大慶油田工程建設公司建材公司石油石化設備廠 （黑龍江 163453） 郭曉春

一、概述

制造壓力容器的最關鍵步驟之一就是焊接，焊接壓力容器除需要良好的焊接設備、成熟的焊接工藝評定支持及優(yōu)秀的焊工操作技能外，還有一個重要因素就是焊接材料的選擇。雖然很多標準（包括NB47015）均提出了選擇焊接材料的基本原則，但是除了比較籠統(tǒng)地提出一般性原則外，針對工廠制造，面對國內(nèi)外百家以上的焊材制造廠雜亂繁多的各種牌號，如何選擇最佳的焊接材料產(chǎn)品，以保證壓力容器制造質(zhì)量，是壓力容器生產(chǎn)過程中至關重要的環(huán)節(jié)。

近年來隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，焊接領域也相應出現(xiàn)了新材料、新技術、新工藝。對于壓力容器制造行業(yè)也不斷出現(xiàn)各種新的復雜材料、復雜結構和新的特殊要求，歸納起來常見的主要有以下四個類別：第一類為普通低合金鋼壓力容器，如Q245R、Q345R等；第二類為低合金耐熱鋼壓力容器，如15CrMoR、13MnNiMoR等；第三類為不銹鋼壓力容器，如06Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2等；第四類為復合鋼壓力容器，如Q345R+2507、14Cr1MoR+316L等。本文就近年來生產(chǎn)過程中經(jīng)常接觸的、對保證壓力容器制造質(zhì)量有影響的焊接材料的選擇使用談點體會。

二、焊材選用遵循等強度原則

所謂等強度原則一般應理解為焊接接頭強度性能不低于母材標準規(guī)定的下限值，這里的強度應該定義為產(chǎn)品工作時的強度，包括低溫、常溫和高溫強度，具體材料不同強度原則也不同。

1.普通低合金鋼相同鋼號

選用焊接材料應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規(guī)定的限值，常用焊材的選用如表1所示。

表1 常用普通結構鋼焊材選用推薦

以上是屬于標準選擇，由于國內(nèi)焊材廠家繁多，故本著高效、實用、經(jīng)濟的原則，使用過程中會針對不同需要進行選擇。比如常用的Q345R鋼材，一般選擇大西洋公司的J507R（等同或高于J507），效果最為理想，強度高且S、P含量低；而氣保焊絲選擇林肯公司的S—6（等同于ER50—6）效果非常好，飛濺少且伸長率高。

2.低合金耐熱鋼相同鋼號

選用焊接材料應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規(guī)定的限值且焊縫金屬中的Cr、Mo含量與母材規(guī)定相當。這里的強度指標應該是最高工作溫度下暫時的高溫抗拉強度。同時還要根據(jù)鋼材的焊接性，綜合考慮焊接結構尺寸、形狀、坡口及母材成分過渡等影響因素。尤其應當充分考慮熱處理過程中合金元素的損失，選擇適當高的合金元素含量。常用的焊材如表2所示。

表2 常用低合金耐熱鋼焊材選用推薦

以上材料均是標準要求，實際生產(chǎn)中有些雖然名稱相近，但應用起來均有一定的不同，有些差別甚至非常大。比如，15CrMoR埋弧焊應用最好的是安泰及金橋的13CrMoA+HJ250，而13MnNiMoR應用最好的是哈爾濱焊接研究所威爾公司的上述產(chǎn)品，曾經(jīng)某廠應用該焊材焊接甲醇合成塔（φ3400mm×12 000mm）焊接一次合格率達98.6%的好成績。

3.常用不銹鋼相同鋼號

選用焊接材料應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規(guī)定的限值。同時，為避免重復加熱導致碳化物（C6Cr23）的析出，應盡量考慮選擇含Cr量較高的焊接材料。如果是鉻不銹鋼，還應考慮熱處理等因素。常用的焊材如表3所示。

表3 常用不銹鋼鋼焊材選用推薦

以上材料的選擇均是標準要求，實際應用中基本上使用的型號、牌號都相同，個別廠家使用了AWS牌號標準，與國內(nèi)也很接近，在這方面使用效果最好的應該是北京金威公司和安泰公司，無論是外觀標識還是使用上都比較符合要求。

4.復合不銹鋼相焊

基層相焊考慮低合金鋼相焊的選用原則，即選用焊接材料應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規(guī)定的限值。復層相焊考慮不銹鋼相焊的選用原則，過渡層相焊應保證焊縫金屬的抗裂性能和力學性能。常用焊材如表4所示。

以上兩種不銹鋼復合材料容器，是近年來應用復合材料制造壓力容器比較典型的兩種。Q345R+2507復合鋼材中的2507為超級雙相鋼，其選用的為進口山特維克公司生產(chǎn)的焊材，板材焊接難度較大，成形十分困難。14Cr1MoR+316L中基層是國產(chǎn)化耐熱鋼種，焊材選用的哈爾濱焊接研究所威爾公司的H08CrMoG/SJ110，板材同樣成形難度大，焊接工序復雜，經(jīng)過各種熱處理過程才達到應用需求。

表4 常用不銹鋼復合鋼焊材選用推薦

三、遵循等塑性和等韌性原則

壓力容器焊接接頭等塑性和等韌性是指塑性和韌性不低于母材標準規(guī)定的塑性和韌性指標的下限值，或不低于容器制造技術條件的規(guī)定值。實踐證明，如果焊縫強度超過母材過多，接頭冷彎時，塑性變形不均勻，因而造成冷彎角小，甚至出現(xiàn)橫向裂紋。這樣，一般在選擇焊接材料時保證等強度前提下，重點考慮焊縫金屬沖擊韌性的要求。

1.焊條電弧焊

低合金鋼材的焊接材料中，焊條是最常見的。由于壓力容器制造焊縫內(nèi)在質(zhì)量要求高，而低氫型焊條其藥皮具有擴散氫含量低，熔敷金屬中S、P等雜質(zhì)及含氧量和含氫量低，焊縫具有較高的塑韌性和抗裂性，因此多數(shù)情況下應選用堿性低氫型焊條，在缺少直流電的情況下，也應選用交直流兩用低氫型焊條。

2.埋弧焊

埋弧焊時由于使用的焊材是焊絲與焊劑的不同組合，因此可獲得不同性能和不同成分的熔敷金屬。在低碳鋼埋弧焊時，由于焊縫中合金成分較少，故可采用焊絲滲合金，也可采用焊劑滲合金。