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低温钢压力容器焊接技术

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一、压力容器用低温钢及其焊接特点

GB150-1998《钢制压力容器》附录C规定，设计温度低于或等于－20℃的钢制压力容器为低温容器。

众所周知，钢材在低温条件下工作时具有冷脆性。衡量低温钢性能的主要指标是低温韧性，即低温下的冲击韧性和脆性转变温度，钢的低温冲击韧性越高，脆性转变温度越低，则该钢低温韧性越好。钢的成分和组织对低温性能都有显著影响，磷、碳、硅使钢的脆性转变温度升高，其中尤以磷、碳最为显著，而锰和镍会使脆性转变温度降低，对低温韧性有利。钢中含镍量增高时，可以使其在更低的温度下保持相当高的冲击韧性。一般来说，具有面心立方晶格的金属，其韧性随温度的变化极小，18-8型奥氏体不锈钢就是由于具有面心立方晶格，故在很低的温度下仍具有较高的冲击韧性。此外，钢的晶粒越细，低温冲击韧性越好。

低温钢就是通过严格控制钢材中的碳、硫、磷含量或加入一些钒、铝、钛和镍等合金元素，达到固溶强化、晶粒细化之目的，并通过正火或正火+回火处理来细化晶粒，使组织均匀化或使钢具有面心立方晶格，从而使钢在低温下具有足够的低温韧性及抵抗脆性破坏的能力，以保证设备在低温条件下能安全运行。

低温钢一般可分为无镍和含镍两大类。无镍钢的最低使用温度为-50℃，含镍钢最低使用温度根据含镍量的多少范围在-60℃~-196℃之间，-196℃以下则使用奥氏体不锈钢，有关奥氏体不锈钢的焊接在介绍不锈钢焊接时再作详细叙述，表为部分典型的低温钢的低温冲击韧性指标。

部分典型的低温钢的低温冲击韧性
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对不含镍的低温钢而言，由于其含碳量低，其他合金元素含量也较少，故其淬硬倾向和冷裂倾向都小，因而具有良好的焊接性能，一般可不预热或用较低的预热温度来进行焊接，当板厚较厚或低温环境下焊接时，才需要一定的预热温度。所以，这一类钢焊接时，只要选择相匹配的焊材和合适的工艺，保证焊缝及热影响区的低温韧性是不成问题的。

含镍低温钢由于添加了镍，虽然对冷裂纹倾向影响不显著，但却增大了热裂纹的倾向，必须严格控制钢及焊材中的碳、硫、磷含量，同时采用合适的焊接规范，使焊缝有较大的焊缝成形系数，即避免形成窄而深的焊道成形截面，就可以有效地避免热裂纹的产生。

总之，低温钢焊接的重点是保证焊缝及热影响区获得足够的低温冲击韧性。

二、压力容器用低温钢焊材选用

（1）所选用的焊材必须保证焊缝含有最少的有害杂质（S、P、O、N等），对于含镍低温钢尤其要严格控制。

（2）选用的焊材应保证焊缝金属的低温韧性。对于含镍低温钢，选用的焊材的含镍量应与母材相当或稍高。

三、压力容器用低温钢焊接要点

（1）采用小的焊接线能量为避免焊缝及热影响区形成粗大组织而使其冲击韧性严重降低，焊接时必须采用较小的焊接线能量，具体要求是，焊接电流不宜过大，焊条电弧焊时，焊条尽量不摆动，采用窄焊道、多道多层焊和快速多道焊以减小焊道过热，并通过多层焊的重复加热作用细化晶粒。多层焊时要严格控制层间温度。

（2）选择适当的焊接速度对于含镍低温钢进行埋弧自动焊时，切不可以提高焊接速度来获得较低的焊接线能量。这是因为当焊接速度较高时，由于熔池形成典型的雨滴状，且焊道成形变成窄而深的截面形状，此时就易产生焊道中心的热裂纹。所以，这类钢焊接时，焊接速度要特别选择适当，不可过小，也不可过大。

（3）避免咬边缺陷低温钢焊接时应注意避免弧坑、未焊透及咬边等缺陷，这些缺陷在低温条件下，在应力作用时，都会造成较大的应力集中而引起脆性破坏。所以对于低温压力容器而言，不允许有任何尺寸的咬边缺陷存在。

四、低温钢压力容器焊接实例

直径4400mm，长90m，壁厚为34mm的乙烯精硫塔，设计温度为-45℃。壳体材质为09MnNiDR，其主要承压焊缝的焊接工艺见表。

丙烯精馏塔焊接工艺
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说明：

① 壳程筒体直径较小，焊工无法钻入筒体内焊接，故壳程筒体纵、环缝只能从外侧施焊。同样，由于该设备结构方面的原因，壳程、管程筒体与管板的环缝焊接也只能从外侧进行。至于接管与对接法兰环缝，本设备中接管规格为φ273×12，亦无法从内侧施焊。以上焊缝需要单面焊，但又要保证质量，选用TIG焊打底是保证焊缝质量最有效的方法。对于壳程筒体环缝，也可采用GTAW打底，SMAW再焊两道，然后SAW焊剩余层的方法。

② 尽管管程筒体直径较小，但其长度很短，管程筒体纵缝、管程筒体与法兰环缝具备内侧焊条电弧焊的条件，故采用焊条电弧焊进行双面焊。

③ 接管、整体法兰与法兰盖、管板、壳体的角焊缝设备大合拢焊缝，鉴于此部位焊缝形状和焊接条件，一般选用焊条电弧焊。

④ 换热管-管板焊接是热交换设备的重要焊缝，其焊接方法有焊条电弧焊、手工钨极氩弧焊、全位置自动氩弧焊。焊条电弧焊是最早使用的焊接方法，其特点是效率高，但是质量对比于其他两种方法来说要差很多，现在基本上已被淘汰。但是在某些特殊场合，如丝堵式空冷器，其管子-管板焊接必须通过管板前的丝堵板进行焊接，这时只能用采用焊条电弧焊的方法，用小直径焊条焊接，这对焊工操作技术要求很高，一般在焊前需要对焊工进行专门培训。

目前使用最广泛，质量最好的焊接方法为自动氩弧焊。本设备中换热管-管板焊接采用全位置自动氩弧焊，焊接接头形式为角焊缝。焊丝直径为1mm，填丝焊两道。

⑤ 内壁与壳体内壁角焊缝，鉴于此部位焊缝形状和焊接条件，一般选用焊条电弧焊。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/18/2010)


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