压力容器焊接接头低温韧性的改善技术

[摘 要]现阶段，国内对压力容器的低温韧性都相当重视，尤其在一些比较重大的工程中，更是对焊接接头的韧性有很高要求。一般条件下，焊接接头的韧性主要取决于焊接材料与热循环两方面，如果不能在这两方面合理把握，便很难使焊接接头的韧性达到使用要求。本文以低合金低温用钢、镍合金钢以及铬镍奥氏不锈钢三种材料为基础，研究压力容器焊接接头低温韧性的改善技术，提出当前领域内存在的现实问题，并根据问题分析相应的解决建议，以期压力容器焊接接头低温韧性改善技术的进一步发展。

[关键词]压力容器；焊接接头；低温韧性；改善技术

中图分类号：TE988.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0013-01

在低温条件下，压力容器需要具备一定的韧性，以保障设备的正常使用，而在当前低温压力容器的制造过程中，焊接接头却常常出现低温韧性不合格的情况，严重影响设备的使用。随着我国工业建设的发展，一些工业设备中重要的技术规范也越来越被人们所重视。对于焊接接头低温韧性也是一样，其是对设备稳定运行的重要保障。

一、低温容器用钢主要类型

目前，我国应用于深冷技术容器中的低温用钢主要有镍钢、镍奥氏体不锈钢以及高锰奥氏体钢。而无论对哪种低温用钢进行使用，其自身的焊接工艺以及焊接材料都会有所区别。

1.低合金低温用钢

（1）随着近年来我国钢铁技术的发展，使得低合金高强钢的韧性也在这个过程中得到了很大的提高，而为了对其性能进行保证，其焊缝韧性就应当保证同基材能够基本保持一致。而为了对焊接接头的低温韧性进行良好的改善，就应当从焊接材料的变化开始。对于其韧性加强中一个主要方式就是对其合金化处理。在焊接的过程中，其中的某些钢体都需要使用强度级别较高的碳钢焊条，这种焊条则具备较好的可焊接性。目前，我国已有公司研制出了具有高韧性的低合金焊条，其具有更高的焊缝冲击韧性。而其中对韧性起到主要提高作用的元素为硅以及Ni。同时，此焊条还具有非常有益的焊接工艺性、抗冷裂性以及低温缺口韧性。

（2）E5018 则属于低氢钾型的材料，比较适合应用在低合金钢和碳钢之间的焊接工作中，同时，其焊缝的抗拉强度也会高于400Mpa 以上。但是目前我国生产的E5018 在低温冲击韧性的使用方面却还是存在着不稳定的缺点，在测试的过程中产生的波动较大。而经过相关研究机构对其进行实验得知，在E5018 中，其焊条具有的熔渣碱度对于使用过程中的冲击韧性有一个最佳值的存在，而无论熔渣碱度大于还是小于这个最佳值，都会对金属的冲击韧性造成降低。而当熔渣碱度的值大约为2.1 时，那么此时焊缝金属则具有一个稳定、较高的冲击韧性。对此，我国武汉钢铁集团特别开展了相关实验，其通过向焊缝之中尝试性的加入不同的元素，并分别对不同元素加入之后其焊缝强度以及低温韧性进行了一定的测试研究。研究结果表明，虽然在这个过程中添加不同合金元素，但是其具有的温度曲线以及冲击性能都处于一个较好的水平之中。

2.镍合金钢

（1）在我国石油化工中，其所使用的ET1901 是深冷区主要的设备，以四段、现场组装的方式焊接的。其主要材质为SA203E，设计的最低工作温度为零下101℃。且其使用N-3 焊条对其进行焊接，且其对层间温度以及预热温度所进行的控制也能够对接头韧性产生一定的影响。同时，其使用低线能量焊接，通过这种方式能够获得更强的冲击韧性。但是在焊接的过程中还应当注意对性能的适当把握，如果能量过低的话也会对防止冷裂纹出现方面存在缺陷，通常来说对接线能量的调节应当控制在20KJ/cm 以内为宜。从而能获得较好的韧性效果。

（2）压力容器钢板使用的为3.5Ni 钢铁，其在较低温度工作环境中具有较好的机械性能以及冲击韧性。在我国某公司中，其所制造的浓缩塔的封头材料，其可以工作在零下60℃温度中。通过其试验表明，其所使用的焊条能够通过对层间温度控制以及减少焊条摆动等方式对焊缝低温韧性性起到良好的稳定作用。其对于此浓缩塔进行以上方式的焊接控制之后，获得了较好的使用效果。同时，其还将破口角度进行了适当的增加，在这个过程中虽然焊接工作量相比以往有所增加，但是却能够通过这种方式实现了多层焊接，从而对韧性起到了很好的加强作用。另外，在该产品焊接的过程中，还是用了以快速、小电流焊接的方式，从而能够有效的对焊缝过程中的热输入实现降低，并对层间温度实行良好的控制从而最大程度使其韧性得到加强。而对于不能够以多层焊接的焊缝来说，则可以使用退火焊道的方式使其韧性得到提高。

（3）而随着我国工业技术的发展，在我国的南方地区也已经建立了很多大型天然气接收装置，在其中使用了9Ni钢来代替其他原有的Ni-Cr 材料，其具有更好的低温韧性，从而成为了该取低温储罐的主要制造材料。但是9Ni 钢的焊接也是一个难点，其同其它材料相比具有更难焊接的特点。根据相关实验表明，如果焊材具有较高的含碳量，那么就会使得材料的低温焊性得到降低，而当焊接能量没有处于规定范围之中时，也会由于影响到材料的最佳温度而使韧性达不到人们的要求。所以在对9Ni 钢进行焊接的过程中，应当将层间温度控制在较低的范围内，同时可以尝试对冷却速度提高，从而能够对焊接过程中硫、磷之间的聚集效果得到减少，并结合合格的焊接流程，从而保证焊接的成功率。

3.铬镍奥氏体不锈钢。对于不锈钢中所使用的A107 焊条来说，通常厂家都

从工艺性的角度对其耐腐蚀性以及抗裂性展开研究，而很少对其在低温状态下的冲击性能进行考虑。比如在某企业中，其用于改造的两台分离器中，两个焊条之间低温韧性存在较大的差距，而对冷却速度调整以及改进焊接规范之后，其韧性也没有得到改观。这时所应当使用的方式就是将焊条中M0 的比重由0.8 降低到0.3，则能够有效的对焊接韧性起到改善作用。另外，对于铬镍奥氏体不锈钢韧性实现保证的另一种方式是对不锈钢之中铁元素以及氢元素的含量进行降低，并同时使用小焊接规范，则能够对不锈钢韧性起到良好的加强效果。同时，在焊接的过程中，还应当尽可能使用较小坡口且能量线较小的焊接方式，也会对金属的低温韧性起到有效的加强。

二、当前存在的问题及相关建议

现阶段，很多压力容器企业中存在低温容器焊接低温韧性不符合规定的问题，因此，一些企业开始着力研究国外市场上性价比相对较高的焊接材料，试图找到新的发展契机。当前，我国在低温压力容器领域，其所能够应用的焊接材料还相对较少，甚至在一些领域中，国内还没有相应的焊接材料能够应用，而这种尴尬的现状直接导致的后果就是我国在低温压力容器用钢领域对国外市场的依赖性比较大，而在低温容器领域发展越来越壮大的今天，这种情况已经无法满足市场需求，这也会在很大程度上提升国际市场中材料的价格，进而打击我国本土的压力容器行业的发展与生产积极性。现阶段，我国很多焊接材料企业已经开始意识到这一问题，因此，开始对低合金钢焊接材料加以研究、应用与改进。在今后的发展中，焊接材料企业还需要加大对镍合金钢与铬镍奥氏体不锈钢等焊接材料的开发力度，以满足市场的发展需求，推动我国低温压力容器行业的进一步发展。

压力容器焊接接头在低温条件下保持较高的韧性是保证压力容器在低温条件下不受到破坏的主要手段，因此我国的压力容器企业要想获得进一步的发展，摆脱现阶段受国外先进设备与技术的牵制，就应该努力提升在低温条件下压力容器焊接接头的韧性。在焊接材料企业今后的发展中，要充分意识到当前存在的问题，加大对以上三种材料的开发与改进力度，以提升我国压力容器焊接接头的低温韧性技术。

参考文献

[1]曾传勇，曾辉.大型高压低温绕管换热器不锈钢外壳及紫铜芯体的焊接[J].压力容器，2013，20（12）：27―31.

[2]孙绪军，马洪光，侯钦利.低温甲醇洗系统吸收塔的现场组对与焊接[J].石油和化工设备，2011，5（25）：206-207.

[3]陈南.压力容器焊接接头低温韧性的改善技术分析和研究[J].价值工程，2014，14：49-50.