提高压力容器产品质量，焊接质量是关键环节

一、前言

压力容器在石油化工生产中占有非常重要的地位。压力容器可作为反应、能量交换、分离、塔、储存、运输等石油化工设备。它们存在爆炸危险，其安全运行直接关系到企业生产和人身安全。因此，压力容器产品的质量历来受到国家的高度重视。近十几年来，我国压力容器设计、制造、管理已走上法制管理轨道，产品质量稳步提高。

焊接质量高且稳定，焊缝表面美观、光滑。焊接已成为压力容器生产中的关键工序，焊接质量是保证压力容器质量的一个非常重要的环节。单次焊接质量受多种因素影响：焊工技能、化学成分、力学性能、焊接材料、焊接工艺及设备、环境等都会影响焊接质量。

为了提高压力容器产品的质量，国家在生产前必须取得制造许可证。对于取得生产许可证的厂家，必须制定焊接工艺规程才允许生产。焊工必须持证上岗，必须加强质量保证体系各环节的控制和管理。目的是尽量避免和减少质量隐患，保证压力容器产品质量。

随着石油化工行业的快速发展，压力容器正向大尺寸、高强度方向发展，这对压力容器的质量提出了更高的要求，促使压力容器焊接技术和工艺不断改进。

2、焊接缺陷

1、焊接接头裂纹

众所周知，焊接接头是一种结构不均匀、力学性能不均匀的体。焊接过程中，焊接接头熔合线附近的温度介于固相和液相之间。冷却后组织为过热组织，晶粒粗大，化学成分和组织极不均匀，强度增加，塑性降低。熔合线的外侧是“过热区”。该区晶粒粗大，常出现魏氏组织和索氏体，韧性显着降低。

过热区的外侧是“正火区”。由于加热和冷却过程中的再结晶过程，得到细化、细小和均匀的铁素体和珠光体。外侧是“不安全重结晶”区域，加热温度在AC1-AC3之间。在此区域加热时，钢中的珠光体和部分铁素体转变为晶粒较细的奥氏体，同时保留一些铁。冷却时，奥氏体转变为细小的铁素体和珠光体，而未熔炼成奥氏体的铁素体不转变。晶粒较粗，形成均匀的晶粒尺寸结构，在组织中仍保留原有的带状性质。

由于热影响区熔池的结晶方向与传热方向正好相反，即结晶方向是从热影响区到熔合线再到焊缝，因此熔合线先结晶，焊缝中心先结晶。熔池结晶最慢。这导致熔池中的杂质从熔合线向中心移动，因此熔池中心容易产生夹渣缺陷，而熔合线处由于冷却速度快而容易产生裂纹。

焊接腐蚀裂纹接头可因钢的淬透性而产生裂纹，氢扩散产生冷裂纹、再热裂纹、晶间纹，以及因焊接规范和工人技能而产生的焊接缺陷。实践证明，裂纹对压力容器产品质量的危害最为严重。

1）热裂纹

这是由于焊接熔池在结晶过程中出现偏析现象造成的。分离出的物质大部分是低熔点副产物和杂质。结晶过程以液体夹层形式存在。由于熔点低，最后往往会结晶凝固，凝固后的强度极低。低的。当焊接拉应力足够大时，液态夹层在凝固后不久就被拉开或破裂，形成裂纹。

2）冷裂纹

是指焊接时在A3较低温度冷却时或冷却保温后产生的裂纹。裂纹形成温度较低，在马氏体转变范围内，即在200～300℃以下，故称为冷裂纹。有时裂纹在焊后数小时或数天出现，甚至持续很长时间，故又称延迟裂纹。其危害更大。

冷裂纹通常是由于电弧燃烧过程中空气侵入或涂层材料分解引起的。氢气进入熔池并在铁水中熔化。由于铁水在高温下溶解大量氢气，在低温下溶解度大大降低。溶解在铁水中的氢从铁水中析出。氢在钢的缺陷处扩散和聚集，导致局部压力增大，导致钢产生裂纹。因此，冷裂纹又称为氢致裂纹。

轧制时，钢材内部存在严重的层状非金属夹杂物，使得厚度方向的拉伸塑性很差。板厚方向存在较高的拉压力，产生阶梯状层状裂纹。

3）再热裂纹

有些含有Cr、Mo、V、B等合金元素的钢，焊接后不会产生裂纹。在消除应力处理时，或在一定温度下长期使用后，沿热影响区晶界产生裂纹，称为再热裂纹，简称SR裂纹。

再热裂纹是由第一次加热过程中过饱和固溶碳化物（主要是Cr、Mo、V碳化物）引起的。在再加热过程中，它们再次沉淀，导致晶内强化和滑移应变。原始奥氏体晶界集中，当晶界塑性不足以承受松弛应力过程产生的应变时，就会产生再热裂纹。

此类钢在 600°C 附近有一个敏感区。超过 650°C 时灵敏度会降低。

4）防止裂纹的方法

为了防止裂纹，可以限制钢和焊接材料的S、P含量：调整钢的化学成分；细化焊缝晶粒；增加焊接材料的碱度；改善隔离；控制焊接规范；提高焊接系数，多层多道焊接，采用小线能量；铸件中的断弧减少了电弧坑。

也可以使用低氢碱性焊条。焊条经过严格干燥后即可使用；选择合理的焊接规范；焊接后立即消除氢气；提高钢材质量，减少钢材层状夹杂物；采取多种工艺措施降低焊接应力。 。减少残余应力和应力集中；预热机缓冷，焊后热处理。这些方法只要使用得当，可以提高焊接质量，防止缺陷的发生。

对于未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬肉等焊缝表面缺陷以及焊缝尺寸等，我们可以通过无损检测确定缺陷位置，采取合理有效的修复工艺，并仔细操作，或消除焊缝缺陷，保证产品的内在质量。

3.焊后热处理

焊后热处理可以消除残余应力，防止变形，即可以松弛焊接残余应力，稳定尺寸和形状。焊后热处理还可以改善焊接区母材和结构件的性能：具体来说：可以软化热影响区，增加焊缝金属的塑性，提高断裂韧性，排出有害物质，如氢，提高耐腐蚀性，改善蠕变性能。并提高疲劳强度。

但焊后热处理工艺选择不当会降低焊接接头的性能。因此，焊后热处理已成为容器制造的重要组成部分。焊接接头应用最广泛的焊后热处理是高温回火、正火和固溶处理。高温回火可以解决焊接和变形对压力容器质量的不利影响。

1、焊后热处理可以松弛焊接残余应力

随着热处理温度升高和保温时间增加，焊接区残余应力相应减小。当温度升至550℃以上时，残余应力可认为已完全消除。然而，保温时间的影响不如温度升高的影响明显。

2、焊接接头热影响区硬化区的软化

由于残余应力大大降低，回火改善了金相组织，提高了塑性和韧性，因此淬透性降低，焊接接头硬化区软化。

3.减少焊接接头中的氢

热处理时，焊接接头温度升高，氢继续加大扩散速度并向外逸出。一般来说，加热到300℃以下，保温2-4小时即可达到氢气的目的。更重要的是，当加热到550-650℃时，氢气会被除去。氢气的目的就完全达到了。

4、对焊缝金属抗拉强度的影响

焊后热处理，对焊缝金属抗拉强度的影响与热处理温度和保温时间有关。热处理温度越高、保温时间越长，焊缝金属的常温抗拉强度越低，合金含量越高，碳当量越大，强度降低率越大。

5、对焊缝金属冲击韧性的影响

过度的热处理会导致任何钢种的冲击值下降。对于Cr-Mo、Cr-Mo-V和大多数珠光体组织，适当的马氏体耐热钢焊后热处理可以提高冲击韧性。对于某些高强度钢，热处理后冲击值会下降。对于碳钢和锰铌镍钢，焊后热处理后冲击值基本保持不变。

6、对脱碳层宽度的影响

热处理温度越高、保温时间越长，脱碳层越大。这是因为形成碳化物时元素含量不同，导致碳扩散。碳向含量较低的一侧扩散，形成脱碳层。异种钢接头尤其严重。

回火是当焊件加热到500-650℃时，碳化物进一步聚集，得到铁素体和细晶渗碳体-回火索氏体的混合组织，称为高温回火。所得结构具有良好的强度、弹性、塑性和韧性。

正火是将焊件加热到Ac或Acm以上30-50℃，保温后出炉在空气中冷却。目的是改善组织、细化晶粒。仅正火不能消除焊后残余应力。

固溶热处理，将钢加热到920-1150℃并快速冷却，使奥氏体焊接接头在450-850℃范围内在晶界析出碳化物或脆性相，并重熔到奥氏体中，将其快速固定。 ，得到均匀的固溶体。从而消除其晶间腐蚀。它还可以提高焊接接头的耐腐蚀性和机械性能，并消除加工硬化。固溶热处理应整体均匀加热，不宜采用局部加热方法。

为了达到预期的焊后热处理效果，认真研究和选择合适的焊后热处理工艺非常重要。

4.焊后热处理工艺参数应从以下方面考虑

一个。焊件进入炉内时的炉内温度，

b.加热时的温度上限和下限，

c.加热速度上限和下限，

d.保持时间的上限和下限，

e.冷却速度上限和下限，

f.烤箱温度，

g。加热过程中被加热焊件各部分的温差，

h.保温时被加热焊件各部分之间的温差，

我。炉内气氛。可见，影响热处理的因素很多，应谨慎选择，不可随意选择。