低溫球罐焊接缺陷原因及預防措施分析

張士峰　趙福臣

摘 要：低溫球罐在工業生產領域應用廣泛，指的是設計溫度在-20℃以下的球罐，該類設備在焊接時容易存在出現質量缺陷。本文首先分析了焊接缺陷原因，然后總結了幾點預防措施，以供參考。

關鍵詞：低溫球罐;焊接缺陷;原因;預防措施

在石油化工行業，低溫球罐是一種常用的儲存設備，由于長期處于高壓、低溫狀態下，會對球罐本身造成損傷，縮短了使用壽命。為了保證安全使用，要求低溫球罐具有較強的抗拉性、抗沖擊能力，并對焊接工藝提出了更高要求。以下結合實踐，探討了焊接缺陷的形成原因和預防措施。

1 低溫球罐焊接缺陷原因分析

1.1 焊接性能

以07MnNiMoDR高強鋼板為例，它的淬硬傾向、焊接性能是重點，根據研究結果，影響淬硬傾向的因素，主要是鋼板的化學成分。以Pem指數為例，代表的是冷裂紋系數，鋼板中的碳當量高低，決定了淬硬傾向的大小。如果含碳量較高，淬硬傾向越大，就會增加裂紋的形成風險。因此，碳當量處于適宜水平，焊接過程中出現裂紋的概率會降低。結合以往實踐，碳當量控制在0.35%以內，能提高焊接性能，減少缺陷發生。

1.2 氫含量

氫含量是引起焊接裂縫的重要原因之一，且焊接后不會馬上出現裂縫，而是在球罐使用中逐漸出現。一般而言，在接頭部位的氫含量越高，出現裂縫的概率越大。分析認為，焊接過程需要高溫環境，會有大量氫溶解在熔池內;然后環境溫度突然降低，此時氫元素就會快速逸出。但是，沒有及時逸出的氫元素，會增高接口部位的氫含量，變得脆化并出現裂縫。

1.3 接頭應力

低溫球罐在焊接期間，接頭會產生多種應力。以不均勻加熱產生的應力為例，球罐表面會出現焊接應力和變形。焊接作業時，金屬處于高溫下;焊接完成后，隨著環境溫度降低，金屬冷卻并沿著焊縫收縮，繼而出現裂縫。

2 低溫球罐焊接缺陷的預防措施

2.1 控制母材化學成分

對母材的化學成分進行控制，是預防焊接缺陷的有效手段。07MnNiMoDR高強鋼板屬于低碳合金鋼，碳含量決定了硬度指標，降低母材中的碳含量，有利于提高鋼板的抗斷裂能力，增強焊接性能。此外，還應該對鉛、磷、硫、錫、砷等元素的含量進行控制，尤其是磷和硫，含量過大會降低鋼板的強度和塑性。具體到07MnNiMoDR高強鋼板，碳含量應該控制在0.09%以內。

2.2 合理選擇焊接材料

低溫球罐在焊接時，需要使用專用焊條，例如直流電源低氫系堿性焊條，常用如LB-65L焊條、GER-N27M焊條等。這些焊條使用前，要按照規范標準檢測化學成分、力學性能，測定擴散氫含量，看是否滿足技術要求。當然，這兩種焊條在應用期間，也存在一定缺點，即對水、油、銹蝕的敏感性強，使用不當易產生夾渣和氣孔，會降低焊接質量。對此，一般需要對焊條進行預處理，使用前在350-400℃環境下烘干60min，然后放置在恒溫箱內，溫度控制在100-150℃，方便技術人員取用。此外，焊接作業前，還要清理焊口周圍，徹底去除油污、灰塵、水分等雜質，為焊接作業創建良好的環境。

2.3 規范焊接工序

對低溫球罐進行焊接，首先要選擇合適的機具和工藝，不能強制性組對，避免增大裝配應力、拘束應力。還要規范焊接工序，采用對稱焊接法，控制焊接速度和應力，按照先縱縫、后環縫，先外部、后內部的順序完成，能減少殘余應力和焊接變形。具體到球罐的焊接工序如下：中心帶縱縫→上/下級邊板縱縫→上級帶中心板縱縫→中心帶上/下環縫→上級帶環縫→下級帶中心板縱縫→下級帶環縫。按照規范的焊接工序進行作業，是減少焊接缺陷的有效措施。

2.4 改進焊接工藝

第一，提高工作溫度。工作溫度指的是預熱溫度、層間溫度，通過提高工作溫度，一方面可以降低焊后的冷卻速度，從而避免硬化、裂紋出現，降低淬硬傾向;另一方面可以控制接頭部位的氫含量，減少焊接應力，降低裂紋出現風險。值得注意的是，選擇預熱溫度時，應該結合碳當量水平，綜合分析板厚、化學成分、擴散氫含量等，避免溫度過高或過低。第二，減小接頭應力。降低接頭的應力系數，能提高接頭疲勞強度，具體措施如下：①焊縫處理完成后，及時清理表面，可使用砂輪打磨，實現焊縫和母材的圓滑過渡;②控制焊縫的余高，露出的接頭比較平滑，不會出現凹陷現象;③提高焊接工藝水平，對焊工的技能進行考核，落實培訓活動。第三，焊后熱處理。球罐焊接作業，是產生殘余應力的重要原因，焊后進行熱處理，可以對這部分應力進行消除或減小，提高焊接結構的強度，避免出現裂紋。實踐證實，焊后進行整體熱處理，可以提高熱影響區的塑性，增強沖擊韌性和抗腐蝕性能。具體處理時，將溫度控制在575±15℃，處理時間持續3小時;當溫度降低至400℃，即可自然冷卻。

3 結語

綜上所述，低溫球罐是工業生產中的常見設備，尤其是在石油化工企業應用廣泛。分析可知，低溫球罐在焊接作業中，容易出現一些缺陷，影響因素包括焊接性能、氫含量、接頭應力等。對此，控制母材化學成分，合理選擇焊接材料，規范焊接工序，改進焊接工藝，可以預防焊接缺陷，提高低溫球罐的使用性能。

參考文獻：

[1]何前進，陳輝華，常虎.TOFD檢測技術下的低溫乙烯球罐焊接質量控制措施[J].電焊機，2013（7）：39-41.

[2]賀文秀.低溫球罐焊接缺陷原因分析及預防措施[J].石油化工建設，2016（2）：48-51+56.