张振家
山东华昱压力容器股份有限公司 山东 济南 250000
摘 要：随着我国科学技术的持续发展，低温技术日趋成熟，低温压力容器的使用范围随着扩大，通常，低温钢制压力容器指的是在-20℃的温度下设计出来的产品，它被广泛用于冷冻设备、石油化工行业和低温工程中。由于其工作所处条件具备较强复杂性，运行会受到各种因素的影响，如压力、温度、介质等，因此，对低温钢制压力容器焊接提出了较高要求。文章重点对低温钢制压力容器焊接中易出现的问题和其焊接工艺进行了阐述，以供参考。
关键词：低温；钢制；压力；容器； 焊接；工艺；质量
1.低温钢压力容器焊接工艺现状分析
现阶段，低温压力容器的类型被分为两类，即Ni 和不含Ni 。由于钢的韧性与温度有着直接关系，钢的韧性会随着温度的变化而变化，其温度越低，钢的韧性会随之下降，所以，在低温环境下，钢材极易出现破坏性脆性断裂。在我国，低温钢制压力容器主要被应用在能源、石油和化工行业，承担着运输各类液体的任务。另外，由于镍会加速热裂速度，因此，必须严格控制低温钢制容器的焊接工艺。目前，在焊接低温钢制压力容器中，还存在许多问题，具体如下：
1.1 外部焊接质量缺陷
（1）错边，若未科学设计焊接方案或者操作人员的焊接技术不熟练等，都会出现错边问题；低温钢制压力在外力的作用下，局部应力增加极易发生变形，导致压力容器的安全性大大降低；（2）焊接尺寸不达标，在焊接低温钢制压力容器时，如果焊接工具的电流强度未达到相关要求，将会影响焊缝宽度，进而导致焊接尺寸不达标。另外若焊弧过长，也会对焊接尺寸造成影响，因此，在焊接操作中，必须对焊接设备的技术参数进行调整，并严格对焊弧长度进行控制。（3）咬边，造成咬边问题的原因较多，焊接工具电流强度不达标或者不按规定操作等，都会造成咬边问题，因此，必须严格调整控制焊接工具的技术参数；（4）其他焊接问题，在焊接低温钢制压力容器过程中，不按规定进行焊接操作、焊接工具技术参数调整不合理、未按要求保存焊接材料、焊接环境不好等，都会导致焊接的低温钢制压力容器存在质量问题和安全隐患，如表面飞溅、凹陷等问题。
1.2 内部焊接质量缺陷
（1）气孔，出现气孔的原因多数是由于焊接熔池内的气泡未完全溢出所致，或者是焊件金属表面没有清理干净，有水、油污、灰尘等污染物，另外，如果焊接所处环境湿度过大、未按要求进行焊接等，会会导致出现气孔；（2）夹渣，如果焊缝中残留有熔渣，即夹渣，一般存在于破口边缘凹凸不平的位置；另外，焊接工具电流不统一，焊接操作过快、焊接轨道缺乏平稳性，都会致使焊缝中残留熔渣；（3）未焊透和未熔合，一般主要表现在两个工件焊接接头处存在缝隙，直接对低温钢制压力容器焊接的强度、韧性、脆性和硬度造成影响；（4）裂纹，一般出现裂纹的原因多数因为工件本身结晶结构中含有低熔点杂物，在焊接过程中，如果作用力太大，会对原子层的结合力造成破坏，引发裂纹；如果焊接工件存在裂纹，则会导致低温钢制压力容器的密封性和安全性大幅下降，因此，必须严格检查焊件质量，并要求操作人员熟练掌握焊接技术。
2.低温钢制压力容器焊接工艺
2.1 低温钢材的管理
妥善管理低温钢材，将会使后期焊接工作顺利进行。在分布钢材、循环利用和现场管理方面，需制定科学的管理制度，特别要注意，在加工现场，严谨将低温钢与一般钢材混合在一起，防止现场发生安全问题。另外，严格控制低温钢材的质量，在储存和运输低温钢材时，应对其进行分类标记；管理人员应做好相应的监督工作，防止出现直接在低温钢材表面做钢标的问题；同时，要求对低温钢管理和焊接的人员进行严格管理，要求其必须能够熟练识别低温钢和焊条，防止将其和普通用途的钢混淆；在采购和使用低温钢材时，必须进行详细记录，并及时迁移剩余材料；在存放低温钢材时，还应按批次、规格进行分类存放，注意将框架与地面的距离控制在300mm以上，禁止将其直接堆放于地面。
2.2科学选择和管理焊接材料
一般，电极电弧焊（SMAW）和埋弧焊（SAW）是焊制低温钢制压力容器的主要方法，若低温钢的使用温度设置在-45℃以上，多使用高韧性的低氢电极；当低温钢的使用温度设置在-60℃以下，多使用含镍低温钢电极；当低温钢的使用温度设置在-100℃时，多使用镍含量为 3.5%以上的钢，并要求其含有适量钼低温钢焊条。另外，在使用焊条前，必须对其进行干燥处理，将其置入便携式保温管，把机筒温度设置为100～150℃。而在焊接材料方面，在采购前，必须审查供应商的资质，对焊接材料进行检测评价，以保障材料的质量；在对焊接材料进行选择过程中，选用的材料应满足以下要求：焊缝中有害杂质少，且保证低温焊接材料具备较强韧性。
2.3焊前预热技术
在焊接时，如果初期焊接温度与焊接过程中钢材温度存在较大差异，会导致焊接材料出现严重的热胀冷缩问题，对低温钢制压力容器的安全温度性和密实性造成影响，因此，为保障低温钢制压力容器达到规定标准和质量要求，就必须降低焊接过程和焊接前后的温差，从而使焊接材料均匀收缩，所以，必须在焊前采取预热措施，使整个焊接过程的温度保持均匀，以保障低温钢制压力容器的质量。
2.4低温钢冷裂纹的防治措施
低温钢冷裂纹的防治措施有以下几种，即降低氢气源，尽量使用低氢焊条，且对其进行干燥处理并保存；对焊接线的能量进行科学选择，线能量太大或者太小都会影响其防治效果；焊前进行预热，焊后逐步进行冷却，在焊后及时进行热处理；非焊接位置禁止点焊，若不按规定操作，便会引发安全问题；合理设置焊接参数，将焊池设置为圆形，并要求其浅而宽；针对已经出现的裂纹，可以在第一时间使用碳弧气刨或砂轮对其进行抛光处理，禁止采取二次熔化的方式；将凹坑用收弧板移至焊件外部。
2.5焊后热处理质量控制
由于低温钢制压力容器在焊接后，会在各种内部应力的影响下，在低温情况下发生脆性断裂。而进行焊后热处理，可以使焊接残余应力消除，有效对焊缝金属中的氢气进行去除，改变软化热影响区和加工变形区的结构组织，提升低温钢制压力容器的低温韧性。因此，可以看出焊后进行热处理，可以大大改善低温钢制压力容器的质量，常用的焊后热处理方式有以下几种，即局部、炉整体、副炉和整体内部热处理四种方式。其中，热处理效果最好的是整体热处理方式，它可以有效消除残余热应力，去除率高达90%。进行焊后热处理时，需要将工件材料、加热方式、尺寸等因素考虑在内，并对保温温度进行严格控制，要求保温温度范围应比转变点低，且要比再结晶温度高，以利用恢复和再结晶的方式消除晶格变形和硬化结构，使残余应力全部释放和松弛，从而规避焊接区再加热发生脆性等问题，保温时间方面，一般要求将保温时间控制在规定范围内即可，以有效消除残余热应力，通过对保温时间进行延长，可以有效消除应力；在加热、冷却速度方面，由于加热和冷却速度与钢合金元素、厚度、结构的复杂性关系密切，因此，需结合焊接工艺和实际情况科学进行选择，以确保低温钢制压力容器的质量。
结束语
在低温钢制压力容器制造生产过程中，焊接是非常重要的环节，所以，必须严格对焊接质量进行控制，以保障低温钢制压力容器在后期运行过程中的安全稳定性。因低温钢制压力容器用于特殊环境，因此，对焊接工艺提出了非常高的要求。为防止低温钢制压力容器出现质量问题，应在焊接过程中，严格控制焊接的各个过程，并在实际焊接过程中，对其不断进行改进，以最大限度保障低温钢制压力容器使用过程中的安全性。
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