＊郝艷波

（陜西延長石油（集團）有限責任公司 陜西 716000）

引言

壓力容器是一種能夠承受一定壓力的密封容器，被人們廣泛地應用到石油化工、航空航天、核電等領域中。壓力容器的發(fā)展速度關系到整個國家的工業(yè)化發(fā)展進程，也對社會經(jīng)濟、政治的發(fā)展有著十分重要的作用，關系到國民經(jīng)濟以及國計民生安全。從實際應用情況來看，壓力容器會在各個復雜的環(huán)境中進行，經(jīng)常和其它設備配合使用，壓力容器在安裝、改造和運行管理時會因為外界因素的干擾而出現(xiàn)各個缺陷，并會伴隨出現(xiàn)韌性破裂、疲勞、腐蝕和蠕變等破壞性問題，這些問題的存在會威脅到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，如何防范壓力容器損傷成為相關人員需要思考和解決的問題。

1.壓力容器異種鋼焊接接頭的基本特點分析

按照鋼材種類是否相同進行劃分，壓力容器異種鋼焊接接頭可以劃分為同類異種鋼接頭和異類鋼接頭兩個類型，受母材材料化學成分構成不同的影響，壓力容器異種鋼焊接接頭呈現(xiàn)出以下幾個方面的特點：第一，化學成分不均勻。兩種母材、填充材料金屬元素含量和壓力容器異種焊接工藝的選擇和使用不同，由此在實施焊接操作時會使得各個區(qū)域的化學成分出現(xiàn)不同程度的變化。第二，組織不均勻和性能不穩(wěn)定。在壓力容器焊接使用操作中，除了母材和填充材料之外，焊接方法、焊接工藝的選擇和使用也會影響壓力容器組織的均勻性。在母材和焊縫金屬融合區(qū)存在明顯宏觀化學成分不均勻的情況下會使得壓力容器異種鋼焊接接頭的組織出現(xiàn)較大的不均勻性，最終會為接頭的物理化學性能、力學性能帶來較大的影響。第三，性能的不均勻性。受焊接接頭化學成分構成不同的影響，各個區(qū)域范圍內的力學性能、化學性能和物理性能也會呈現(xiàn)出比較大的差異。第四，焊接接頭各個區(qū)域之間的性能差異。在焊接接頭之間存在性能差異的情況下會因為殘留應力分布不均勻而出現(xiàn)維護管理問題，加劇了鋼焊接材料的不確定性因素。在焊接接頭不均勻時如果實施焊接操作就會為壓力容器的使用留下更多的安全隱患。

2.壓力容器異種鋼焊接工藝應用要點分析

(1)焊接方法

壓力容器異種鋼加工中的常用焊接技術離不開加熱、加壓等復合原理，在這個過程中不需要添加其它關聯(lián)材料就能夠將不同金屬焊接在一起。在壓力容器加工制造的過程中，異種鋼焊接方法普遍適合應用在各個材質鋼材的焊接加工中，在焊接操作中會牽扯到多個種類的焊條，不同材質的焊條加工操作能夠打造出靈活多樣的異種鋼。為此，在選擇鋼焊接材料的過程中需要相關人員結合母材的特點和設備的結構來選擇適合的加工操作方式。

(2)焊接材料

在金相組織結構接近情況下所尋找的焊接材料對焊接金屬力學性能會提出要求，在這個過程中，最關鍵的條件是，焊接材料的耐熱性能不能夠低于母材性能要求中較低材料的參數(shù)指標。在金相組織差異較大時要注重調節(jié)和保證填充金屬稀釋后的焊接接頭性能質量，密切關注焊接接頭抵抗腐蝕和抵抗高溫的能力。在選擇焊接材料時要嚴格遵循以下幾個方面的基本原則：

第一，在焊接接頭不產(chǎn)生裂紋缺陷的情況下，如果焊縫金屬的強度、可塑性無法兼顧，需要在焊接操作時選擇塑性和韌性較好的焊接材料。第二，焊縫金屬性能在滿足兩個母材中的一種的時候，就可以認為其滿足焊接技術的應用要求。一般情況下，所選擇焊接材料的焊縫金屬力學性能、其它性能不能夠低于母材中性能較低的指標。第三，結構鋼異種鋼號焊接時對相同強度等級結構的鋼焊條一般需要選擇抗裂性能良好的低氫焊條。對于金相組織差別較大的異種鋼接頭，比如常見的珠光體奧氏體異種焊接頭，在選擇好之后要充分考慮填充金屬在遭受稀釋之后的焊接接頭的性能。第四，在滿足基本性能要求的條件下，盡可能的選擇價格低廉、容易獲得、工藝性能良好的焊接材料。第五，對于異類異種鋼接頭，適合選用烙鎳奧氏體不銹鋼焊條或者鎳基合金焊條。對于工作條件苛刻的重要接頭，可以優(yōu)先使用鎳基合焊條，在具體使用中雖然這類材料的價格較高，但是在使用時能夠減少碳遷移，且焊縫金屬線膨脹系數(shù)在鐵素體鋼和奧氏體鋼之間，焊接金屬線膨脹系數(shù)在鐵素鋼和奧氏體鋼之間，參數(shù)設定的接頭組織和力學性能展現(xiàn)都會顯示出良好的效果。

(3)焊接參數(shù)

在壓力容器異種鋼焊接操作中，焊接材料的熔合比和縫層數(shù)呈現(xiàn)出來的是反比的關系，也就是說縫層數(shù)越多熔合比數(shù)值就越小。基于熔合比和焊接層數(shù)的關系，在壓力容器焊接操作中人們提出了多層焊的操作方式。在這個期間，為了能夠減少熔深，在實施焊接操作時要采取恰當?shù)拇胧┫♂尯缚p大小，與此同時，使用小電流、快速焊接的操作方式來完成一系列的焊接操作。

(4)坡口角度

在設置焊接坡口角度時，需要在全面把握母材厚度的基礎上進一步考慮熔合比的大小。因為異種鋼的化學成分和力學性能受熔合比性能的影響，為此，在實施材質焊接操作時需要相關人員能夠采取積極的措施去降低熔合比，通過調節(jié)熔合比來使得焊接金屬的化學組成、材質性能波動在最小化的狀態(tài)，由此會使得熔敷金屬的性能能夠滿足工業(yè)發(fā)展需求。

(5)預熱和焊接后的熱處理

在壓力容器焊接操作過程中，預熱會根據(jù)淬硬傾向較高的鋼種來進行確定，目的是通過萃熱來降低焊接接頭出現(xiàn)淬火裂紋的可能。焊接后熱處理工作的實施能夠進一步提升接頭的性能，改善壓力容器的組織結構，并在這個過程中加速鋼材殘余應力的消散。在焊接縫隙金相組織和母體材料相同時，可以根據(jù)金含量較高的鋼種來確定熱處理工藝參數(shù)，最終來有效提升焊接接頭的力學性能。

(6)采用預堆邊焊的方式來完成焊接

為了能夠更好的解決異種鋼接頭余熱、焊后熱處理困難的問題，會采用預堆邊焊的方法來完成焊接操作，具體焊接操作的工藝順序表現(xiàn)如下：在需要進行熱處理的母材坡口位置上預先堆邊焊接1層到2層的和焊縫同種類型的鋼焊條，在確定好的位置實施冷態(tài)焊接處理，接頭不再繼續(xù)進行PWHT。通過這樣的處理方式能夠減少熔合區(qū)域范圍內成分不均勻所誘發(fā)的一系列問題，也會為接頭的熱處理帶來方便，從而起到重要的隔離層作用。

3.壓力容器異種鋼焊接缺陷產(chǎn)生的原因分析

(1)材料原因

壓力容器在使用的過程中需要長期保持一種高壓狀態(tài)，因此，在容器使用的過程中對容器材料的強度、荷載能力等會提出較高的要求。從實際應用情況來看，基本上所有壓力容器的外觀材質都是金屬材料，在壓力容器異種鋼焊接操作時如果材料本身存在質量問題，就會直接影響到壓力容器管道材料的焊接質量。

(2)沒有焊透和熔合的原因

如果壓力容器異種鋼焊接焊縫沒有熔合，那么還會伴隨出現(xiàn)沒有焊透的問題。從實際情況來看，在壓力容器異種焊鋼沒有焊透的原因包含焊接速度過快或者是在沒有打底的情況下就使用手工焊接的操作方式，最終會使得焊件無法實現(xiàn)熔融。不管是沒有焊透還是沒有焊熔都會對壓力容器的焊接產(chǎn)生十分不利的影響，最好會直接削弱壓力容器的承壓強度。

(3)環(huán)境原因

壓力容器異種鋼焊接操作對周圍環(huán)境有著較高的要求，在具體實施操作時如果沒有對周圍環(huán)境、天氣、設備選擇和使用等進行全面的考核分析，就會使得壓力容器異種鋼焊接質量受到嚴重的影響。比如在暴雨、沙塵、大風等天氣環(huán)境中，空氣中的粉塵和水會干擾到壓力容器鋼焊接操作的緊密性，嚴重的情況下還會誘發(fā)一系列的安全隱患。

4.壓力容器異種鋼焊接技術的應用

(1)激光復合焊接技術

鎢絲填絲氬弧焊技術在壓力容器焊接質量提升和性能保證方面起到了十分重要的作用。且在實施焊接操作時不會產(chǎn)生飛濺和壓力容器材料受損的問題。為此，在壓力容器異種鋼的加工使用中，鋼焊接是一項十分重要的措施，通過必要的鋼焊接能夠保證壓力容器的使用質量。

在壓力容器異種鋼焊接操作中，激光復合焊接技術是一種能夠保證焊接穩(wěn)定的基礎形式。從實際應用的角度來看，激光復合焊接是在傳統(tǒng)鎢極填絲氬弧焊技術基礎上發(fā)展起來的新型技術形式，這類技術能夠在熔池中形成空隙，空隙內部會充滿金屬蒸汽等電離子，借助這些等離子能夠達到調控電弧強度的作用，最終會有效提升焊接電弧的安全性和穩(wěn)定性。

(2)窄間隙埋弧焊技術

窄焊接技術被人們廣泛的應用在板材比較厚實，焊接縫隙寬度較小的壓力容器異種鋼中，窄間隙技術在100mm的操作空間內會充分顯示出自身的焊接優(yōu)勢，因而被人們廣泛的應用到質地較厚的壓力容器中。

窄間隙埋弧焊技術能夠有效提高各個材料的加工利用率，并在較短的時間內完成一系列的焊接操作，最終使得壓力容器異種鋼的焊接工藝技術滿足人們對壓力容器異種鋼高效率、穩(wěn)定、強度較高的使用需求。

(3)底層焊接

壓力容器的焊接加工會遵循從內到外的加工順序，底層焊接打底焊是壓力容器焊接操作的第一個步驟，通過實施打底焊操作能夠有效保證壓力容器底層施工質量。在具體實施焊接操作時候根據(jù)零部件的不同來選擇不同的焊接加工方法。比如對于筒體對接接頭一般會使用埋弧自動焊接的加工操作方法。

(4)中層焊接

在完成底層焊接操作后就需要開展中層焊接，也就是完成填充焊操作。為了能夠保證焊接操作質量，需要在每一層的焊接操作完成后就進行表面清理，目的是避免下一層焊接操作夾渣缺陷對壓力容器鋼焊接操作所產(chǎn)生的不利影響。同時，在實施壓力容器焊接操作時還需要能夠錯開每道焊接接頭和下一層焊接接頭之前的間隔距離，目的是避免出現(xiàn)因為焊道接頭重疊所誘發(fā)的應力集中問題。

(5)軟件焊接技術

壓力容器異種鋼焊接無損檢測工作的開展離不開系統(tǒng)軟件的支持，在保證檢測工作順利開展的同時節(jié)省人力、物力和財力的消耗，在這個期間有效提升焊接技術的安全性和穩(wěn)定性。軟件焊接控制技術的實施離不開指定的控制操作程序，即由技術人員使用計算機來操作壓力容器異種鋼焊接檢測，全面了解壓力容器的運行情況，結合壓力容器運行和異種鋼的華為手機情況來合理調整檢測參數(shù)。同時，在軟件焊接技術的支持下還能夠進一步提升焊接技術應用的安全性和穩(wěn)定性，使得一系列焊接檢測工作的開展?jié)M足規(guī)范的檢測操作標準。

(6)人工智能系統(tǒng)

在現(xiàn)有壓力容器異種鋼焊接系統(tǒng)軟件建設基礎上通過對控制系統(tǒng)的升級處理會形成專業(yè)的人工智能系統(tǒng)，依托人工智能操作系統(tǒng)管理軟件能夠在壓力容器異種鋼焊接檢測工作中實現(xiàn)對各個容器的有效控制，合理把控各個零部件的使用銜接問題，并在這個過程中，將編訂好的程序放入到控制模板數(shù)據(jù)中，合理把控壓力容器異種鋼焊接技術加熱時間，并在焊接加熱操作中采取恰當?shù)募夹g保護措施，有效提升壓力容器異種鋼焊接檢測效率。

(7)復合鋼板的焊接

復合鋼板是由不銹鋼、鎳基合金、銅基合金或鈦板作為復層，通過爆炸焊、復合軋制、堆焊等方式來加工形成雙金屬板材。復合鋼板的基層設置能夠滿足接頭強度和剛度的要求，復合鋼板能夠滿足耐腐蝕的要求。為了能夠確保復合鋼板不失去原本的綜合性能，需要在基層和復層位置上開展焊接，期間，焊接材料的選擇、焊接工藝的確定由基層和復層材料來決定?；鶎雍蛷蛯咏唤游恢蒙虾附赢惙N鋼材料，焊接性深受基層、復層物理性能、化學成本、接頭形式、填充金屬成分組成。第一，焊接方法。結合復合鋼板材質、接頭厚度、坡口尺寸大小來選擇適合的焊接方式方法，具體包含埋弧焊接、焊條電弧焊、二氧化碳氣態(tài)保護焊、等離子弧焊等。第二，坡口的形式。按照鋼制壓力容器焊接標準來確定對接接口坡口的形式，同時，可以在接頭背面一小段距離內開展機械施工，去掉上面的復合金屬層，目的是保證焊基層焊道時不讓基層焊肉焊到復層上。在焊接時可以先焊接基層，再焊接過渡層，最后焊接復層，目的是確保焊接接頭具有良好的耐腐蝕性。第三，合理選擇填充金屬?；鶎游恢蒙峡梢赃x擇適合的填充金屬來完成焊接，多數(shù)情況下可以選擇適合的中間填充金屬來作為鋼的過渡層，由此來更好的控制復合層金屬焊道的鐵元素含量。

5.結束語

綜上所述，在壓力容器鋼焊接母材成分和焊縫之間存在較大差異時會使得母材焊縫之間出現(xiàn)碳遷移的現(xiàn)象，會誘發(fā)金屬韌性下降、熔合線周圍影響區(qū)組織和性能的變化等。為此，就某種異種金屬實施焊接操作時需要相關人員能夠充分了解壓力容器異種焊接金屬的基本屬性，在了解材質屬性的基礎上選擇適合的焊接方法，提高壓力容器異種鋼焊接操作的有效性。