不锈钢压力容器的焊接技术

一、 高压容器用不锈钢板以及电焊焊接特性
所说不锈钢板就是指在钢中增加一定量的铬元素后，使钢处在钝化情况，具备不锈蚀的特点。为做到此目地，其铬成分务必在12％以上。为发展钢的钝化性，不锈钢板中还通常需增加能使钢钝化的镍、钼等原素。一般所说的不锈钢板事实上是304不锈钢和耐酸钢的统称。不锈钢板并不一定耐酸性，而耐酸钢一般均有着较好的不锈钢特性。

东莞市中隆电气设备订制不锈钢板高压容器

不锈钢板按其钢的结构不一样可分成四类，即低合金钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、马氏体-金相组织双相钢。
1. 低合金钢以及电焊焊接特性
低合金钢是使用最普遍的不锈钢板，以高Cr-Ni型更为广泛。现阶段低合金钢大概可分成Cr18-Ni8型、Cr25-Ni20型、Cr25-Ni35型。低合金钢有下列电焊焊接特性：
① 电焊焊接热裂痕 低合金钢因为其热传导率小，热膨胀系数大，因而在电焊操作过程中，对接焊缝位置的持续高温停留的时间较长，焊接易产生粗壮的柱状晶机构，在凝结结晶体操作过程中，若硫、磷、锡、锑、铌等残渣原素的含量较高，便会在晶间产生低溶点碳化物，在对接焊缝承担较高的拉应力时，就易在焊接中产生凝结裂痕，在热危害区产生汽化裂痕，这都属于电焊焊接热裂痕。避免热裂痕最有效的路径是减少钢及焊接材料中容易造成低溶点碳化物的杂物原素和使铬镍低合金钢中带有4％ ~ 12％的金相组织机构。
② 应力腐蚀 依据贫铬基础理论，在晶间上进行析出增碳铬，导致位错贫铬是造成应力腐蚀的首要缘故。因此，挑选极低碳焊接材料或带有铌、钛等平稳化元素的焊接材料是避免应力腐蚀的首要对策。
③ 晶间腐蚀裂开 晶间腐蚀裂开通常体现为延性毁坏，且产生毁坏的全过程时间较短，因而伤害比较严重。导致低合金钢晶间腐蚀裂开的首要因素是电焊焊接剩余应力。对接焊缝的机构转变或应力的存有，部分浸蚀物质萃取也是危害晶间腐蚀裂开的缘故。
④ 对接焊缝的σ相脆化 σ相是一种脆硬的合金间化学物质，关键析集于柱状晶的位错。γ相和δ相都可以产生σ相变化。例如针对Cr25Ni20型焊接在800℃ ~ 900℃加温时，便会产生剧烈的γ→δ变化。针对铬镍型低合金钢，尤其是铬镍钼型不锈钢板，易产生δ→σ相变化，这主要是因为铬、钼元素具备显著的σ化功效，当焊接中δ金相组织成分高于12％时，δ→σ的变化十分明显，导致焊接合金的显著的脆裂，这也就是为什么热壁加氢反应器内腔喷焊层将δ金相组织成分操控在3％~10％的缘故。
2. 铁素体不锈钢以及电焊焊接特性
铁素体不锈钢分成一般铁素体不锈钢板和超纯铁素体不锈钢两类，在其中一般铁素体不锈钢有Cr12 ~ Cr14型，如00Cr12、0Cr13Al；Cr16 ~ Cr18型，如1Cr17Mo；Cr25 ~ 30型。
因为一般铁索体不锈钢板中的碳、氮成分较高，故生产加工成型及电焊焊接都较艰难，耐腐蚀性也无法确保，应用受限制，在超纯铁素体不锈钢中严控了钢中的碳和氮总产量，一般调节在0.035％ ~ 0.045％、0.030％、0.010％ ~ 0.015％三个层级，与此同时还增加必需的金属原素以进一步发展钢的耐蚀性和综合能。与一般铁素体不锈钢对比，超纯高铬铁素体不锈钢具备非常好的耐匀称浸蚀、缝隙腐蚀及晶间腐蚀特性，较多的运用于石化设备中。铁素体不锈钢有下列电焊焊接特性：
① 电焊焊接持续高温的作用下，在加温环境温度超过1000℃以上的热危害区尤其在近缝区的晶体会大幅度成长，焊后即使迅速制冷，也没法防止因晶体粗壮化造成的延展性骤降及较高的应力腐蚀趋向。
② 铁素体钢自身含镁量较高，有危害原素碳、氮、氧等也较多，延性转化环境温度较高，空缺敏感度较强。因而，焊后脆化状况比较比较严重。
③ 在400℃ ~ 600℃长期加温缓冷时，会发生475℃脆裂，使常温下延展性比较严重降低。在550℃ ~ 820℃长期加温后，则随便从金相组织中进行析出σ相，也显著降低其塑、延展性。
3. 马氏体不锈钢以及电焊焊接特性
马氏体不锈钢可分成Cr13型马氏体不锈钢、低碳环保马氏体不锈钢和非常马氏体不锈钢。Cr13型具备一般耐腐蚀特性，从Cr12为基的马氏体不锈钢，因增加镍、钼、钨、钒等金属原素，除具备一定的抗腐蚀性能，还具备较高的高温度抗压强度及抗高溫空气氧化特性。
奥氏体不锈钢的焊接特性：Cr13型马氏体不锈钢焊接和热危害区的淬硬层趋向尤其大，对接焊缝在风冷标准下便可获得硬脆的奥氏体，在电焊焊接束缚内应力和蔓延氢的效果下，很随便发生电焊焊接冷裂痕。当制冷效率较钟头，近缝区及焊接金属材料会产生粗壮金相组织及沿晶进行析出渗碳体，使连接头的塑、延展性显著降低。
低碳环保及非常马氏体不锈钢的焊接和热危害区制冷后，虽然所有变化为低碳环保奥氏体，但没显著的淬硬层状况，具备较好的激光焊接特性。
二、 高压容器用不锈钢焊材采用
1. 低合金钢焊接材料采用
低合金钢焊接材料的挑选标准是在无裂纹的前提下，确保焊接合金的耐腐蚀性能及物理性能与原材质基本上非常，或超过原材质，一般规定其合金成分大概与原材质成份配对。针对耐腐蚀的低合金钢，一般希看含一定量的金相组织，那样既能确保较好的抗裂纤维特性，又能有不错的耐腐蚀特性。但在一些独特物质中，如尿素设备的焊接金属材料不是同意有金相组织存有的，不然便会减少其耐腐蚀性。对耐高温用马氏体钢，应考量对焊接金属材料内金相组织成分的操纵。针对长时间在持续高温运转的马氏体钢焊件，焊接金属材料内金相组织成分不宜高于5％。阅读者可依据Schaeffler图，按焊接金属材料中的铬剂量和镍当量可能出相对应的金相组织成分。
2. 铁素体不锈钢焊接材料采用
铁素体不锈钢焊接材料大部分有三类：1)成份基本上与原材质配对的焊接材料；2)马氏体焊接材料；3)镍基高温合金焊接材料，因为其价位较高，故非常少采用。
铁素体不锈钢焊接材料可使用与原材质非常的原材料，但在束缚度大时，很随便造成裂痕，焊后可选用热处理工艺，修复耐腐蚀性能，并改进连接头可塑性。选用马氏体焊接材料可免去加热和焊后热处理，但针对没有平稳原素的各种各样钢，热危害区的敏化依然存有，常见309型和310型铬镍马氏体焊接材料。针对Cr17钢，也可以用308型焊接材料，铝合金成分高的焊接材料有益于发展对接焊缝可塑性。马氏体或奥氏体一金相组织焊接金属材料基本上与金相组织原材质等强，但在一些浸蚀媒质中，焊接的耐腐蚀性很有可能与原材质有较大的不一样，这一点在挑选焊接材料时要注意。
3. 马氏体不锈钢焊接材料采用
在不锈钢材料中，马氏体不锈钢是可以运用热处理工艺来调节特性的，因而，为了确保性能指标的规定，尤其是耐高温用马氏体不锈钢，焊接成份应尽可能贴近原材质的成份。为了避免冷裂痕，也可选用马氏体焊接材料，这时的焊接抗压强度必定小于原材质。
焊接成份同母材成分相仿时，焊接和热危害区可能与此同时硬底化变脆，与此同时在热危害区中发生淬火变软区。为了避免冷裂，薄厚3mm以上的预制构件通常要开展加热，焊后也通常必须开展热处理工艺，以发展连接头特性，因为焊接金属材料与原材质的线膨胀系数基本一致，经调质处理后有可能彻底清除内应力。
当产品工件不同意开展加热或热处理工艺时，可挑选马氏体机构焊接，因为焊接具备较高的可塑性和延展性，能松驰内应力，而且能较多地热处理回火氢，因此可减少接口的冷裂趋向，但这个材料不匀称的连接头，因为膨胀系数不一样，在循环系统环境温度的作业环境下，在焊接区很有可能造成剪切应力，而造成连接头毁坏。
针对简易的Cr13型奥氏体钢，不选用马氏体结构的焊接时，焊缝成份的調整空间未几，一般都和原材质基材同样，但务必限定有危害残渣S、P及Si等，Si在Cr13型奥氏体钢焊接中可促进产生粗壮的奥氏体。减少含C量，有益于减少淬强制，焊接中出现少许Ti、N或Al等原素，也可优化晶体并减少淬强制。
针对多个元固溶强化的Cr12基奥氏体热强钢，适用范围是耐高温，通常不用马氏体焊接材料，焊接成份希看贴近原材质。在调节成份时，务必确保焊接不至于发生一次金相组织相，因它对特性十分有危害，因为Cr13基奥氏体热强钢的主要成分多见金相组织原素(如Mo、Nb、W、V等)，为确保所有机构为均一的奥氏体，务必用马氏体原素进行均衡，也就是要有适度的C、Ni、Mn、N等原素。
马氏体不锈钢具备非常高的冷裂趋向，因而务必严苛维持低氢，乃至极低氢，在挑选焊接材料时，务必要注意这一点。
三、 高压容器用不锈钢的焊接关键点
1. 低合金钢电焊焊接关键点
总体来说，低合金钢具备良好的电焊焊接性。几乎任何的融化焊接工艺均可用以电焊焊接低合金钢，奥氏体不锈钢的热机械性能和结构特性选择了其焊接方法关键点。
① 因为低合金钢传热系数小而线膨胀系数大，电焊焊接时便于造成很大的形变和内应力，因而应尽量采用电焊焊接动能集中化的焊接工艺。
② 因为低合金钢传热系数小，在相同的电流量下，相比高合金钢获得很大的熔融深度。与此同时又因为其电阻大，在电弧焊接时，为了防止焊丝泛红，与同孔径的碳素钢或低合金钢焊条对比，电焊焊接电流量较小。
③ 电焊焊接标准。一般不选用大线动能开展电焊焊接 。电弧焊接时，宜使用小孔径焊丝，迅速多道焊，针对需要高的焊接，乃至选用浇冷水的方式 以加快制冷，针对纯低合金钢及非常低合金钢，因为热裂痕敏感度大，更应严控焊接线动能，避免焊接晶体比较严重成长与电焊焊接热裂痕的产生。
④ 为发展焊接的耐热裂特性和耐腐蚀性能，电焊焊接时，要非常注意电焊焊接区的清理，防止有危害原素渗入焊接。
⑤ 低合金钢电焊焊接时一般不用加热。为了避免焊接和热危害区的晶体成长及马氏体的进行析出，确保对接焊缝的塑、延展性和耐腐蚀姓，应操纵较低的固层环境温度，一般不超过150℃。
2. 铁素体不锈钢电焊焊接关键点
铁素体不锈钢的奥氏体产生原素相对性较多，马氏体产生原素相对性较少，原材料淬硬层和冷裂趋向较小。铁素体不锈钢在电焊焊接热力循环的效果下，热危害区晶体显著成长，连接头的延展性和可塑性骤降。热危害区晶体生长的水平在于电焊焊接时需做到的最高温度以及维持时长，因此，在电焊焊接铁素体不锈钢时，应尽可能选用小的线动能，即选用动能集中化的方式，如小电流量TIG、小孔径焊丝手工制作焊等，与此同时尽量选用窄空隙焊缝、高的电焊焊接效率和双层焊等对策，并严控固层环境温度。
因为电焊焊接热力循环的功效，一般铁素体不锈钢在热危害区的高温造成敏化，在一些物质中造成应力腐蚀。焊后经700~850℃退火处理，使铬匀称化，可修复其耐腐蚀性。
一般高铬铁素体不锈钢可选用电弧焊接、气体保护焊、电弧焊焊等电弧焊接方式。因为高锰钢原有的低可塑性，及其电焊焊接热力循环造成的热危害区晶体成长和渗碳体、氮化合物在位错聚集，对接焊缝的可塑性和柔韧性都很低。在选用与原材质成分类似的焊接材料且束缚度大时，很易造成裂痕。为了避免裂痕，改进连接头可塑性和耐腐蚀性，以电弧焊接为例子，可以采用以下加工工艺对策。
① 加热100 ~ 150℃上下，使原料在颇具延展性的情况下电焊焊接。含镁越高，加热溫度应越高。
② 选用小的线动能、不晃动电焊焊接。双层焊时，应操纵固层环境温度不高过150℃，不适合持续焊接，以减少持续高温脆裂和475℃延性危害。
③ 焊后开展750 ~ 800℃退火处理，因为渗碳体灰铸铁和铬遍布匀称，可修复耐腐蚀性，并改进连接头可塑性。淬火后应快冷，避免出现σ相及475℃延性。
3. 马氏体不锈钢电焊焊接关键点
针对Cr13型马氏体不锈钢，当运用同材料焊丝开展电焊时，为了更好地减少冷裂痕敏感度，保证对接焊缝塑、延展性，应取用低氢型焊丝并与此同时采用以下对策：
① 加热。预热环境温度随不锈钢板材碳含量的提高而发展，一般在100℃ ~ 350℃范畴内。
② 后热。针对碳含量较高或束缚度大的对接焊缝，焊后采用后热对策，以避免电焊焊接氢致裂痕。
③ 焊后热处理。为改进对接焊缝塑、延展性和耐腐蚀性，焊后热处理环境温度一般为650℃ ~ 750℃，隔热保温时长按1h / 25mm计。
针对非常及低碳环保马氏体不锈钢，一般并不采用加热对策，当束缚度大或焊接中过氧化物量较高时，采用加热之后热对策，加热环境温度一般为100℃ ~ 150℃，焊后热处理温度为590 ~ 620℃。
针对碳含量较高的奥氏体钢。或在焊接前加热、焊后热处理无法执行，及其连接头束缚度相对较大的情形下，工程项目中也可以用马氏体型的焊接材料，以发展对接焊缝的塑、延展性，避免造成裂痕。但这时焊接金属材料为马氏体机构或以马氏体为主导的机构时，与原材质抗压强度对比实则低强配对，并且焊接金属材料与原材质在成分、合金成分、热机械性能、物理性能差距非常大，电焊焊接剩余应力难以避免，随便引起晶间腐蚀或持续高温应力松弛毁坏。
四、 两相不锈钢的焊接
1. 双相钢的种类
双相钢因为具备马氏体 金相组织两相机构，且2个相机构的成分基本上非常，故兼具低合金钢和铁素体不锈钢的特性。抗拉强度可达400Mpa ~ 550MPa，是一般低合金钢的2倍。与铁素体不锈钢对比，双相钢的延展性高，延性变化温度低，耐应力腐蚀特性和电焊焊接特性均显著发展；与此同时又储存了铁素体不锈钢的一些特性，如475℃延性、导热系数高、热膨胀系数小，具备超可塑性及带磁等。与低合金钢对比，双相钢的抗压强度高，尤其是抗拉强度显著发展，且耐孔蚀性、耐晶间腐蚀、抗腐蚀疲倦等功能也是有显著的改进。
双相钢按其成分归类，可分成Cr18型、Cr23(没有Mo)型、Cr22型和Cr25型四类。针对Cr25型双相钢又可分成标准型和非常双相钢，在其中近些年运用较多的是Cr22型和Cr25型。在我国采取的双相钢以德国产占多数，实际型号有：3RE60(Cr18型)，SAF2304 (Cr23型)，SAF2205 (Cr22型)，SAF2507(Cr25型)。
2. 两相不锈钢的焊接特性
① 双相钢具备较好的电焊焊接性，它既并不像铁素体不锈钢电焊焊接时冷危害区易脆裂，都不像低合金钢易造成电焊焊接热裂痕，但因为它有大批量的金相组织，当刚度比较大或焊接过氧化物量较高时，有可能造成氢制冷裂痕，因而严控氢的主要来源是十分关键的。
② 为了确保双相钢的特性，保证对接焊缝的结构中马氏体及金相组织占比适合是这种钢电焊焊接的根本所在。当焊后连接头制冷速率缓慢时，δ→γ的二次相转变较充足，因而到室内温度时可获得相占比比较适合的两相机构，这就需要在电焊时要有适度大的电焊焊接热输人流量，不然若焊后降温效率较快时，会使δ金相组织相增加，造成连接头塑延展性及耐腐蚀性比较严重降低。
3. 双相钢焊接材料采用
双相钢用的焊接材料，其优点是焊接机构为马氏体占优势的两相机构，关键耐腐蚀原素(铬、钼等)成分与原材质非常，进而确保与原材质非常的耐腐蚀性。为了确保焊接中马氏体的成分，通常是发展镍和氮的成分，也就是发展约2％ ~ 4％的镍剂量。在双相钢原材质中，一般都是有一定量的氮成分，在焊接材料中也希看有一定的含量量，但一般不适合太高，不然会出现排气口。那样镍成分较越高越变成焊接材料与原材质的一个关键差别。
依据耐蚀性、连接头延展性的需求不一样来挑选与原材质成分相符合的焊丝，如电焊焊接Cr22型双相钢，可采用Cr22Ni9Mo3型焊丝，如E2209焊条。选用酸碱性焊丝时脱渣优质，焊接成型美观大方，但断裂韧性较低，当规定焊接金属材料具备较高的断裂韧性，并需开展全部位电焊焊接时，应选用偏碱焊丝。当根处封底焊时，通常选用偏碱焊丝。当想焊接合金的抗腐蚀性能具备特别要求时，还应选用非常双相钢成份的偏碱焊丝。
针对实芯气体保护焊焊条，在确保焊接金属材料具备优良耐蚀性与物理性能的与此同时，还应注意其焊接方法特性，针对焊丝，当规定焊接成型美观大方时，可选用金红石型或钛钙型焊丝，当规定较高的冲击性韧性或在很大的束缚度前提下电焊焊接时，宜选用碱性较高的焊丝。
针对电弧焊宜选用孔径较小的焊条，完成中小型电焊焊接标准下的双层多道焊，以避免电焊焊接热危害区及焊接合金的脆裂，并使用配建的偏碱助焊剂。
4. 两相不锈钢的焊接关键点
① 电焊焊接热全过程的操纵 焊接线动能、固层环境温度、加热及原材料薄厚等都是危害电焊焊接时的散热速率，进而直接影响到焊接和热危害区的结构和特性。制冷速率太快和很慢都是会直接影响到双相钢对接焊缝的延展性和抗腐蚀性能。制冷速率太快的时候会造成太多的α相成分及其Cr2N的进行析出提升。太慢的散热速率会造成晶体比较严重粗壮，乃至有可能进行析出一些延性的合金间化学物质，如σ相。表1列举了一些建议的焊接线动能和固层环境温度的范畴。在挑选线动能时还应充分考虑实际的材质薄厚，表中心线动能的限制合适于厚钢板，最低值合适于金属薄板。在电焊焊接铝合金成分高的ω(Cr)为25 % 的双相钢和非常不锈钢板时，为取得最好的焊接金属材料特性，提议顶层间温控在100℃。当焊后规定热处理工艺时可以不限定固层环境温度。

强烈推荐采用的双相钢线动能和固层环境温度

② 焊后热处理 双相钢焊后最好是不开展热处理工艺，但当焊态下α相成分超出了规定或进行析出了有危害相，如σ相时，可选用焊后热处理来改进。常用的热处理工艺是水淬。热处理时加温应尽量快，在热处理工艺环境温度下的保溫时长为5 ~ 30min，应当足够修复相的均衡。在调质处理时金属材料的空气氧化十分比较严重，应考量选用稀有气体维护。针对ω(Cr)为22 % 的双相钢应在1050℃ ~ 1100℃环境温度下完成热处理工艺，而ω(Cr)为25 % 的双相钢和非常双相钢规定在1070℃ ~ 1120℃环境温度下完成热处理工艺。
五、 不锈钢板高压容器电焊焊接案例
孔径为800mm，壁厚为10mm的闪蒸罐，外壳材料为0Cr18Ni9，其关键承受压力焊接的焊接方法见表2。

闪蒸罐焊接工艺

表明：
① 封头孔径为800mm，电焊工可以钻入筒身体内电焊焊接，故筒体纵、环缝故选用电弧焊接开展双面焊。
② 本机器设备没有人孔，故并拢焊接只有从两侧电焊焊接。为确保电焊品质，选用TIG焊内搭。但不锈钢板氩弧焊机电焊焊接时反面金属材料会被氧化，之前只有根据选用反面充氩维护的方式，可是当机器设备比较大或反面没法执行氩气瓶维护时，将很多消耗氩气瓶，且仍很有可能发生维护不太好。为化解这一加工工艺艰难，日本油脂公司电焊焊接业务部开发设计生产制造了一种反面自维护不锈钢板TIG焊条，这也是一种有着独特镀层的焊条，镀层（即焊芯）融化后会渗入熔合反面，产生一层紧密的防护层，等同于焊丝焊芯的功效。这用焊条的用法与一般的TIG焊条完全一致，镀层不容易危害正脸的电孤和熔合形状，大幅度降低了不锈钢板氩弧焊机的电焊焊接成本。本机器设备中，若选用反面氩气瓶维护，氩气瓶消耗比较严重，故选用了自维护焊条。
③ 接手与平焊法兰焊缝、接手与外壳焊缝，鉴于此位置焊接外观设计和电焊焊接标准，一般采用电弧焊接。若接手孔径过小，为了更好地降低电焊焊接难度系数，还可以选用TIG焊。
④ 橡胶支座与外壳电焊焊接焊缝属非承受压力焊接，选用融化极气体保护焊(维护汽体为纯CO2)，高效率，焊接成型好。TFW-308L为焊接材料型号，其焊接材料型号规格为E308LT1-1(AWS A5.22)