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浅析低温钢制压力容器焊接质量控制

发表时间：2021/5/31 来源：《基层建设》2021年第2期作者：陈兆飞

[导读] 摘要：低温钢压力容器的焊接工艺越来越受到重视，但制造条件相对复杂且工作性能受到压力、温度、介质等诸多因素的影响，很容易引起破坏性事故的发生。

        中国石油天然气第七建设有限公司山东胶州 266300
        摘要：低温钢压力容器的焊接工艺越来越受到重视，但制造条件相对复杂且工作性能受到压力、温度、介质等诸多因素的影响，很容易引起破坏性事故的发生。因此，必须对低温钢压力容易的制造进行严格控制，加强低温钢压力容器焊接工艺的改良。本文主要通过分析影响低温钢压力容器焊接质量的因素，总结在低温钢制压力容器焊接过程中的相关注意事项和质量控制措施，希望能为未来低温钢压力容器产品市场的发展奠定坚实的基础。
        关键词：低温钢压力容器；焊接工艺；焊接质量
        0引言
        焊接工艺作为压力容器制造中的关键技术，在整个压力容器制造中占有很大比重。焊接质量的好坏，对压力容器的质量、可靠性和安全性有着直接影响。低温压力容器一般是指设计温度低于-20℃的压力容器，包括CO2吸收塔、H2S吸收塔、液化乙烯、液化天然气等存储和运输容器。随着我国工业水平的进步和发展，低温钢压力容器焊接工艺水平也有了一定程度的提高，其质量管理水平也有了明显改善，同时也促进了我国经济的提升。因此，在进行低温钢压力容器的生产和制造过程中，必须重视焊接工艺，满足国家规定的有关焊接标准和要求，从而确保低温钢压力容器的质量。
        1我国低温钢压力容器焊接工艺现状分析
        我国低温压力容器钢的类型包括含Ni和不含Ni两类。而钢的韧性也和温度有关，温度越低，钢的韧性越低。因而，在低温环境下，钢材容易出现破坏性脆性断裂。我国的低温钢压力容器在能源、石油和化工行业产品的各种液化气的运输中有着重要应用。所以，对于低温钢压力容器的要求是具有抗低温脆化能力。另外，因为镍元素会增加热裂的趋势，所以低温钢容器的焊接工艺应得到严格控制。当前，我国低温钢压力容器焊接工艺还存在很多质量问题有待解决。外部焊接质量问题：（1）由于焊接工艺出现不合理设计或是焊接工艺不灵活，产生外力对压力容器的作用，使其局部应力增大导致变形出现，很大程度上降低了压力容器的安全性；（2）焊接工作进行时，由于使用电流强度不够的焊接设备，出现焊缝的宽度变窄现象，导致焊接的尺寸不符合要求；（3）焊接设备的工作电流过大、焊接技术的选择不规范，导致出现咬边现象；（4）由于不恰当的焊接工艺，导致容器出现凹陷等缺陷。内部质焊接量问题：（1）由于留在焊接池中的气泡没有及时逸出、金属表面被少量油污染，造成气孔的出现；（2）由于焊接设备电流强度不符合标准、焊接操作太快或焊道不平整等产生炉渣，通常出现在非平滑位置，如槽的边缘；（3）由于焊接接头未完全熔化时，两个焊接部分之间存在一定间隙，不能很好地集成，影响压力容器的稳定性和密封性。
        2焊接质量的控制措施
        2.1低温材料的选取与管理
        低温钢焊接过程中选择焊接材料的规则如下：①所选择的焊材必须确保其焊缝所含的有害杂质要少，特别是含镍的低温钢更应该严格地控制。②所选择的焊接材料需要注意其焊缝金属的低温韧性。③对于含镍的低温钢，焊接中所选用的焊接材料的含镍量应和母材接近或稍高。材料的评价：在进行材料的采购前，质量管理、采购等部门应联合对制造单位或供应商进行供方考察、评价，制造单位应具有相应的合法资质和制造、检测等保证产品质量的能力，供应商应具有合法的营业执照等工商税务手续，并必须具有材料制造厂家的销售授权委托书。材料管理：
        （1）建立入库、发放、回收等记录、台帐，建立健全领用手续，记录应准确及时，保证具有可追溯性。
        （2）材料摆放要有待验区、合格区及不合格区三个区域。
        （3）验收入库。根据有关国家、行业规定，结合本单位的情况，进行验收入库，办理相关的确认手续。
        （4）应进行编号、标记清晰、移植准确等，不同牌号、不同规格、规格的材料要隔离存放。确保材料不混料。
        （5）具备防锈蚀等条件。
        （6）板材：特别注意先移植后下料。

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        （7）焊材管理：焊材库必须分为一、二级库，具备必要的设备和管理制度，必须有焊材的烘干、发放、回收的详细记录，焊材的放置、除湿等要按照有关规定进行。
        （8）材料代用：按照《容规》的规定进行。
        2.2焊接接头的检测
        低温压力容器对接接头（A、B类接头）进行100%射线（RT）或是超声（UT）的情况主要包括以下几个方面：
        ①压力容器的设计温度为-40℃以下；
        ②压力容器的设计温度等于或是高于-40℃，但对接接头的厚度为25mm以上；
        ③该压力容器为进行气压试验的容器；
        ④低温压力容器的图样上已经注明该容器用于盛装毒性为极度危害或是高度危害介质的容器。
        2.3焊接接头的质量保证
        正确选配焊接材料，采用合理的焊接工艺方法，控制熔合比，调节焊接热循环特征，运用合理的操作方法和坡口设计，辅以预热、层间保温及缓冷、后热等措施，或焊后热处理方法等，可获得优质的焊接接头。
        2.4整体焊后热处理质量控制
        为了保证低温压力容器的质量，在制造完毕后，低温压力容器必须进行焊后消除应力热处理。主要方法有：局部热处理、炉内整体热处理、炉内分段热处理、整体内部热处理四种。其中整体热处理效果最好，消除残余应力消除率在90%以上。低温压力容器整体热处理过程为：升温（加热）—保温—降温（冷却）。按照我国标准规范规定：升温速度≤200℃/h，降温速度≤260℃/h；对于大尺寸、复杂结构的低温容器，为了避免加热、冷却温差，应采取较小的加热、冷却速度，但最低速度不能小于20℃/h，保温温度为相变点以下，再结晶以上；对于调质或正火＋回火钢，其保温温度应在回火温度以下30℃左右为宜，保温时间不能短于规定的最少保温时间，而且只要达到规定的保温时间和温差要求，就能很好地消除残余应力而不会产生大的温差应力。
        2.5低温钢冷裂纹的防止措施
        关于低温钢冷裂纹的防治措施：减少氢气源，选择低氢焊条，且需要完全干燥保存；置于空气中4小时，就必须干燥，最多干燥一次；选择合适的焊接线能量，线能量过大或过小都不利于消除冷裂纹；焊前预热，焊后缓慢冷却，及时进行焊后热处理；非焊接部位不能进行点焊，会造成冷裂纹的产生，更有可能留下安全隐患；使用正确的焊接参数，保持焊池是圆形、浅而宽；对于出现裂纹的情况，要及时用碳弧气刨或砂轮将被完全抛光去除，避免再进行熔化；用收弧板将凹坑移动到焊件的外部。
        3结束语
        低温钢压力容器的焊接工艺越来越受到重视，但制造条件相对复杂且工作性能受到压力、温度、介质等诸多因素的影响，很容易引起破坏性事故的发生。因此，必须对低温钢压力容易的制造进行严格控制，加强低温钢压力容器焊接工艺的改良。对于低温钢压力容器的焊接过程，一定要严格执行生产要求，加强监督检查，确保低温钢压力容器的生产符合检验标准后投入使用。另外，还需要定期进行焊接工艺评估的员工培训，学习低温钢压力容器焊接工艺的相关专业知识，对员工进行科学合理的管理。对于不符合生产标准或质量出现问题的低温钢压力容器，应及时予以修理，提高低温钢压力容器在运行过程中的平稳性，从而为企业的发展提供更多的经济效益。
        参考文献：
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        [2]高锐.低温钢制压力容器焊接工艺综述[J].工业C，2015（50）：95-95.
        [3]刘丹，罗登，肖强健，等.湘钢低焊接裂纹敏感性X610CF钢性能及应用[J].钢铁研究，2011.