Q345R(HIC)钢厚壁容器的焊接及缺陷原因分析

摘 要 介绍了影响Q345R（HIC）厚壁板焊接质量的主要因素，根据这些主要因素对Q345R（HIC）厚壁板在焊接过程中出现的缺陷原因进行分析，并采取相应防范措施及合理的返修措施，提高焊接合格率。

关键词 Q345R（HIC）厚壁板；焊接质量；缺陷原因；防范措施

中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-192-02

近期，我公司承接的某石化公司循氢压缩机入口分液罐的制造工作，由于设备筒体厚度为δ=86 mm，制造过程中涉及到Q345R（HIC）厚壁钢板的焊接工作，因此在加工制造过程中加工应力大，对Q345R（HIC）钢板的焊接有直接影响，必须采用合理的工艺方法。根据单位实际状况，制定了合理的焊接工艺及在焊接完后产生缺陷时修复的措施。

1 影响Q345R（HIC）厚壁板焊接质量的主要因素

1.1 环境温度

由于环境温度低，焊接壁厚较大的设备时，焊后接头迅速冷却，极易产生裂纹，所以应采取降低环境温度的影响，如采取焊前预热，焊后缓冷。

1.2 钢板厚度

一方面，钢板厚度越大，则刚性越大，焊接后引起的应力也越大。另一方面，随着钢板厚度的增加，散热也越快，焊接后冷却的速度也越快，材料的脆性也相对增加。当焊接接头质量要求高时，往往要求进行热处理来改善焊接接头的性能。

1.3 坡口形式

采用埋弧焊进行多层多道焊接时，坡口角度加工过小或清根时打底焊道坡口角度过小，容易导致熔合比增大，使焊道金属碳、硫、磷含量增加，从而使得焊缝成型时熔池金属杂质增多，容易产生裂纹。

2 焊接工艺的制定

2.1 焊前准备

2.1.1 焊接材料

Q345R（HIC）焊接材料应通过焊接工艺评定，保证焊接完成后焊缝与钢板具有相同的性能，但其中硫含量不大于0.010%，磷含量不大于0.020%。焊丝AT-H08MnHIC，焊剂选用AT-SJ613HI。焊机需进行350℃烘烤，保温1小时。

2.1.2 坡口形式

设备纵、环缝均采用不对称的X坡口，坡口结构形式如图1所示。

2.1.3 坡口清理

焊接前用砂轮机清理坡口及周围的铁锈、油污及氧化皮等杂质。

2.2 焊接工艺选择及实施

2.2.1 焊接要点

焊接时先焊接内部焊缝，然后进行外部焊缝的焊接。手工电弧焊焊接内侧（焊二层） ，埋弧自动焊焊满内侧；焊接完成后采用碳弧气刨及砂轮机对外部进行清理，然后再用埋弧焊进行多层多道焊接，层间温度不得低于预热温度。焊接工艺参数见表1。

表1 焊接工艺参数

2.2.2 焊前预热

因为该筒体拘束度较大，刚性也较大，焊前预热可以减少焊接裂纹的产生，改善焊接接头的应力。焊前进行预热，预热温度为150℃-200℃，采用电加热带对焊缝处进行包裹加热，预热范围是以焊缝中心为基准，两侧各不小于3倍壁厚，预热应均匀，防止局部过热。

2.2.3 焊后消氢处理

焊接完成后进行热处理，温度为200℃-250℃，保温1-2小时，使焊缝中的氢充分溢出。

3 焊接缺陷产生的原因及缺陷的修复

3.1 产生焊接缺陷原因分析

3.1.1 未熔合

1）对于产生的未熔合，由于焊接电流较小，焊接速度较快，致使焊缝未彻底熔合，导致未熔合现象的产生。

2）焊工的操作水平有限，没有彻底掌握厚壁板埋弧焊的应用。

3）焊丝未对正所需焊接的部位。

3.1.2 夹渣产生的原因

采用多层多道焊接时，焊丝位置没有放正，导致咬边夹渣，在每一层清理时，没有完全清理干净，导致夹渣的出现。

3.1.3 气孔产生原因分析

1）焊剂烘烤温度及保温时间不够，或者在使用过程中焊剂在空气中暴露时间过长，使得焊剂受潮。

2）焊剂覆盖厚度不当。

3）预热温度、预热范围达不到工艺要求，使氢进入熔池。

3.1.4 裂纹产生原因分析

1）由于使用了碳弧气刨进行清根，使得焊道碳元素含量增加，焊缝在凝固过程中，碳元素熔入了焊缝，使得焊缝强度减小，在焊缝应力的作用下，形成了裂纹。

2）由于设备采用厚度为86 mm的Q345R（HIC）厚壁钢板，焊缝坡口角度较小，清根后焊接使得熔合比增大，而焊缝的成形系数偏小，焊接出现裂纹就有了条件。

3.2 焊接缺陷的修复

1）对于某些无法确定实际位置的缺陷，可先采用超声检测，确定具体的缺陷位置。

2）采用碳弧气刨将对缺陷进行清除，清除完缺陷后将氧化铁等用砂轮机进行打磨，保证缺陷完全清除干净。

3）缺陷清除完成后，对焊缝处进行预热，预热温度与焊接时预热温度相同。

4）温度达到预热温度后进行补焊。焊接方法采用手弧焊，焊接材料为J507HIC，焊条规格Φ3.2 mm和Φ4.0 mm，焊接电流直流反接。Φ3.2 mm电流95 A-115 A，电压19 V-21 V，焊速5.5 cm/min -7 cm/min；Φ4.0 mm电流135-150 A，电压22 V-24 V，焊速6 cm/min-9 cm/min。

5）补焊完成后对焊缝进行后热，使焊缝中的氢充分溢出。

6）待补焊处完全冷却后，对该部位进行无损检测未发现未熔合、夹渣、气孔、裂纹等缺陷。

4 焊后热处理

焊后热处理类型为去应力退火，每条环焊缝、每条纵焊缝、每个封头外表面上至少布置2对热电偶（互成180°），内表面上至少布置1对热电偶，实测控温，并应用连续式记录仪记录温度的变化。焊后热处理工艺曲线见图2。

5 结论

1）Q345R（HIC）厚壁板的焊接要合理的选择坡口形式，适当增加X坡口的角度或在厂房施工条件允许的情况下加工为U型坡口来实现焊接的优良性能。

2）厚壁容器采用焊前预热、合理的焊接工艺、焊接完成后的消氢处理及消除残余应力热处理可提高焊接接头的韧性。也是高质量进行Q345R（HIC）厚壁板焊接的根本保证。

参考文献

[1]张春华，张文，巨一浪，刘洪霞，周涛.厚壁容器焊接的缺陷原因分析及修复[J].石油化工建设，2007（4）.

[2]刘晓昀.厚壁压力容器的焊接质量控制[J].中国海上油气（工程），2003（04）.