耐熱鋼壓力容器焊接技術(shù)研究

丁傳海

安徽省機(jī)械科學(xué)研究所，安徽合肥 230022

壓力容器在石油化工以及能源工程等多個行業(yè)中均有著非常廣泛的應(yīng)用，并帶動了這些領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。焊接工業(yè)作為耐熱剛壓力容器制造過程中的一項(xiàng)重要工藝，其還會直接影響到整個耐熱鋼壓力容器的應(yīng)用性能跟應(yīng)用安全性。近年來，隨著我國工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得壓力容器也朝著巨型化以及多功能化的趨勢不斷發(fā)展，這也就要求各企業(yè)能夠?qū)ΜF(xiàn)有耐熱鋼壓力容器的特點(diǎn)以及焊接工藝進(jìn)行不斷的研究，并對其焊接技術(shù)進(jìn)行必要的優(yōu)化與完善，才能夠取得良好的耐熱鋼壓力容器制造效果。

1 耐熱鋼壓力容器焊接接頭的要求

一般情況下，耐熱鋼壓力容器的焊接工藝多是在高溫、高壓條件下進(jìn)行的，對于焊接接頭也有著非常嚴(yán)格的要求，在具體的焊接過程中，還要求焊接接頭能夠充分滿足幾點(diǎn)要求。

1.1 焊接接頭的等強(qiáng)性

耐熱鋼壓力容器的焊接接頭除了需要具備跟該壓力容器材料基本相符的室溫以及高溫短時(shí)強(qiáng)度之外，還需要具備有貼近的高溫持久強(qiáng)度。只有在這一基礎(chǔ)上來進(jìn)行焊接工作，才能夠保障焊接接頭在同一環(huán)境下進(jìn)行穩(wěn)固的焊接工作，并使得具體的焊接質(zhì)量得到有效的保障。

1.2 抗氫性以及抗氧化性

耐熱鋼壓力容器的焊接接頭自身還需要具備有跟耐熱鋼壓力容器本身材料基本一致的抗氫性跟高溫抗氧化能力。在充分滿足了這一要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行焊接處理工作，才能夠讓焊接接頭與耐熱高壓容器兩者的合金成分基本保持一致，在焊接完成之后，耐壓容器整體也能夠擁有良好的抗氫性以及高溫抗氧化性能，來促使其使用安全性跟可靠性得到更進(jìn)一步的提升。

1.3 焊接接頭的組織穩(wěn)定性

在應(yīng)用焊接接頭來進(jìn)行耐熱鋼壓力容器的焊接處理過程之中，其還需要長時(shí)間在高溫環(huán)境下來進(jìn)行工作，而焊接接頭在應(yīng)用過程中還需要受到高溫、高壓等環(huán)境的刺激，這也就導(dǎo)致了接頭的各個部分會出現(xiàn)較為明顯的組織變化，并容易出現(xiàn)焊接接頭軟化或者強(qiáng)度降低的問題。因此在對耐熱鋼壓力容器進(jìn)行焊接處理的過程中，需要保持焊接接頭組織具備有良好的穩(wěn)定性，從而為焊接工作的順利進(jìn)行奠定一個良好的基礎(chǔ)。

2 耐熱鋼壓力容器焊接特點(diǎn)簡析

2.1 淬硬性

因?yàn)榈秃辖鹉蜔徜摰闹饕辖鹪刂饕荂r以及Mo，這些元素在氧化過程之中還會導(dǎo)致鋼的淬硬性得到一定程度的提升，并導(dǎo)致了剛在受熱之后冷卻過程中的變質(zhì)情況得到有效的抑制，從而使得鋼在過冷環(huán)境之中的穩(wěn)定性得到一定程度的增加。

2.2 冷裂紋

由于Cr以及Mo合金元素的影響，導(dǎo)致了鋼容易產(chǎn)生淬硬性，在焊接過程中所散發(fā)出現(xiàn)的高濃度氫跟焊接殘余應(yīng)力等因素的共同作用之下，還會導(dǎo)致耐熱鋼壓力容器的接頭部位容易出現(xiàn)裂紋的情況，對于整個耐熱鋼壓力容器的后期運(yùn)行情況也會造成非常嚴(yán)重的影響。

2.3 回火脆性

Cr以及Mo合金元素跟焊接接頭在高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行工作時(shí)，還會導(dǎo)致耐熱鋼壓力容器出現(xiàn)一定程度的脆變跟軟化情況，并導(dǎo)致耐熱鋼壓力容器的回火脆性出現(xiàn)，對于該容器的后期使用也會造成比較大的影響。

3 幾種常見的耐熱鋼壓力容器焊接技術(shù)簡析

近年來我國的耐熱鋼壓力容器焊接技術(shù)變得越來越成熟，并促進(jìn)了各個工業(yè)領(lǐng)域得到了進(jìn)一步的發(fā)展。本文主要就幾種常見的焊接技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹。

3.1 手工電弧焊技術(shù)

在該焊接技術(shù)中主要是通過手動操作的模式來進(jìn)行焊條的焊接處理，但是在該焊接模式之中還會導(dǎo)致焊接焊條上面融化的藥皮在空氣中發(fā)生氧化反應(yīng)，形成氣體以及熔渣，并有效避免了周圍空氣對于焊接熔池所產(chǎn)生的不利影響。此外，手工電弧焊還具備有應(yīng)用范圍廣以及焊接方位全面的應(yīng)用優(yōu)勢，在現(xiàn)階段的工業(yè)生產(chǎn)過程中也得到了廣泛的應(yīng)用。但是，在該焊接技術(shù)之中還存在有一定的應(yīng)用缺陷，比如手工電弧焊的焊縫熔深相對比較淺，其生產(chǎn)效率低下，并只能夠用于短焊縫的焊接處理。在手工電弧焊焊接技術(shù)之中多是進(jìn)行單根焊接的焊接處理，對于焊條的長度也有著非常嚴(yán)格的限制。而在焊接工作完成之后，其還需要借助于人工手工的模式來進(jìn)行熔渣的有效清除，并存在比較嚴(yán)重的使用價(jià)值跟使用效率不足的問題。

3.2 埋弧焊技術(shù)

埋弧焊這一焊接技術(shù)主要是借助于燃燒所產(chǎn)生的高溫來進(jìn)行焊接，其主要是在焊劑層下面來進(jìn)行焊接處理，并且具備有比較多的機(jī)械化程度以及自動化程度。在通過埋弧焊技術(shù)來進(jìn)行耐熱鋼壓力容器的焊接過程中，能夠通過機(jī)械操作的模式來完成送絲、引燃、焊接方位以及收尾等多項(xiàng)工作，并且具備有熔深達(dá)、焊縫之中雜質(zhì)比較小、效率高以及勞動強(qiáng)度低的應(yīng)用優(yōu)勢。但是在通過埋弧焊技術(shù)來進(jìn)行焊接處理時(shí)，對于水平位置、加工物件的邊緣以及裝配質(zhì)量等因素都有著非常嚴(yán)格的要求，并存在焊接靈活度比較差的缺陷?，F(xiàn)階段，在進(jìn)行大批量以及厚長材料焊接過程中多是采取埋弧焊技術(shù)來進(jìn)行施工，并需要通過嚴(yán)格的規(guī)范操作來保障焊接質(zhì)量。

3.3 熔化極氣體保護(hù)焊技術(shù)

該焊接技術(shù)多是通過電極間氣體跟高溫電弧熱作用原理來進(jìn)行焊絲跟焊件之間的融化工作，再在持續(xù)不斷的電弧融化過程之中形成焊池跟焊縫。目前，熔化極氣體保護(hù)焊技術(shù)中主要應(yīng)用的是氬弧焊以及二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊兩種模式，其均能夠?qū)⒑附z作為電極，對于焊接的質(zhì)量及過程也能夠起到良好的控制效果。該焊接技術(shù)具備有熔深大、生產(chǎn)效率高、自動化水平高的應(yīng)用優(yōu)勢，在具體焊接過程之中對于板材的厚度跟部位也無特殊的要求。但是，在通過熔化極氣體保護(hù)焊技術(shù)進(jìn)行具體的焊接過程中，還存在電弧與電流密度過大以及光輻射比較嚴(yán)重的應(yīng)用缺點(diǎn)，在具體的焊接過程中設(shè)備的復(fù)雜程度比較高，因此在實(shí)際應(yīng)用過程之中多是在鍋爐、橋梁以及核電站等工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用。

3.4 電渣焊技術(shù)

電渣焊主要是一種將電流熔渣作為熱源的焊接技術(shù)，通過電渣焊技術(shù)來進(jìn)行焊接施工時(shí)，其能夠在電流作用下來進(jìn)行熔渣的有效融化，用其進(jìn)行母材以及金屬的填充工作，并能夠在熔渣冷卻之后取得良好的金屬原子焊接效果。電渣焊技術(shù)多是在厚板塊的焊接過程中進(jìn)行應(yīng)用，其具備有較強(qiáng)的預(yù)熱以及加熱功能，在具體焊接過程中還能夠形成良好的焊接密度，從而有效避免氣孔以及裂紋等焊接問題的出現(xiàn)。但是，電渣焊技術(shù)在高溫環(huán)境下進(jìn)行工作時(shí)，還容易出現(xiàn)比較嚴(yán)重的過熱情況，這也就需要在具體操作過程中添加特殊材料的模式來獲取一個良好的焊接效果。

4 兩種常見的耐熱鋼壓力容器焊接新技術(shù)

耐熱鋼壓力容器焊接技術(shù)在石油工業(yè)、軍工以及航空航天等多個領(lǐng)域中也得到了非常廣泛的應(yīng)用，這也就使得耐熱鋼壓力容器焊接技術(shù)被越來越多的人關(guān)注，人們對于焊接質(zhì)量的要求也得到了進(jìn)一步的提升，促使了幾種新型的耐熱鋼壓力技術(shù)出現(xiàn)。

4.1 雙TIG焊技術(shù)以及雙脈沖MIG焊技術(shù)

雙TIG焊技術(shù)跟雙脈沖MIG焊技術(shù)其能夠在繼承了傳統(tǒng)焊接技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，對于其焊接過程中存在的缺陷進(jìn)行有效的改進(jìn)，從而使得焊接效率以及焊接質(zhì)量得到更進(jìn)一步的提升。在雙TIG焊技術(shù)之中主要是對傳統(tǒng)TIG焊槍的電流連接部分進(jìn)行了改進(jìn)，使得焊槍中的電流能夠得到互相的傳輸，并能夠在工件跟兩把焊槍之間構(gòu)建獨(dú)立的電弧。較之于傳統(tǒng)的焊接技術(shù)，通過雙TIG焊技術(shù)的應(yīng)用能夠促使耐熱鋼壓力容器的焊接熔深變大，變形量減少，并能夠在提升其焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)上使得焊接成本得到大幅度的降低。

雙脈沖MIG焊技術(shù)則應(yīng)用了低頻率的脈沖來對單位脈沖的峰值跟脈沖時(shí)間進(jìn)行有效的調(diào)制跟控制，在單位脈沖中的強(qiáng)度大小還能夠進(jìn)行有效的切換，從而形成一種周期性變化的強(qiáng)弱脈沖群。在應(yīng)用該技術(shù)來進(jìn)行耐熱鋼壓力焊接處理時(shí)，其還能夠有效避免焊接接頭間的簡析變寬這一情況出現(xiàn)，并能夠提升焊縫的平整以及細(xì)化度，從而使得氣孔跟裂縫等不良焊接問題得到有效的控制。

4.2 激光—電弧復(fù)合熱源焊技術(shù)

在該焊接技術(shù)之中主要是將純氬氣作為保護(hù)氣體，然后通過大功率激光照射的模式來然電弧熔池中的小孔內(nèi)充斥滿金屬蒸汽，再將電弧的部分保護(hù)氣體發(fā)生電離，從而產(chǎn)生等離子體。通過激光-電弧復(fù)合熱源技術(shù)還能夠有效解決傳統(tǒng)MIG焊技術(shù)中焊接功率過于地下的問題，并能夠在應(yīng)用純氬氣作為保護(hù)氣之后促使電弧的穩(wěn)定性跟剛性得到進(jìn)一步的提升，這樣也就能夠獲得一個良好的電弧控制效果，并促使焊接效率跟焊接質(zhì)量得到更進(jìn)一步的提升。

5 結(jié)語

我國的耐熱鋼壓力容器焊接技術(shù)近年來隨著得到了迅速的發(fā)展，但是在具體應(yīng)用過程中依舊存在有比較多的問題，這也就要求相關(guān)技術(shù)人員能夠?qū)δ蜔徜搲毫θ萜骱附咏宇^的要求以及焊接特點(diǎn)有清晰的了解，對傳統(tǒng)的焊接技術(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化與完善，這樣才能夠形成新型高效的焊接模式，并促進(jìn)我國工業(yè)領(lǐng)域以及航天航空等領(lǐng)域得到更進(jìn)一步的發(fā)展。

[1] 曹益華.耐熱鋼壓力容器焊接技術(shù)研究[J].價(jià)值工程，2015（1）：35-36.