碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼壓力容器的焊接

　　隨著工程焊接技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代壓力容器也已發(fā)展成典型的全焊結(jié)構(gòu)。壓力容器的焊接成為壓力容器制造過程中最重要最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量直接影響壓力容器的質(zhì)量。

　　一、壓力容器用碳鋼的焊接

　　碳鋼以鐵為基礎(chǔ)，以碳為合金元素，含量一般不超過1.0％。此外，含錳量不超過1.2％，含硅量不超過0.5％，SI、MN皆不作為合金元素。而其他元素，如NI、CR、CU等，控制在殘余量限度內(nèi)，更不是合金元素。S、P、O、N等作為雜質(zhì)元素，根據(jù)鋼材品種和等級，也都有嚴(yán)格限制。

　　碳鋼根據(jù)含碳量的不同，分為低碳鋼（C≤0.30％）、中碳鋼（C＝0.30％～0.60％）、高碳鋼（C≥0.60％）。壓力容器主要受壓元件用碳鋼，主要限于低碳鋼。在《容規(guī)》中規(guī)定：“用于焊接結(jié)構(gòu)壓力容器主要受壓元件的碳素鋼和低合金鋼，其含碳量不應(yīng)大于0.25％。在特殊條件下，如選用含碳量超過0.25％的鋼材，應(yīng)限定碳當(dāng)量不大于0.45％，由制造單位征得用戶同意，并經(jīng)制造單位壓力容器技術(shù)總負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，并按相關(guān)規(guī)定辦理批準(zhǔn)手續(xù)”。

　　常用的壓力容器用碳鋼牌號有Q235－B、Q235－C、10、20、20R等。

　　（一）低碳鋼焊接特點(diǎn)

　　低碳鋼含碳量低，錳、硅含量少，在通常情況下不會因焊接而引起嚴(yán)重組織硬化或出現(xiàn)淬火組織。這種鋼的塑性和沖擊韌性優(yōu)良，其焊接接頭的塑性、韌性也極其良好。焊接時(shí)一般不需預(yù)熱和后熱，不需采取特殊的工藝措施，即可獲得質(zhì)量滿意的焊接接頭，故低碳鋼鋼具有優(yōu)良的焊接性能，是所有鋼材中焊接性能最好的鋼種。

　　（二）低碳鋼焊接要點(diǎn)

　　（1）埋弧焊時(shí)若焊接線能量過大，會使熱影響區(qū)粗晶區(qū)的晶粒過于粗大，甚至?xí)�產(chǎn)生魏氏組織，從而使該區(qū)的沖擊韌性和彎曲性能降低，導(dǎo)致沖擊韌性和彎曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接，尤其是焊接厚板時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按經(jīng)焊接工藝評定合格的焊接線能量施焊。

　　（2）在現(xiàn)場低溫條件下焊接、焊接厚度或剛性較大的焊縫時(shí)，由于焊接接頭冷卻速度較快，冷裂紋的傾向增大。為避免焊接裂紋，應(yīng)采取焊前預(yù)熱等措施。

　　二、壓力容器用低合金高強(qiáng)鋼及其焊接特點(diǎn)

　　在鋼中除碳外少量加入一種或多種合金元素（合金元素總量在5％以下），以提高鋼的力學(xué)性能，使其屈服強(qiáng)度在275MPA以上，并具有良好的綜合性能，這類鋼稱之為低合金高強(qiáng)鋼，其主要特點(diǎn)是強(qiáng)度高、塑性和韌性也較好。按鋼的屈服強(qiáng)度級別及熱處理狀態(tài)，壓力容器用低合金高強(qiáng)鋼可分為二類。

　　①熱軋、正火鋼屈服強(qiáng)度在294MPA～490MPA之間，其使用狀態(tài)為熱軋、正火或控軋狀態(tài)，屬于非熱處理強(qiáng)化鋼，這類鋼應(yīng)用最為廣泛。

　　②低碳調(diào)質(zhì)鋼屈服強(qiáng)度在490MPA～980MPA之間，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，屬于熱處理強(qiáng)化鋼。其特點(diǎn)是既有高的強(qiáng)度，且塑性和韌性也較好，可以直接在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接。近年來，這類低碳調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用日益廣泛。

　　目前應(yīng)用于壓力容器的低合金高強(qiáng)鋼。鋼板牌號有：16MNR、15MNVR、13MNNIMONBR、18MNMONBR等。鍛件牌號有16MN、15MNV、20MNMO、20MNMONB等。

　　低合金高強(qiáng)鋼的含碳量一般不超過0.20％，合金元素總量一般不超過5％。正是由于低合金高強(qiáng)鋼含有一定量的合金元素，使其焊接性能與碳鋼有一定差別，其焊接特點(diǎn)表現(xiàn)在：

　　（一）焊接接頭的焊接裂紋

　　（1）冷裂紋低合金高強(qiáng)鋼由于含使鋼材強(qiáng)化的C、MN、V、NB等元素，在焊接時(shí)易淬硬，這些硬化組織很敏感，因此，在剛性較大或拘束應(yīng)力高的情況下，若焊接工藝不當(dāng)，很容易產(chǎn)生冷裂紋。而且這類裂紋有一定的延遲性，其危害極大。

　　（2）再熱（SR）裂紋再熱裂紋是焊接接頭在焊后消除應(yīng)力熱處理過程或長期處于高溫運(yùn)行中發(fā)生在靠近熔合線粗晶區(qū)的沿晶開裂。一般認(rèn)為，其產(chǎn)生是由于焊接高溫使HAZ附近的V、NB、CR、MO等碳化物固溶于奧氏體中，焊后冷卻時(shí)來不及析出，而在PWHT時(shí)呈彌散析出，從而強(qiáng)化了晶內(nèi)，使應(yīng)力松弛時(shí)的蠕變變形集中于晶界。

　　低合金高強(qiáng)鋼焊接接頭一般不易產(chǎn)生再熱裂紋，如16MNR、15MNVR等。但對于MN－MO－NB和MN－MO－V系低合金高強(qiáng)鋼，如07MNCRMOVR，由于NB、V、MO是促使再熱裂紋敏感性較強(qiáng)的元素，因此這一類鋼在焊后熱處理時(shí)應(yīng)注意避開再熱裂紋的敏感溫度區(qū)，防止再熱裂紋的發(fā)生。

[$page]　　（二）焊接接頭的脆化和軟化

　　（1）應(yīng)變時(shí)效脆化焊接接頭在焊接前需經(jīng)受各種冷加工（下料剪切、筒體卷圓等），鋼材會產(chǎn)生塑性變形，如果該區(qū)再經(jīng)200～450℃的熱作用就會引起應(yīng)變時(shí)效。應(yīng)變時(shí)效脆化會使鋼材塑性降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度提高，從而導(dǎo)致設(shè)備脆斷。

　　PWHT可消除焊接結(jié)構(gòu)這類應(yīng)變時(shí)效，使韌性恢復(fù)。GB150－1998《鋼制壓力容器》作出規(guī)定，圓筒鋼材厚度δS符合以下條件：碳素鋼、16MNR的厚度不小于圓筒內(nèi)徑DI的3％；其他低合金鋼的厚度不不小于圓筒內(nèi)徑DI的2.5％。且為冷成形或中溫成形的受壓元件，應(yīng)于成形后進(jìn)行熱處理。

　　（2）焊縫和熱影響區(qū)脆化焊接是不均勻的加熱和冷卻過程，從而形成不均勻組織。焊縫（WM）和熱影響區(qū)（HAZ）的脆性轉(zhuǎn)變溫度比母材