奧氏體不銹鋼制壓力容器焊接質(zhì)量控制

趙杰

摘 要：焊接是奧氏體不銹鋼壓力容器制造的關(guān)鍵工序，焊接質(zhì)量將直接影響壓力容器安全運(yùn)行和使用壽命。因此，在奧氏體不銹鋼壓力容器產(chǎn)品安全檢驗(yàn)過程中，焊接質(zhì)量檢驗(yàn)非常重要。該文分析了奧氏體不銹鋼的焊接性和性能特點(diǎn)，有針對性的提出了焊接質(zhì)量控制措施，從而保證壓力容器的制造質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼 壓力容器 焊接質(zhì)量控制

中圖分類號：TF351 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0113-01

《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》將涉及生命安全，危險(xiǎn)性較大的壓力容器定義為特種設(shè)備。特種設(shè)備是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)備，是與人民群眾生活密切相關(guān)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，廣泛應(yīng)用于社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，一旦發(fā)生事故，將會造成嚴(yán)重的人員傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失。

特種設(shè)備的生產(chǎn)制造過程離不開焊接環(huán)節(jié)，焊接是特種設(shè)備產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程的一項(xiàng)關(guān)鍵工序，其質(zhì)量的好壞將直接影響到特種設(shè)備安全運(yùn)行和使用壽命。因此在對特種設(shè)備安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)過程中焊接控制十分重要。下面就奧氏體不銹鋼制壓力容器的焊接性能及特點(diǎn)，施焊控制重點(diǎn)介紹如下。

1 奧氏體不銹鋼的焊接性能及特點(diǎn)

奧氏體不銹鋼可采用焊條電弧焊和氣體保護(hù)焊方法施焊，其焊接過程對氫脆不敏感，焊態(tài)下接頭也有較好的韌性和塑性，可焊性較好。但如焊接工藝控制不當(dāng)，焊接接頭易存在以下問題。

（1）奧氏體不銹鋼具有較大的電阻率和線膨脹系數(shù)，較低的導(dǎo)熱率導(dǎo)致焊接過程中的焊接變形大，易形成熱裂紋。

（2）在焊接過程中，若在敏化區(qū)停留時(shí)間（對于18-8鋼，在450℃～850℃溫度之間）過長，短時(shí)加熱就很容易促使產(chǎn)生晶間腐蝕傾向，其原因是晶界上易形成鉻的碳化物，造成晶界貧鉻，降低抗晶間腐蝕能力。

2 施焊控制重點(diǎn)

2.1 焊接變形與殘余應(yīng)力控制

焊接是一種局部加熱的工藝過程，這種過程會造成母材局部受熱膨脹和冷卻收縮現(xiàn)象，因此所有焊接均會產(chǎn)生不同程度的變形，這些變形有可能導(dǎo)致容器棱角度、直徑、橢圓度、垂直度、平面度等參數(shù)不符合設(shè)計(jì)圖樣的要求，也可能導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力引起的焊接裂紋等缺陷。為減少焊接應(yīng)力與變形引起的不利影響，在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對焊縫的配置、形狀尺寸、數(shù)量等因素加以考慮。因設(shè)計(jì)時(shí)，焊縫已經(jīng)確定，只能采取焊接工藝措施來控制減少變形和殘余應(yīng)力的影響。在實(shí)際監(jiān)督檢驗(yàn)時(shí)，對壓力容器制造廠的焊接工藝以及合理施焊順序進(jìn)行加以控制，盡量減少焊接接頭的拘束度是焊接工藝控制變形的基礎(chǔ)，也可采用反變形法和剛性固定法對設(shè)備焊接過程進(jìn)行控制，使焊接變形和殘余應(yīng)力降為最低。

2.2 應(yīng)力腐蝕控制

奧氏體不銹鋼焊接接頭對應(yīng)力腐蝕比較敏感，一般情況下，焊接接頭中存在的殘余應(yīng)力為應(yīng)力腐蝕創(chuàng)造了必要條件，焊接熱過程導(dǎo)致的焊接接頭碳化物析出敏化，促進(jìn)了應(yīng)力腐蝕的發(fā)生，控制應(yīng)力腐蝕應(yīng)從控制焊接變形和焊接接頭敏化區(qū)溫度著手實(shí)施。

2.3 焊接熱裂紋控制

奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，焊縫和近縫區(qū)均可產(chǎn)生裂紋，而且主要是熱裂紋，裂紋特征是典型的晶間斷裂，其原因是源于奧氏體不銹鋼受熱膨脹較大，散熱較慢，焊縫在凝固過程中，造成焊縫枝晶粗大和過熱區(qū)晶粒粗化，增大偏析，形成較大的焊接內(nèi)應(yīng)力，因此，焊接過程應(yīng)盡量采用較小的焊接熱輸入，不進(jìn)行預(yù)熱并降低層間施焊溫度，控制焊接速度，減少高溫冷卻速度或適當(dāng)降低焊接電流來減少焊縫熔深。另外，在焊接起弧和收弧處易產(chǎn)生焊接裂紋，焊接筒體縱焊縫時(shí)，應(yīng)加引弧板和收弧板。

2.4 晶間腐蝕控制

奧氏體不銹鋼焊接接頭易產(chǎn)生晶間腐蝕，造成晶間腐蝕的機(jī)理是在焊接過程中，敏化區(qū)域溫度范圍（450℃-850℃）內(nèi)，在晶界析出鉻的碳化物形成了貧鉻的晶粒邊界。在焊接工藝控制上應(yīng)采用較低的焊接熱輸入，快速冷卻以減少處于敏化加熱的時(shí)間；焊接材料控制上應(yīng)盡量降低含碳量，增加鈮、鉬、鈦等元素到焊接接頭中，減少或阻止晶粒邊界生成鉻的碳化物，以減少焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性。

2.5 焊接材料控制

焊接材料是保證母材焊接質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需根據(jù)母材的化學(xué)成分，力學(xué)性能，焊接性能及結(jié)合容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用條件，焊接方法綜合考慮選用。通常應(yīng)保證焊縫金屬的力學(xué)性能高于或等于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，或應(yīng)滿足產(chǎn)品圖樣中技術(shù)條件的規(guī)定，針對奧氏體不銹鋼焊接特點(diǎn)，焊材的選擇應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求。

（1）低的碳含量，以減少焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性。

（2）能夠通過焊材過渡各種合金元素到焊接接頭中，使焊縫金屬成為含有確定數(shù)量的奧氏體和鐵素體組織滲透，如鈮，鉬，鈦等元素到焊接接頭中與碳形成穩(wěn)定化合物，阻止晶粒邊界生成鉻的碳化物來增加耐晶間腐蝕性能。

（3）嚴(yán)格控制焊材中硫、磷含量，以減少產(chǎn)生焊縫熱裂紋的危險(xiǎn)性。另外焊接材料入庫、驗(yàn)收、保管、發(fā)放與回收應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。監(jiān)檢人員應(yīng)加以檢查、監(jiān)督，保證其符合規(guī)范程序要求。

2.6 焊接工藝控制

焊接工藝評定是驗(yàn)證擬定的焊接工藝正確性而進(jìn)行的試驗(yàn)過程及結(jié)果評價(jià)，評定內(nèi)容包含焊接過程中所應(yīng)控制的焊接工藝因素，該過程是選擇具體焊接工藝參數(shù)的過程，通過對焊接工藝的評定將符合焊接接頭性能要求的工藝形成焊接作業(yè)指導(dǎo)書，用于指導(dǎo)容器焊接。監(jiān)檢人員應(yīng)熟知和控制評定合格的焊接工藝參數(shù)，對焊接作業(yè)指導(dǎo)書與焊接工藝評定的一致性進(jìn)行監(jiān)督檢查，在施焊過程中監(jiān)督、執(zhí)行制定的焊接工藝方案。

3 結(jié)語

奧氏體不銹鋼制壓力容器廣泛應(yīng)用于社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，一旦發(fā)生事故將會造成嚴(yán)重的人員傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失，因此在奧氏體不銹鋼制壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)過程中，焊接控制十分重要。

該文就奧氏體不銹鋼的焊接性能和特點(diǎn)，有針對性的施焊控制重點(diǎn)進(jìn)行了一定的探討，供同行參考借鑒。

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