構等都會影響到焊接質量。焊接是一個局部迅速加熱和冷卻的過程，這種在短時間內經歷較大溫差變化的情況下，容易在焊件中產生應力和變形，從而影響到焊接接頭的強度、塑性和韌性。為了消除這種應力，避免焊接變形現象的發生，應該采取焊后熱處理工藝，減緩焊接后的冷卻速度，提高焊接質量。

1鋼制壓力容器焊接工藝

1.1焊接方法。鋼制壓力容器的使用范圍比較廣泛，所以焊接方法也相對比較成熟，比較適應的焊接方法有氣焊、焊條電弧焊、埋弧焊、等離子焊等。對于不銹鋼復合鋼板的焊接方法，焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、埋弧焊是比較常用的方法。在實際焊接過程中，還應該根據工件的結構形式、形狀以及焊接位置等條件來選擇適宜的焊接方法。比如有些換熱器中的管箱和浮頭蓋基本都是復合材料，且焊接空間有限，直焊縫不長，就可以采取雙面焊的形式。使用焊條電弧焊的焊接方法，操作比較簡單，受焊件形狀與焊接位置的影響較小，焊接成本低且焊接品質高。所以焊接方法的確定比較靈活，要根據實際情況具體分析采用哪種焊接方法更適合，從經濟性、可行性、簡便性等方面綜合考慮，但是最基本的要素是保證焊接質量。1.2焊接材料的選擇。因為鋼制壓力容器的材料比較復雜，所以在選擇焊接材料時應該根據母材的性能以及焊接方法而決定。不銹復合鋼板是由不銹鋼和碳鋼或者低合金鋼組成的，不銹鋼主要承擔抗腐蝕性能，碳鋼或者低合金鋼板主要承擔結構所需要的強度和剛度，所以不銹復合鋼板在物理性能和化學成分方面存在很大的差異性。對于不銹復合鋼板而言，在選擇焊接材料時可以遵循基層等強度和復層保證耐蝕性的原則。在對耐熱型低合金鋼相同鋼號相焊時，在焊接完成后焊縫金屬中的Cr、Mo的含量應該與母材規定相當，或者是與設計文件中規定的技術要求相符合；在高合金鋼相同鋼號相焊時，通常情況下需要考慮焊接材料的耐腐蝕性；不同鋼號的鋼材相焊時，因為兩側母材的抗拉強度不同，所以對焊接完成后焊縫金屬的抗拉強度值有一定的要求，要介于抗拉強度較低母材的下限值與抗拉強度較高母材的上限值之間，以確保焊接接頭的強度；如果使用能夠生成奧氏體焊縫金屬的焊接材料與非奧氏體母材進行焊接時，因為母材與焊縫金屬之間的膨脹系數不同，所以應該充分考慮到焊接時產生的應力作用；在奧氏體高合金鋼與碳素鋼、低合金鋼相焊時，應該充分考慮焊縫金屬的抗裂性能和力學性能。以上是對鋼制壓力容器焊接時選擇焊接材料可能遇到的不同情況進行的簡要分析，在實際選擇時考慮的問題會更加全面。1.3焊接坡口制備、形式與接頭組對。鋼制壓力容器在進行焊接坡口制備時，對于碳素鋼和標準抗拉強度下限值低于540MPa的強度型低合金鋼，冷加工或者熱加工都比較適用；對于耐熱型低合金鋼、高合金鋼和標準抗拉強度下限值大于540MPa的強度型低合金鋼，冷加工方法比較適用。焊接前，將坡口表面的油污、銹跡和灰塵等清除干凈，可在不銹鋼坡口兩側采取一定的防護措施。坡口的形式一般有V形、X形、V和U聯合形，在具體選擇坡口形式時應該充分考慮到焊接過渡層的特點。X形坡口比較常見，可以采用雙面焊的形式，焊接順序為先焊基層、再焊過渡層，最后焊復層。在實際焊接過程中，為了提高復層焊縫的耐腐蝕性能，降低復層表面的鏟磨工作量，避免復層焊縫多次受熱，應該盡量減少復層焊接的工作量。復層是焊件組對的參考基準，所以應該嚴格控制復層錯邊量的誤差，避免因為錯邊量過大而降低復層的焊縫質量。1.4焊接設備與環境。對于不銹鋼復合板焊接可以采用焊條電弧焊的方法，直流焊機在基層、過渡層和復層三種焊縫中都可適用，可選擇逆變焊接電源。焊接環境是焊接工藝中需要控制的內容之一，因為焊接環境的溫度、濕度、風速等會影響焊縫的焊接質量。所以在焊接施工開始前，應該對環境中的溫濕度以及風速進行測量，一般在不銹鋼復合板表面0.5～1m的范圍內進行測量。一般情況下，溫度在0℃以上，且風速低于2m/s的環境下，可以進行焊接。如果在雨雪天氣，焊接溫度在0℃～-20℃之間時，應該在焊點100mm范圍內進行預熱，在溫度達到15℃以上時再進行焊接。不同的焊接方法對風速有不同的要求，如果風速超過要求范圍時，應該采取相應的防風措施。

2鋼制壓力容器焊后熱處理

2.1焊后熱處理的作用。因為焊接施工是對焊件的局部區域進行加熱與冷卻的過程，在較短的時間內施焊區域會受到高溫熱源和局部約束應力的共同作用，所以焊接接頭的各個位置在經受不均勻的熱冷變化后，在焊接接頭中會存在焊接殘余應力，焊縫區和熱影響區內的金屬在化學成分和金相組織都會發生很大的改變。為了改善焊接接頭的組織、性能和穩定性，就需要采用焊后熱處理的方式，可以消除焊接接頭內的殘余應力，提高焊縫的耐腐蝕性能、沖擊韌性、強度和抗蠕變性能。2.2焊后熱處理的保溫溫度和保溫時間。保溫溫度和保溫時間是焊后熱處理工藝的重要參數，直接影響到焊后熱處理的效果。保溫溫度的確定首先要高于行業規定的最低溫度值，然后要判斷鋼材的屈服強度，確保在適宜的溫度下能夠使焊接接頭金屬產生一定的塑性變形，從而消除接頭中的殘余應力。保溫溫度的控制還要考慮到鋼材中的氫能夠處于活躍狀態，使氫從鋼材中溢出，降低氫含量，防止焊縫出現冷裂紋。為了使鋼材的強度、硬度、塑性和韌性都能夠得到恢復，一般會將溫度控制在450℃以上，此時晶粒會再結晶，鋼材性能得以恢復。由于焊件的厚度、結構不同，所以焊后熱處理的保溫時間會有所不同，在焊件較厚，結構比較復雜的情況下，為了減少溫差應力的發生，應該適當延長保溫時間，以確保焊件內外的溫度能夠達到均勻的狀態。對于碳鋼、低合金鋼來講，當焊件加熱到某一溫度值后，組織轉變會經歷孕育、轉變和轉變結束三個時間段，為了獲得較為理想的組織和性能，在確定保溫溫度后就要確定最短保溫時間為實現組織轉變提供充足的時間。我國在對鋼制焊件焊后熱處理中，對于最低保溫溫度和最短保溫時間有明確的規定，但是對于最高保溫溫度以及最長保溫時間卻沒有明確的規定，所以在焊后熱處理的實際操作中，工藝人員應該充分發揮自己的專業性和實踐經驗，在綜合各項要素的基礎上合理確定熱處理規程。2.3焊后熱處理方法。2.3.1整體熱處理。整體熱處理常用于現場返修的直徑與容積都不大的壓力容器中，一般會采用燒嘴加熱或者電加熱的方式。如果采用燒嘴加熱，一般會在容器開口的位置放置一個或者多個燃油、燃氣燒嘴，以強制對流的方式均勻的加熱容器的殼體。為了能夠使殼體保持在一定的溫度范圍內，一般會在容器外表面鋪設一層保溫層以減少溫度的流失。2.3.2局部熱處理。對于很多大型的鋼制壓力容器，在運輸時會受到體積的制約而無法進行整體運輸，所以需要在現場進行筒體、管道的焊接安裝，對于這類焊縫以及需要對焊接區進行局部修理的焊縫，都可以采用局部熱處理的方式。因為局部加熱會產生較大的熱應力，所以應該在筒體、接管的焊區采用焊后熱處理。局部熱處理一般會采用電加熱的方式，操作簡單，容易控制，具體的操作規范可以參照國內壓力容器制造標準。

3結束語

壓力容器作為焊接成型設備，焊接質量對壓力容器使用的安全性至關重要。而不同的材料所采用的焊接方法和焊接工藝也不相同，針對鋼制壓力容器的焊接工藝，應該根據鋼制壓力容器在材質、性能等方面的特點，選擇適宜的焊接方法，然后制定相應的焊接工藝。在制定焊接工藝時，對于焊接方法的確定，焊材的選用，焊接工藝參數的確定等都應該嚴格按照國家和行業的工藝標準操作，并且做好各個環節的質量控制。焊后熱處理是焊接工藝中最為重要的步驟，是消除焊接應力的重要手段，所以要選擇適宜的焊后熱處理方法，并且做好質量控制工作。

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[3]李永欣，張德光，謝堅鎏.鋼制壓力容器焊接變形的控制[J].特種設備安全技術，2016（03）：15-16.

作者:于瑛琦 磊 賈思洋 單位:哈爾濱鍋爐廠有限責任公司