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摘要：青海盐湖2000m3低温丙烯球罐，根据高原特有的地理位置、环境温度对低温钢球罐的焊接特性进行分析，制定合理的焊接工艺，获得良好的焊接接头。
关键词：低温钢球罐焊接工艺
前言
低温钢是指用于-20℃～-253℃低温工作的焊接结构专用钢，其重要特点是在低温工作条件下具有足够的强度、塑性等性能外，还具有一般钢种不具备的较高的低温冲击韧性，同时具有良好的制造性能，对应变失效脆性和回火脆性的敏感性小，使钢材和焊接接头的脆性转变温度低于最低工作温度，具备足够的抗断能力，达到安全使用的要求。
一、低温钢的焊接性
低温钢具有良好的塑性和韧性，焊接接头的薄弱环节通常是在熔合线和焊道这两个部位，主要问题如下：
线能量和层间温度过高，使得热影响区过热区在高温区停留时间过长，造成奥氏体晶粒粗大，且在之后的冷却过程中易产生淬硬马氏体（冷裂纹），引起韧性下降。
母材与焊材异质，膨胀系数不同导致较大的应力和变形，构件拘束度大导致焊接残余应力增大。
P、S等低熔点共晶物导致热裂纹。
熔深不足形成未焊透，熔合不良形成未熔合。
二、07MnNiMoVDR钢焊接性分析
2000m3低温钢丙烯球罐，设计压力2.16Mpa，设计温度-48℃，板厚为40mm。球罐07MnNiMoVDR钢是一种强度高、裂纹敏感性低的用作低温（-48℃）压力容器的低合金低温用高强钢，其优点在于碳当量CE、裂纹敏感性指数Pcm和再热裂纹敏感指数PsR较低，具有优良的焊接性和低温韧性，属于无裂纹钢（CF钢），其焊接性的主要问题是焊接热影响区的韧性问题，也有一定的淬硬倾向。
三.主要焊接质量问题及工艺措施
由07MnNiMoVDR低温钢的材料特性，虽然其裂纹敏感性较低，但由于具有一定的淬硬倾向，球罐现有的组装工艺是在整体组对并采用定位卡具和定位焊接成型后进行焊接的，加上丙烯球罐厚度为40mm，尽管采用对称和分段退焊，但由于外拘束度和自身刚性拘束，焊后的残余应力还是明显比较大的。焊条尽管选用了低氢型的，但在严格按照烘干要求进行烘干条件下，熔敷金属还存有一定含量扩散氢，加上施焊环境（湿度、表面清洁度）会促使扩散氢浓度提高，这就使得产生冷裂纹的三个条件：淬硬组织、扩散氢和残余应力出现并存的条件，从而使硬脆组织扩散氢聚集，引起金属进一步脆化，应力集中进一步增大，从而引发冷裂纹缺陷。
由于板厚和外拘束度比较大，使得焊接过程中产生结晶裂纹的可能性比较明显，主要表现在焊接起弧、收弧过程中，由于未将弧坑填满，弧坑冷却速度较快，低熔点液态金属因收缩拉应力作用而产生晶间开裂。另外，低温球罐焊缝的未熔合、咬边等尖锐缺陷，在应力和扩散氢的作用下，有可能成为新的裂纹源。
为控制裂纹出现的频次在焊接时，所有焊缝第一层焊道均采取分段退焊法，纵缝分段退焊每段宜为300mm左右，环焊缝退焊长度宜为800mm左右。施焊时，采用窄焊道、薄层多道焊，每一焊道宽度不大于焊芯直径的4倍，每一层焊道的厚度不超过3.5mm。每层焊道引弧点应依次错开50mm以上，焊道始端应采用后退起弧法，即在接头前方30mm左右处引弧，然后将焊条拉回到接头处焊接，终端应将弧坑填满，换焊条重新起弧时要在上一根焊条的弧坑尚未冷却的情况下，尽快重新引弧。每一层焊接结束，都要彻底清除焊渣，检查有无缺陷，将焊瘤及高低不平等采取打磨处理，以便于下一层的焊接。纵向焊缝的焊道延至环向焊缝的中心，并在环向焊缝焊接前将收弧点磨光，消除缺陷。层间接头应错开。环缝焊接时，不应在焊缝交叉部位引弧或熄弧。严禁焊工在坡口外乱打弧，电缆线要绝缘良好，避免因短路打伤球壳板。如不慎造成弧疤或弧坑，必须打磨消除，并经磁粉检测合格，同时做好记录。为了尽可能的使应力均布，纵缝的焊接应交叉进行，每隔一条焊缝安排一个焊工，同时同步焊接。
单侧焊接后应进行背面气刨清根，其目的是把第一层焊肉的缺陷去掉，气刨清根前按规定进行预热。清根后用砂轮修整刨槽，磨除可能存在的渗碳，粘渣与铜斑等缺陷和修整刨槽深浅不均、宽窄不等的现象，槽底半径保持5mm左右。刨槽要直，光滑，坡口形式应一致。并采用渗透检测法进行100%检查，如有缺陷，继续气刨打磨和渗透检测，直到缺陷彻底除净为止。
裂纹工艺控制措施
（1）冷裂纹的防止
冷裂纹的产生要素是淬硬组织、扩散氢和残余应力。
①扩散氢的防止手段：控制焊接材料的扩散氢含量、焊材的烘干，焊材使用中的保温与防潮、焊接环境（湿度、坡口表面清洁度）控制，焊前的预热与焊后的后热。
②淬硬组织的防止手段：控制焊前预热、焊接过程层间温度、焊后后热缓冷。
③残余应力的防治手段：焊前预热、焊接过程层间温度、焊后后热及热处理。
（2）结晶裂纹的防止
①控制焊接材料的C、P、S含量。
②控制线能量，防止柱状晶产生，避免杂质偏聚。
③采用多层多道焊措施打散柱状晶分布，减少低熔点杂质偏析。
3.2焊接接头残余应力
焊接接头应力对裂纹和脆性断裂有较大的影响作用，所以降低焊接接头应力是低温球罐焊接质量控制的另一重要措施：
改善组装质量
调整好施焊前的装配质量，以减少外拘束度增加引起的接头外应力的增加。
调整好坡口间隙，避免填充熔敷金属不必要的增加，引起接头内应力的增加。
焊前预热和层间温度
通过焊前预热及控制层间温度，使焊缝区形成一个温度场并得到拉伸，以减小残余应力。通过预热和控制层间温度以达到控制焊接接头冷却速度，以避免产生淬硬组织，引起的应力集中。
多层多道和回火焊道焊接技术
多层多道焊接和回火焊道技术，使得后层后道焊接，实现对前层前道焊缝的高温回火，以达到消除接头部分应力的作用。
四、结论与持续改进
07MnNiMoVDR低温钢采用我公司焊接工艺评定中规定的焊条手工电弧焊焊接方法与焊接工艺，运用预热、后热、焊后高温回火热处理等措施及使用合适的规范参数，可获得高质量的焊接接头。
对焊缝无损检测检查发现的质量缺陷，用柱状图等统计缺陷的种类及分布。运用鱼刺图分析主要缺陷的产生原因，实施过程中关注改善的效果。
参考文献：
[1]《钢制压力容器》.GB150-2011.
[2]《固定式压力容器安全技术监察规程》.TSGR0004-2009.
[3]SH/T3525-2004《石油化工低温钢焊接规程》.SH/T3525-2004.
[4]《球形储罐施工及验收规范》.GB50094-2010.
[5]《球形储罐焊接工程技术》.北京机械出版社1999王佳玲.