異種鋼材焊接技術問題研究

摘要：異種金屬在性能上差別很大，焊接接頭區域存在著化學成分、力學性能和應力分布不均勻性等。焊接時須合理選擇焊材和工藝，嚴格控制焊接缺陷及焊縫稀釋率，以保證接頭的性能指標。本文就壓力容器異種鋼焊接常見缺陷及預防進行分析研究，以供參考。

關鍵詞：化工壓力容器；焊接質量；焊接缺陷；控制措施

1 壓力容器常見的焊接缺陷及原因

尺寸不合理。外形高低不平、焊波寬度不一及角焊縫單邊或下陷量過大等稱為焊縫尺寸不合理。產生原因：坡口角度不當或裝配間隙不均勻；熔渣的熔點和粘度高低參數不合適；焊接電流過大或過小，焊速不均，焊條角度不當等。

咬邊。由于電弧將焊縫邊緣的母材熔化后，沒有得到焊縫金屬的補充而留下缺口，從而消弱了受力面積，使接頭強度降低造成應力集中。產生原因一般由于電流過大，電弧過長，運條速度或角度不當引起。

氣孔。由于焊接產生氣體來不及溢出而在焊縫內部或表面形成孔穴。產生的原因包括：電壓偏高，電弧過長，焊速過快，電流過小；焊件表面油銹未清除干凈；預熱溫度過低；未將引弧和熄弧位置錯開；采用交流電源等。

夾渣。夾渣是金屬內部或融合線處存在非金屬夾雜物。產生原因包括：多層焊時每層焊渣未清除干凈；坡口角度設計不合理；焊縫的熔寬與熔深之比過小；焊接電流過小，焊速過快等。

未焊透。母材或母材與熔敷金屬之間存在局部未融合，它對應力集中及疲勞強度等性能影響較大。產生原因包括：坡口角度小，鈍邊大，間隙小；焊條角度不正確；焊件上有銹未清除干凈；電流過小、電壓過低、焊速過快、電弧過長，有磁偏吹等。

2 壓力容器異種鋼焊接常見缺陷預防措施

合理選材。壓力容器異種鋼焊材的選擇是進行焊接的關鍵所在，焊接接頭的質量及使用性能都和焊材有著重要的關系。本著合理、科學、有效的選材原則，在選用上應遵守以下幾部分：（1）碳鋼與低合金鋼焊接時，一般要求焊縫金屬或接頭強度不低于兩種被焊金屬的最低強度，選用焊條的熔敷金屬強度不低于較低側母材強度，同時焊縫金屬的塑性和沖擊韌性應低于強度較高而塑性較差側母材的性能。因此，可按兩者之中強度較低的焊材選用。為了防止焊接裂紋，應按強度高、焊接性較差的鋼種確定焊接工藝，包括焊接規范、預熱溫度及焊后熱處理等。（2）低合金鋼與奧氏體不銹鋼焊接，應按照熔敷金屬化學成分限定值來選用焊條，一般選用鉻鎳含量高、塑性、抗裂性好的奧氏體鋼焊條，按焊接性較差的不銹鋼確定焊接工藝及規范。（3）不銹復合板焊接應按基層、過渡層、復層要求選用焊條。基層焊接，選用相應的結構鋼焊條；復層應選用相應的奧氏體鋼焊條；過渡層必須考慮基層材料稀釋作用，選用鉻鎳含量高、塑性和抗裂性好的奧氏體鋼焊條。

設計合理的坡口形式。異種鋼焊接在坡口形式上應采用降低焊縫金屬的稀釋率，盡可能選擇對接焊縫，不留尖角、縫隙。坡口形式通常選用GB/T985中的形式，復合板材料選擇NB/T47015-2011《壓力容器焊接規程》中的形式，這些都可以采用V形、V和U聯合形坡口、X形。在復合鋼板焊接時，可以在接頭側通過機加方式，削薄基層金屬，可以保證焊接復層及過渡層時，使過渡層焊縫金屬過渡到基層中去，保證復層焊接質量。

選擇合理的焊接工藝參數。異種鋼焊接工藝參數的設定與熔合比有著重要關系。異種鋼焊接所規定的熔合比較小，應采用小線能量進行焊接，一般采用較小的電流、高焊速、多層多道焊。預熱溫度選擇上應采用就高原則，對于焊接性能較差的鋼材，應該通過預熱的方式來預防冷裂紋的出現。兩種鋼一種需要預熱，一種不需要預熱，焊接時，就應采用預熱措施；一種預熱溫度較高，另一種相對較低，進行焊接時應按照較高的溫度進行預熱。

正確執行焊接工藝規程。壓力容器異種鋼焊接工藝規程是進行焊件加工和實踐要求的參考文件，可確保由熟練焊工進行質量再現，也是焊接工藝人員對產品進行質量檢查的參考標準。對于一些產品的具體焊縫，必須應用理論實踐專業知識設計出合理、科學的工藝規程，將工藝規程下發到焊工手中，而焊工必須嚴格的按照工藝規程中規定的參數進行焊接。

3 焊接案例分析

某集汽集箱本體材質為15CrMo，屬于低合金耐熱鋼，規格為Φ377×25。主蒸汽閥門的材質為ZG20CrMoV，屬于低合金耐熱鋼，規格為Φ377×25。主蒸汽閥門的材質是為ZG20CrMoV，其成分中Mo 、Cr、V的含量較大，既能提高該鋼的高溫強度，也能增加焊接接頭的再熱裂紋傾向。根據焊件壁厚、管徑大的實際情況，決定采用氬電聯焊的工藝方法。施工中，要求兩名持證焊工同時對稱焊接，并保證均勻的層間溫度。手工鎢極氬弧焊打底及手工電弧焊填充蓋面后，立即對層間進行檢查，合格后及時進行下一層的焊接工作。

焊接施工工藝。焊接前，用磨光機把焊縫坡口兩側20m m范圍內的污物清理干凈。焊接的場地應搭設防風棚，以保證手工鎢極氬弧焊對防風的要求。根據施工現場的實際情況，決定采用火焰加熱法將焊縫相關的位置預熱到250℃左右。由于定位焊也是正式焊縫的一部分，因此預熱工作不能放松，必須達到要求的預熱溫度。焊接中的注意事項：（1）手工鎢極氬弧焊打底后，焊工應及時進行手工電弧焊蓋面，特別是最初的2-3層更應如此。（2）施工過程中，應始終控制層間溫度不低于預熱溫度值。（3）為保證質量，整個焊口應由兩名焊工對稱焊接一次性焊完。（4）施工完畢后，焊口應在外面包裹保溫用的石棉布3層進行保溫緩冷。

焊后的熱處理工作。控制溫度為720℃-760℃，恒溫時間應保持1小時。施工中應嚴格控制升降溫速度，要求如下：升降溫速度必須不大于250℃/h。熱處理后，對焊口及熱影響進行硬度檢驗，是否符合相關的規定和要求。

質量情況。由于焊件的不等壁厚，決定對焊口進行超聲波探傷檢驗，均達到《管道焊接接頭超聲波檢驗技術規程》規定的1級合格標準，完全符合要求。經水壓試驗強度試驗：焊口無滲漏。該焊口自投入實際運行，至今未發現異常。

參考文獻：

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（中國石油管道局工程有限公司天津分公司）