壓力容器制造用焊材的選用（下）

大慶油田工程建設(shè)公司建材公司石油石化設(shè)備廠 （黑龍江 163453） 郭曉春

無(wú)論怎樣滲合金都是為了改善焊縫的韌性和抗裂紋能力，尤其是燒結(jié)焊劑不但電弧燃燒穩(wěn)定，脫渣容易，焊縫成形美觀，而且具備環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，使焊縫獲得較高的沖擊（或低溫沖擊）韌性和焊縫質(zhì)量。因此，選用合理的適用的燒結(jié)焊劑是非常重要的。

在選擇低合金鋼埋弧焊焊絲時(shí)，要首先考慮焊絲中錳、硅及其他合金元素的含量，為了避免焊縫產(chǎn)生縱向裂紋和減少氣孔數(shù)量，應(yīng)選用含錳量較高的焊絲。其次要與焊劑一起根據(jù)容器的厚度考慮單道焊還是多道焊，多道焊要防止合金燒損，單道焊要防止母材的稀釋。而這都是影響母材和焊縫性能的主要因素，需要進(jìn)一步通過(guò)焊接工藝評(píng)定來(lái)解決。

3.氣體保護(hù)焊

壓力容器用氣體保護(hù)焊時(shí)，焊縫金屬的性能不但與焊絲的化學(xué)成分有關(guān)，還與采用的保護(hù)氣體成分十分密切。根據(jù)目前工廠的情況大致分為三種，首先是鎢極氬弧焊（TIG），由于是惰性氣體保護(hù)，沒有化學(xué)反應(yīng)，因此選用的填充焊絲只要與母材成分一致即可；當(dāng)然，不用焊絲僅用發(fā)熱的鎢極燃燒母材也可達(dá)到焊接的目的。缺點(diǎn)是熔深淺、熔速慢、效率低，只適用于小的配件接管或接管與法蘭的打底焊接。其次是CO2氣體保護(hù)焊，該焊接方法由于具有操作簡(jiǎn)單、效率高及成本較低的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛接受。但由于CO2是較強(qiáng)的氧化性氣體，飛濺大、熔渣多、焊縫成形差，更容易造成焊縫金屬合金燒損和氣孔的生成。因此，一般要求焊接壓力容器中非受壓的附屬配件比如裙座等。最后是熔化極氣體保護(hù)焊，也可以稱作混合氣體保護(hù)焊，在配比器的作用下，將多數(shù)氬氣（70%～85%）與少量CO2（15%～30%）氣體混合進(jìn)行焊接，這種方式具有焊接效率高、焊縫成形良好、焊道飛濺少的優(yōu)點(diǎn)，目前已越來(lái)越多被廣泛應(yīng)用。國(guó)外推行的高效全數(shù)字化焊機(jī)（比如福尼斯的TIME5000型）是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最成功的一例。

對(duì)于不銹鋼來(lái)講，一般情況下，對(duì)于鐵素體奧氏體不銹鋼由于焊縫金屬具有一定量的鐵素體，具有良好的塑性和韌性，焊材選用時(shí)，除從工藝角度考慮外大都選用藥皮類型為16或17的焊材（如A102）。

埋弧焊和氣體保護(hù)焊用不銹鋼焊絲與母材的化學(xué)成分相近，但應(yīng)配用無(wú)錳中硅中氟或無(wú)錳低硅高氟熔煉焊劑，最好是堿性燒結(jié)焊劑。

四、遵循等耐蝕性原則

壓力容器焊接接頭的等耐蝕性應(yīng)為耐蝕性、抗氫性和抗氧化性均不低于母材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定指標(biāo)或產(chǎn)品制造技術(shù)條件規(guī)定的相應(yīng)值。考慮焊接熱過(guò)程對(duì)接頭的耐蝕性可能產(chǎn)生的不利影響，應(yīng)選擇主要合金成分高于母材，而碳含量低于母材的焊接材料。

1.低合金鋼

近年來(lái)，隨著石油的深度開采，原油的含硫量越來(lái)越高，使得更多壓力容器處于濕硫化氫（H2S）環(huán)境中，此時(shí)因腐蝕而生成的氫原子很容易滲入鋼中，并在局部聚集，致使在鋼材內(nèi)部產(chǎn)生沿軋制方向擴(kuò)展的裂紋，而相鄰裂紋相互連接又會(huì)形成橫截于厚度方向、形似階梯狀的裂紋，這種現(xiàn)象稱為氫致開裂，簡(jiǎn)稱HIC。硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）則是金屬材料在硫化物腐蝕環(huán)境中的腐蝕和拉伸應(yīng)力的聯(lián)合作用下，所發(fā)生的延遲脆性斷裂現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)鋼材廠家制造了超低S（wS≤0.005%）、低P（wP≤0.015%）的抗H2S等腐蝕的HIC材料。目前常用的有Q245R（HIC）及Q345R（HIC）兩種材料。同樣焊接材料也就相繼產(chǎn)生，比如哈爾濱焊接研究所威爾公司的“SHA”系列焊材，其使用選擇原則除按照低合金鋼的焊材選用原則外，必須首先保證其具備S、P的含量達(dá)到規(guī)定數(shù)值，然后焊接接頭經(jīng)過(guò)720h的SSCC試驗(yàn)方可進(jìn)行使用，具體選擇如表5所示。

表5 低合金鋼HIC耐蝕鋼容器焊材選用

近年來(lái)應(yīng)用以上焊接材料焊接國(guó)內(nèi)外HIC類材料的壓力容器近百余臺(tái)，效果良好，為國(guó)內(nèi)壓力容器制造行業(yè)贏得了信譽(yù)。說(shuō)明我國(guó)焊材生產(chǎn)水平在一定程度上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

2.不銹鋼

由于不銹鋼本身具有很強(qiáng)的耐蝕性和抗氧化性，所以焊材的選用可參照母材的材質(zhì)牌號(hào)，選用與母材成分相同或相近的焊材。由于碳含量對(duì)不銹鋼的耐蝕性能有很大影響，因此應(yīng)選用熔敷金屬含碳量不高于母材的焊材。也就是說(shuō)，盡可能保證其合金成分大致與母材成分一致或相近，在不影響耐蝕性的情況下，含一定量的鐵素體，這樣既能保證良好的抗裂性能，又有良好的耐蝕性能。

3.異種鋼

在壓力容器制造過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)不銹鋼與碳鋼或低合金鋼焊接的情況。在這種情況下，通常焊材的選用原則是“就高不就低”，選用耐蝕合金成分高的不銹鋼焊材，來(lái)解決由于焊接過(guò)程中焊縫金屬成分的“滲碳”和顯微組織的一些變化。因?yàn)樘间摶虻秃辖痄撛谂c不銹鋼接觸時(shí)不銹鋼中鉻元素會(huì)“非常活躍”，與碳元素形成不可逆轉(zhuǎn)的碳化鉻組織（C6Cr23），該組織游離于焊縫中或不銹鋼組織里，本身不具備任何抗蝕能力，使本來(lái)很好的、抗蝕性很強(qiáng)的不銹鋼組織造成了“貧鉻”現(xiàn)象，從而使材料形成點(diǎn)蝕或銹蝕，嚴(yán)重時(shí)，還可能導(dǎo)致裂紋。

因此，在壓力容器制造中通常為碳鋼或低合金鋼與奧氏體不銹鋼相焊時(shí)要本著以下情況進(jìn)行考慮：①焊縫金屬的成分稀釋。②熔合區(qū)的塑性 在焊縫金屬靠近低合金鋼一側(cè)，熔合區(qū)附近存在寬為0.2～0.6mm的低塑帶，該區(qū)域中存在馬氏體組織，會(huì)明顯降低接頭的塑性韌性和耐蝕性。③碳的擴(kuò)散遷移能造成接頭在熔合區(qū)發(fā)生脆性斷裂。④熱應(yīng)力及其影響。

總之，無(wú)論任何一種碳鋼或低合金鋼與不銹鋼相焊時(shí)，必須選用不銹鋼焊材，否則將難以滿足其組織抗蝕性要求。常見異種鋼焊材使用如表6所示。

表6 常用碳鋼低合金鋼與不銹鋼焊接材料

五、遵循適用性原則

考慮到產(chǎn)品材料的最佳匹配而保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，還有很多因素制約著焊接材料的選用，歸納起來(lái)，必須從以下條件進(jìn)行適當(dāng)選擇。

（1）要充分考慮工件的復(fù)雜程度、坡口制備以及適當(dāng)?shù)暮附硬课?由于工件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度較大，其冷卻速度快而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力大，所以容易出現(xiàn)裂紋，為此應(yīng)選擇抗裂性好的焊材；如受條件限制使某些焊接部位難以清理時(shí)，就應(yīng)考慮選用氧化性強(qiáng)的、對(duì)銹蝕或油污等不敏感的酸性焊材。

（2）要充分考慮焊工的身體健康 鑒于堿性焊條對(duì)操作技術(shù)和施工準(zhǔn)備要求較高，且產(chǎn)生的焊接煙塵有害影響較大，故在酸性和堿性焊材都允許得情況下優(yōu)先選用酸性焊條。

（3）要充分考慮焊材使用的經(jīng)濟(jì)性 在保證使用性能滿足壓力容器要求的前提下，適當(dāng)選用合適的不同價(jià)位的焊材，主體焊縫按照要求可以使用精煉水準(zhǔn)高的焊材，對(duì)一些輔助配件，可以適當(dāng)考慮使用價(jià)格低的普通焊材，不要片面追求焊材的全面性能，只要滿足需要即可。