碳钢、低合金高强钢压力容器的焊接

　　随着工程焊接技术的迅速发展，现代压力容器也已发展成典型的全焊结构。压力容器的焊接成为压力容器制造过程中最重要最关键的一个环节，焊接质量直接影响压力容器的质量。

一、压力容器用碳钢的焊接

碳钢以铁为基础，以碳为合金元素，含量一般不超过1.0％。此外，含锰量不超过1.2％，含硅量不超过0.5％，SI、MN皆不作为合金元素。而其他元素，如NI、CR、CU等，控制在残余量限度内，更不是合金元素。S、P、O、N等作为杂质元素，根据钢材品种和等级，也都有严格限制。

碳钢根据含碳量的不同，分为低碳钢（C≤0.30％）、中碳钢（C＝0.30％～0.60％）、高碳钢（C≥0.60％）。压力容器主要受压元件用碳钢，主要限于低碳钢。在《容规》中规定：“用于焊接结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于0.25％。在特殊条件下，如选用含碳量超过0.25％的钢材，应限定碳当量不大于0.45％，由制造单位征得用户同意，并经制造单位压力容器技术总负责人批准，并按相关规定办理批准手续”。

常用的压力容器用碳钢牌号有Q235－B、Q235－C、10、20、20R等。

（一）低碳钢焊接特点

低碳钢含碳量低，锰、硅含量少，在通常情况下不会因焊接而引起严重组织硬化或出现淬火组织。这种钢的塑性和冲击韧性优良，其焊接接头的塑性、韧性也极其良好。焊接时一般不需预热和后热，不需采取特殊的工艺措施，即可获得质量满意的焊接接头，故低碳钢钢具有优良的焊接性能，是所有钢材中焊接性能最好的钢种。

（二）低碳钢焊接要点

（1）埋弧焊时若焊接线能量过大，会使热影响区粗晶区的晶粒过于粗大，甚至会产生魏氏组织，从而使该区的冲击韧性和弯曲性能降低，导致冲击韧性和弯曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接，尤其是焊接厚板时，应严格按经焊接工艺评定合格的焊接线能量施焊。

（2）在现场低温条件下焊接、焊接厚度或刚性较大的焊缝时，由于焊接接头冷却速度较快，冷裂纹的倾向增大。为避免焊接裂纹，应采取焊前预热等措施。

二、压力容器用低合金高强钢及其焊接特点

在钢中除碳外少量加入一种或多种合金元素（合金元素总量在5％以下），以提高钢的力学性能，使其屈服强度在275MPA以上，并具有良好的综合性能，这类钢称之为低合金高强钢，其主要特点是强度高、塑性和韧性也较好。按钢的屈服强度级别及热处理状态，压力容器用低合金高强钢可分为二类。

①热轧、正火钢屈服强度在294MPA～490MPA之间，其使用状态为热轧、正火或控轧状态，属于非热处理强化钢，这类钢应用最为广泛。

②低碳调质钢屈服强度在490MPA～980MPA之间，在调质状态下使用，属于热处理强化钢。其特点是既有高的强度，且塑性和韧性也较好，可以直接在调质状态下焊接。近年来，这类低碳调质钢应用日益广泛。

目前应用于压力容器的低合金高强钢。钢板牌号有：16MNR、15MNVR、13MNNIMONBR、18MNMONBR等。锻件牌号有16MN、15MNV、20MNMO、20MNMONB等。

低合金高强钢的含碳量一般不超过0.20％，合金元素总量一般不超过5％。正是由于低合金高强钢含有一定量的合金元素，使其焊接性能与碳钢有一定差别，其焊接特点表现在：

（一）焊接接头的焊接裂纹

（1）冷裂纹低合金高强钢由于含使钢材强化的C、MN、V、NB等元素，在焊接时易淬硬，这些硬化组织很敏感，因此，在刚性较大或拘束应力高的情况下，若焊接工艺不当，很容易产生冷裂纹。而且这类裂纹有一定的延迟性，其危害极大。

（2）再热（SR）裂纹再热裂纹是焊接接头在焊后消除应力热处理过程或长期处于高温运行中发生在靠近熔合线粗晶区的沿晶开裂。一般认为，其产生是由于焊接高温使HAZ附近的V、NB、CR、MO等碳化物固溶于奥氏体中，焊后冷却时来不及析出，而在PWHT时呈弥散析出，从而强化了晶内，使应力松弛时的蠕变变形集中于晶界。

低合金高强钢焊接接头一般不易产生再热裂纹，如16MNR、15MNVR等。但对于MN－MO－NB和MN－MO－V系低合金高强钢，如07MNCRMOVR，由于NB、V、MO是促使再热裂纹敏感性较强的元素，因此这一类钢在焊后热处理时应注意避开再热裂纹的敏感温度区，防止再热裂纹的发生。

[$page]　　（二）焊接接头的脆化和软化

（1）应变时效脆化焊接接头在焊接前需经受各种冷加工（下料剪切、筒体卷圆等），钢材会产生塑性变形，如果该区再经200～450℃的热作用就会引起应变时效。应变时效脆化会使钢材塑性降低，脆性转变温度提高，从而导致设备脆断。

PWHT可消除焊接结构这类应变时效，使韧性恢复。GB150－1998《钢制压力容器》作出规定，圆筒钢材厚度δS符合以下条件：碳素钢、16MNR的厚度不小于圆筒内径DI的3％；其他低合金钢的厚度不不小于圆筒内径DI的2.5％。且为冷成形或中温成形的受压元件，应于成形后进行热处理。

（2）焊缝和热影响区脆化焊接是不均匀的加热和冷却过程，从而形成不均匀组织。焊缝（WM）和热影响区（HAZ）的脆性转变温度比母材