異種鋼材焊接技術(shù)問題研究

摘要：異種金屬在性能上差別很大，焊接接頭區(qū)域存在著化學(xué)成分、力學(xué)性能和應(yīng)力分布不均勻性等。焊接時須合理選擇焊材和工藝，嚴(yán)格控制焊接缺陷及焊縫稀釋率，以保證接頭的性能指標(biāo)。本文就壓力容器異種鋼焊接常見缺陷及預(yù)防進行分析研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：化工壓力容器；焊接質(zhì)量；焊接缺陷；控制措施

1 壓力容器常見的焊接缺陷及原因

尺寸不合理。外形高低不平、焊波寬度不一及角焊縫單邊或下陷量過大等稱為焊縫尺寸不合理。產(chǎn)生原因：坡口角度不當(dāng)或裝配間隙不均勻；熔渣的熔點和粘度高低參數(shù)不合適；焊接電流過大或過小，焊速不均，焊條角度不當(dāng)?shù)取?/p>

咬邊。由于電弧將焊縫邊緣的母材熔化后，沒有得到焊縫金屬的補充而留下缺口，從而消弱了受力面積，使接頭強度降低造成應(yīng)力集中。產(chǎn)生原因一般由于電流過大，電弧過長，運條速度或角度不當(dāng)引起。

氣孔。由于焊接產(chǎn)生氣體來不及溢出而在焊縫內(nèi)部或表面形成孔穴。產(chǎn)生的原因包括：電壓偏高，電弧過長，焊速過快，電流過?。缓讣砻嬗弯P未清除干凈；預(yù)熱溫度過低；未將引弧和熄弧位置錯開；采用交流電源等。

夾渣。夾渣是金屬內(nèi)部或融合線處存在非金屬夾雜物。產(chǎn)生原因包括：多層焊時每層焊渣未清除干凈；坡口角度設(shè)計不合理；焊縫的熔寬與熔深之比過?。缓附与娏鬟^小，焊速過快等。

未焊透。母材或母材與熔敷金屬之間存在局部未融合，它對應(yīng)力集中及疲勞強度等性能影響較大。產(chǎn)生原因包括：坡口角度小，鈍邊大，間隙??；焊條角度不正確；焊件上有銹未清除干凈；電流過小、電壓過低、焊速過快、電弧過長，有磁偏吹等。

2 壓力容器異種鋼焊接常見缺陷預(yù)防措施

合理選材。壓力容器異種鋼焊材的選擇是進行焊接的關(guān)鍵所在，焊接接頭的質(zhì)量及使用性能都和焊材有著重要的關(guān)系。本著合理、科學(xué)、有效的選材原則，在選用上應(yīng)遵守以下幾部分：（1）碳鋼與低合金鋼焊接時，一般要求焊縫金屬或接頭強度不低于兩種被焊金屬的最低強度，選用焊條的熔敷金屬強度不低于較低側(cè)母材強度，同時焊縫金屬的塑性和沖擊韌性應(yīng)低于強度較高而塑性較差側(cè)母材的性能。因此，可按兩者之中強度較低的焊材選用。為了防止焊接裂紋，應(yīng)按強度高、焊接性較差的鋼種確定焊接工藝，包括焊接規(guī)范、預(yù)熱溫度及焊后熱處理等。（2）低合金鋼與奧氏體不銹鋼焊接，應(yīng)按照熔敷金屬化學(xué)成分限定值來選用焊條，一般選用鉻鎳含量高、塑性、抗裂性好的奧氏體鋼焊條，按焊接性較差的不銹鋼確定焊接工藝及規(guī)范。（3）不銹復(fù)合板焊接應(yīng)按基層、過渡層、復(fù)層要求選用焊條。基層焊接，選用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)鋼焊條；復(fù)層應(yīng)選用相應(yīng)的奧氏體鋼焊條；過渡層必須考慮基層材料稀釋作用，選用鉻鎳含量高、塑性和抗裂性好的奧氏體鋼焊條。

設(shè)計合理的坡口形式。異種鋼焊接在坡口形式上應(yīng)采用降低焊縫金屬的稀釋率，盡可能選擇對接焊縫，不留尖角、縫隙。坡口形式通常選用GB/T985中的形式，復(fù)合板材料選擇NB/T47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》中的形式，這些都可以采用V形、V和U聯(lián)合形坡口、X形。在復(fù)合鋼板焊接時，可以在接頭側(cè)通過機加方式，削薄基層金屬，可以保證焊接復(fù)層及過渡層時，使過渡層焊縫金屬過渡到基層中去，保證復(fù)層焊接質(zhì)量。

選擇合理的焊接工藝參數(shù)。異種鋼焊接工藝參數(shù)的設(shè)定與熔合比有著重要關(guān)系。異種鋼焊接所規(guī)定的熔合比較小，應(yīng)采用小線能量進行焊接，一般采用較小的電流、高焊速、多層多道焊。預(yù)熱溫度選擇上應(yīng)采用就高原則，對于焊接性能較差的鋼材，應(yīng)該通過預(yù)熱的方式來預(yù)防冷裂紋的出現(xiàn)。兩種鋼一種需要預(yù)熱，一種不需要預(yù)熱，焊接時，就應(yīng)采用預(yù)熱措施；一種預(yù)熱溫度較高，另一種相對較低，進行焊接時應(yīng)按照較高的溫度進行預(yù)熱。

正確執(zhí)行焊接工藝規(guī)程。壓力容器異種鋼焊接工藝規(guī)程是進行焊件加工和實踐要求的參考文件，可確保由熟練焊工進行質(zhì)量再現(xiàn)，也是焊接工藝人員對產(chǎn)品進行質(zhì)量檢查的參考標(biāo)準(zhǔn)。對于一些產(chǎn)品的具體焊縫，必須應(yīng)用理論實踐專業(yè)知識設(shè)計出合理、科學(xué)的工藝規(guī)程，將工藝規(guī)程下發(fā)到焊工手中，而焊工必須嚴(yán)格的按照工藝規(guī)程中規(guī)定的參數(shù)進行焊接。

3 焊接案例分析

某集汽集箱本體材質(zhì)為15CrMo，屬于低合金耐熱鋼，規(guī)格為Φ377×25。主蒸汽閥門的材質(zhì)為ZG20CrMoV，屬于低合金耐熱鋼，規(guī)格為Φ377×25。主蒸汽閥門的材質(zhì)是為ZG20CrMoV，其成分中Mo 、Cr、V的含量較大，既能提高該鋼的高溫強度，也能增加焊接接頭的再熱裂紋傾向。根據(jù)焊件壁厚、管徑大的實際情況，決定采用氬電聯(lián)焊的工藝方法。施工中，要求兩名持證焊工同時對稱焊接，并保證均勻的層間溫度。手工鎢極氬弧焊打底及手工電弧焊填充蓋面后，立即對層間進行檢查，合格后及時進行下一層的焊接工作。

焊接施工工藝。焊接前，用磨光機把焊縫坡口兩側(cè)20m m范圍內(nèi)的污物清理干凈。焊接的場地應(yīng)搭設(shè)防風(fēng)棚，以保證手工鎢極氬弧焊對防風(fēng)的要求。根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，決定采用火焰加熱法將焊縫相關(guān)的位置預(yù)熱到250℃左右。由于定位焊也是正式焊縫的一部分，因此預(yù)熱工作不能放松，必須達到要求的預(yù)熱溫度。焊接中的注意事項：（1）手工鎢極氬弧焊打底后，焊工應(yīng)及時進行手工電弧焊蓋面，特別是最初的2-3層更應(yīng)如此。（2）施工過程中，應(yīng)始終控制層間溫度不低于預(yù)熱溫度值。（3）為保證質(zhì)量，整個焊口應(yīng)由兩名焊工對稱焊接一次性焊完。（4）施工完畢后，焊口應(yīng)在外面包裹保溫用的石棉布3層進行保溫緩冷。

焊后的熱處理工作?？刂茰囟葹?20℃-760℃，恒溫時間應(yīng)保持1小時。施工中應(yīng)嚴(yán)格控制升降溫速度，要求如下：升降溫速度必須不大于250℃/h。熱處理后，對焊口及熱影響進行硬度檢驗，是否符合相關(guān)的規(guī)定和要求。

質(zhì)量情況。由于焊件的不等壁厚，決定對焊口進行超聲波探傷檢驗，均達到《管道焊接接頭超聲波檢驗技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的1級合格標(biāo)準(zhǔn)，完全符合要求。經(jīng)水壓試驗強度試驗：焊口無滲漏。該焊口自投入實際運行，至今未發(fā)現(xiàn)異常。

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（中國石油管道局工程有限公司天津分公司）