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[中图分类号] TG457.11
[文献标志码]A
[文章编号]2095-6487 （2021） 02-0063-03
Defects in Welding of Dissimilar Steels for Pressure Vessels and Countermeasures
Wang Jian
[ Abstract]
With the development of chemical technology， pressure vessels are more and more widely used. Pressure vessel is a special equipmentfor containing liquid and gaseous media， which is widely used in petrochemical and other industries. It is a typical welding equipment. When the weldingquality is not up to standard and welding defects appear， it will seriously reduce the performance of the equipment， and even lead to safety accidents suchas leakage and explosion. Especially for welding joints of dissimilar metals， the complexity of the welding process will be significantly increased， and theprobability of welding defects will increase
[ Keywords] pressure vessel; dissunilar steel; welding
异种钢焊接接头按照两侧钢材种类是否相向，可分为同类异种钢接头与异类异种钢接头，母材的化学成分都是不同的，其主要焊接特点如下。
两端母材和填充材料的金属元素含量与焊接工艺的不同，致使焊接接头各区域的化学成分发生改变。
除母材和填充材料的化学成分是重要的影响因素外，组织的不均匀性还取决于焊接方法、焊接工艺等相关因素。
由于接头的化学成分分布不均，各区域的力学性能与物理化学性能也存在显著差异。焊接接头各区域性能的差异，会导致残余应力分布不均维护，因而在异种钢焊接时存在更多不确定性因素。上述异种钢焊接接头的不均匀性，导致焊接时易产生焊接缺陷，对压力容器的后续使用留下了巨人的安全隐患。因此，分析各种缺陷产生的原因并采取合理的处理措施，对解决异种金属焊接问题，保证压力容器良好的使用质量是相当重要的。
异种钢接头焊丝材料一般为镍基焊材，其成分与T91，12CrIMoV等铁素体钢的差别很大，品格结构也不同，因此其组织性能差别也较人，在受到外部应力时协调变形能力较差，必然会产生较人内应力。此外，焊接过程可能会引起第一类碳迁移，使焊缝侧出现高硬层（增碳和马氏体过渡层），带来新的组织性能的不均匀性。焊后热处理能够降低硬度梯度，降低应力集中，但对于9Cr钢来说，会增加Ⅳ型裂纹的风险;此外，经过焊后热处理的一些异种钢接头也频频出现断裂。异种钢接头断裂案例中发现了较多的碳迁移现象，但很人一部分断裂案例中并未发现明显增碳现象。因此，不进行焊后热处理和碳扩散并不是异种钢接头断裂的主要原因。
外观缺陷通常指可肉眼观测的缺陷，常见的有咬边、焊接变形、烧穿、焊瘤等。咬边的产生主要是焊接参数选择不合理与操作方法运用不当造成的。另外，当焊丝与焊接中心偏离时，熔池停留时间过长，也会导致咬边现象。对于焊接变形，通常是指被焊工件在焊接过程中由于热量吸收不均匀，造成局部收缩或者舒张而产生的形状尺寸变化。母材和焊缝金属的材料性能、焊接接头的设计以及制造工艺是主要影响因素。烧穿是指焊接时熔化深度超过母材自身厚度，被融化的金属混合液从焊缝流出，并形成贯穿孔。焊接电流太人或是运行速度太慢都将导致烧穿。焊瘤则是运条速度不均匀，造成局部熔池温度较高，在重力的影响下金属液体下滑导致缺陷形成。外观缺陷的危害主要分为两方面。
（1）增人母材在焊接时的无效截面积导致设备的承载性能下降，同时，也容易在接头附近产生应力集中，这是裂纹产生的重要原因之一。
（2）影响了设备或工件的美观度。2.3内部缺陷
内部缺陷在压力容器焊接时只能用无损探伤的方式检测出来，可以分为气孔、夹渣、未熔合、未焊透以及内部裂纹等。气孔缺陷是焊接时母材表而不干净，或者外表存在少量的油污所致。此外，当外界环境的湿度较人、焊接作业操作不标准时，也会气孔产生。夹渣常在坡口边缘等不平滑的位置出现，主要是运条速度过快、电流过小以及运行轨道不平稳所致。未熔合或未焊透缺陷则是由于焊接电流过小、坡口设计不合理等因素，母材两端不能完全融合在一起，產生一定的间隙形成的，这两种缺陷会显著影响压力容器的密封性。裂纹是焊接应力以及其他致脆因素的共同作用破坏了部分金属原子间的相互作用力，而产生缝隙并形成的两个新界而。裂纹的产生意味着承载面积显著减少，当裂纹扩展时，会直接增人金属材料发生断裂的可能性，所以裂纹在压力容器焊接中是最不容忽视的缺陷。
异种钢在进行熔焊时，焊接接头极易产生金属间化合物（IMC），这些IMC经常恶化焊接接头的力学性能。为了抑制其生成，控制钢材的熔合比是研究的关键，常见的熔焊有电子束焊、激光焊、电弧焊、电阻焊等。
由于异种钢的熔点不同，一般钢材是不熔化的，所以异种钢焊接接头经常兼备熔焊和钎焊的特点，如异种钢激光钎焊。压焊则是对焊件施加压力而完成焊接的方法。钎焊和压焊因为异种钢一侧或异种钢双侧在焊接过程中保持固态，相对于熔焊来说，IMC层厚度较小，易于控制。压焊土要有摩擦焊、扩散焊。
复合焊是结合熔焊、钎焊和压焊的优点，力求得到性能更好的焊接接头，如：熔焊一钎焊、熔焊一压焊、压焊一钎焊等。
异种钢制造压力容器的晕点是焊接程序，在具体的焊接操作中要从异种钢焊接和裂纹这两个角度出发。不锈钢复合钢板的焊接主要是对基层和覆层的接触而进行异种钢的焊接，异种钢焊接的技术对普通的焊接工作来说难度极人。这是因为不同种类钢的母材料有差_片，钢里面的其他填充金属之间会产生不同的作用，因此带来了极人的技术挑战。在具体的焊接过程中，相关的操作人员要采取最适用当下异种钢之间焊接的合理方案，既要科学，又要可行性高。不仅要发挥出技术人员的最人价值，还要发挥出异种钢结构的制造优势。选取适宜的定位焊的位置极大地缩短了焊接工程的时间，从而有效地提升了压力容器的制作效率和生产水下。
为减少焊接缺陷的产生，防il.焊件力学性能下降，合理选用焊接材料极为重要。选择焊接材料时，可以根据母材的原始成分、设备性能以及焊接工艺参数选定。当两种异种钢的金相组织相似时，焊接材料一般依据“低强度”原则选用，即焊接材料的选择按照焊接性能较差的母材一方来确定。但是，在某些特殊情况下，为保证焊接质量，会按照“高强度”原则进行选择。当两端母材的金相组织相差较人时，需考虑填充材料在焊接时被母材稀释后，焊接接头性能能否得到保障，以此来选择焊接材料。需要强调的是，如果接头的工作环境相对恶劣，优先采用镍基合金焊条，以减少碳迁移现象，改善接头的力学性能。同时，焊材在选择时，应当根据“焊材管理规定”进行筛选。焊接材料应由相关部门分型号、类别进行保管，确保焊材放置环境适宜，避免潮湿。同时，应加强对焊材验收，耐买回的焊材及时抽样送检，确保焊材合格。
焊接工艺参数通常指焊接速度、电流、电压等物理量，一般情况下，其人小可依据熔合比而拟定。对于异种钢来说，熔合比不宜过人，在焊接时，通常使用的焊接电流较小，同时需要较快的焊接速度，还可以采用多层及多道焊的焊接形式。此外，如果母材的焊接性能较差时，需采用焊前预热避免在焊接时产生裂纹，并将焊前预热的相关参数，作为焊件的整体预热工艺参数。总之，焊接工艺参数的选择是否合理会直接影响焊接接头的质量，应结合实际情况，合理选择。
新型焊接技术由传统焊接方法（熔焊、压焊、钎焊）发展而来，有时也会赋以自动化技术来提升其工艺水下，如窄间隙埋弧焊、激光一电弧焊等。就传统埋弧焊而言，它的焊接坡口相对较人，造成缝隙金属填充量较多，电需要较大的焊接能量。窄间隙埋弧焊新技术的应用解决了传统埋弧焊存在的焊接问题，也特别适用于壁厚较大的压力容器焊接。对于电弧焊存在的强度低、效率低等问题，激光一电弧焊接技术巧妙地将激光焊与电弧焊相结合，从而复合形成了一种新的焊接方法。该方法不仅继承了激光焊与电弧焊的优点，而且还弥补了各自的不足，提高了捍接质量与效率。当然，不可否认的是，新技术同样也存在一些缺点，如窄间隙埋弧焊接后不易返修、激光一电弧焊易产生咬边等。因此，在选择焊接技术时，应结合不同焊接方法的优缺点，考虑压力容器的实际运行状况，选用适合的新型焊接技术以提高焊接质量。
焊接工艺规程是针对焊接作业的标准文件，也是展开焊接作业的重要基础。焊接工艺规程是由经验成熟的焊工结合生产条件、行业标准编制而成，确定了焊缝形式、坡口形式、焊接电流人小等方面内容。焊接人员需针对焊缝的特点、产品的特有性能以及相应的质量要求，科学合理地制定焊接工艺规程，才能保障压力容器的焊接质量。
焊接操作人员的技能不熟练、经验不足、操作不规范，将直接造成焊接缺陷的产生。为尽可能减少人为因素的焊接缺陷，对操作人员的选用可参考以下三点。
（1）聘用具有国家承认的相关证件的技术人员，持证上岗。
（2）对聘用的焊接技术人员定期考核，不合格者应再次学习直至合格才可开展焊接工作。
（3）新老员工“一对一”上岗作业，让新技术人员尽早掌握技术要领，同时，老员工做好素质评价工作，不合格者给予解雇。
焊接设备是开展焊接作业的前提与基础，如果焊接设备维护不当，焊接工作将会直接受到影响，进而导致焊接质量的下降。以气体保护焊为例，它的焊接设备主要由焊枪、电源、送气装置以及送丝机构四部分组合而成。在实际工作中，若设备一直处于超负荷运转状态或者长期不保养，易出现如送丝机构堵塞、焊丝导嘴堵塞等问题。此外，还应注意气瓶与管道连接是否牢固、泄压阀工作是否正常等情况，谨防安全事故的发生。所以，为保护人员安全，保障焊接质量，焊接设备需要由专人保管，定期维护，才能保证设备的良好性能。
焊接前，应检查压力容器的基本装配情况，杜绝或尽量减少焊前装配缺陷，若已存在外部形状、尺寸缺陷，需及时调整。消除装配缺陷后，应清理接头周围的杂质，并按照工艺设计要求进行预热处理，防il.焊接时，裂纹以及淬硬组织的形成。待焊接工作完成后，为排除内部缺陷，应对压力容器开展无损探伤，榆查焊接接头质量是否达标。
异种钢焊接具有较高的难度，加上自身成分的特殊性，更容易产生焊接缺陷从而造成质量隐患。分析缺陷产生原因，通过合理选材，恰当选用焊接参数，使用新型焊接技术，严格执行焊接工艺规程，并且确保焊接人员操作熟練、焊接设备运行良好等方而抑制异种钢焊接缺陷的产生，确保焊接质量。
参考文献
[1]倪翠平.压力容器焊接常见缺陷及防治措施探讨[J]建筑工程技术与设计，2019 （1）：2511.
[2]马占营压力容器异种钢焊接常见缺陷与预防方法探究[J]科技创新导报，2018 （3）：64，66
[文献标志码]A
[文章编号]2095-6487 （2021） 02-0063-03
Defects in Welding of Dissimilar Steels for Pressure Vessels and Countermeasures
Wang Jian
[ Abstract]
With the development of chemical technology， pressure vessels are more and more widely used. Pressure vessel is a special equipmentfor containing liquid and gaseous media， which is widely used in petrochemical and other industries. It is a typical welding equipment. When the weldingquality is not up to standard and welding defects appear， it will seriously reduce the performance of the equipment， and even lead to safety accidents suchas leakage and explosion. Especially for welding joints of dissimilar metals， the complexity of the welding process will be significantly increased， and theprobability of welding defects will increase
[ Keywords] pressure vessel; dissunilar steel; welding
1 压力容器异种钢焊接接头的特点
异种钢焊接接头按照两侧钢材种类是否相向，可分为同类异种钢接头与异类异种钢接头，母材的化学成分都是不同的，其主要焊接特点如下。
1.1 化学成分的不均匀性
两端母材和填充材料的金属元素含量与焊接工艺的不同，致使焊接接头各区域的化学成分发生改变。
1.2 组织的不均匀性
除母材和填充材料的化学成分是重要的影响因素外，组织的不均匀性还取决于焊接方法、焊接工艺等相关因素。
1.3 性能的不均匀性
由于接头的化学成分分布不均，各区域的力学性能与物理化学性能也存在显著差异。焊接接头各区域性能的差异，会导致残余应力分布不均维护，因而在异种钢焊接时存在更多不确定性因素。上述异种钢焊接接头的不均匀性，导致焊接时易产生焊接缺陷，对压力容器的后续使用留下了巨人的安全隐患。因此，分析各种缺陷产生的原因并采取合理的处理措施，对解决异种金属焊接问题，保证压力容器良好的使用质量是相当重要的。
2 常见焊接缺陷及产生原因
2.1 焊接质量
异种钢接头焊丝材料一般为镍基焊材，其成分与T91，12CrIMoV等铁素体钢的差别很大，品格结构也不同，因此其组织性能差别也较人，在受到外部应力时协调变形能力较差，必然会产生较人内应力。此外，焊接过程可能会引起第一类碳迁移，使焊缝侧出现高硬层（增碳和马氏体过渡层），带来新的组织性能的不均匀性。焊后热处理能够降低硬度梯度，降低应力集中，但对于9Cr钢来说，会增加Ⅳ型裂纹的风险;此外，经过焊后热处理的一些异种钢接头也频频出现断裂。异种钢接头断裂案例中发现了较多的碳迁移现象，但很人一部分断裂案例中并未发现明显增碳现象。因此，不进行焊后热处理和碳扩散并不是异种钢接头断裂的主要原因。
2.2 外观缺陷
外观缺陷通常指可肉眼观测的缺陷，常见的有咬边、焊接变形、烧穿、焊瘤等。咬边的产生主要是焊接参数选择不合理与操作方法运用不当造成的。另外，当焊丝与焊接中心偏离时，熔池停留时间过长，也会导致咬边现象。对于焊接变形，通常是指被焊工件在焊接过程中由于热量吸收不均匀，造成局部收缩或者舒张而产生的形状尺寸变化。母材和焊缝金属的材料性能、焊接接头的设计以及制造工艺是主要影响因素。烧穿是指焊接时熔化深度超过母材自身厚度，被融化的金属混合液从焊缝流出，并形成贯穿孔。焊接电流太人或是运行速度太慢都将导致烧穿。焊瘤则是运条速度不均匀，造成局部熔池温度较高，在重力的影响下金属液体下滑导致缺陷形成。外观缺陷的危害主要分为两方面。
（1）增人母材在焊接时的无效截面积导致设备的承载性能下降，同时，也容易在接头附近产生应力集中，这是裂纹产生的重要原因之一。
（2）影响了设备或工件的美观度。2.3内部缺陷
内部缺陷在压力容器焊接时只能用无损探伤的方式检测出来，可以分为气孔、夹渣、未熔合、未焊透以及内部裂纹等。气孔缺陷是焊接时母材表而不干净，或者外表存在少量的油污所致。此外，当外界环境的湿度较人、焊接作业操作不标准时，也会气孔产生。夹渣常在坡口边缘等不平滑的位置出现，主要是运条速度过快、电流过小以及运行轨道不平稳所致。未熔合或未焊透缺陷则是由于焊接电流过小、坡口设计不合理等因素，母材两端不能完全融合在一起，產生一定的间隙形成的，这两种缺陷会显著影响压力容器的密封性。裂纹是焊接应力以及其他致脆因素的共同作用破坏了部分金属原子间的相互作用力，而产生缝隙并形成的两个新界而。裂纹的产生意味着承载面积显著减少，当裂纹扩展时，会直接增人金属材料发生断裂的可能性，所以裂纹在压力容器焊接中是最不容忽视的缺陷。
3 异种钢焊接主要方法
3.1 熔焊
异种钢在进行熔焊时，焊接接头极易产生金属间化合物（IMC），这些IMC经常恶化焊接接头的力学性能。为了抑制其生成，控制钢材的熔合比是研究的关键，常见的熔焊有电子束焊、激光焊、电弧焊、电阻焊等。
3.2 钎焊和压焊
由于异种钢的熔点不同，一般钢材是不熔化的，所以异种钢焊接接头经常兼备熔焊和钎焊的特点，如异种钢激光钎焊。压焊则是对焊件施加压力而完成焊接的方法。钎焊和压焊因为异种钢一侧或异种钢双侧在焊接过程中保持固态，相对于熔焊来说，IMC层厚度较小，易于控制。压焊土要有摩擦焊、扩散焊。
3.3 复合焊
复合焊是结合熔焊、钎焊和压焊的优点，力求得到性能更好的焊接接头，如：熔焊一钎焊、熔焊一压焊、压焊一钎焊等。
3.4 异种钢焊接的质量控制
异种钢制造压力容器的晕点是焊接程序，在具体的焊接操作中要从异种钢焊接和裂纹这两个角度出发。不锈钢复合钢板的焊接主要是对基层和覆层的接触而进行异种钢的焊接，异种钢焊接的技术对普通的焊接工作来说难度极人。这是因为不同种类钢的母材料有差_片，钢里面的其他填充金属之间会产生不同的作用，因此带来了极人的技术挑战。在具体的焊接过程中，相关的操作人员要采取最适用当下异种钢之间焊接的合理方案，既要科学，又要可行性高。不仅要发挥出技术人员的最人价值，还要发挥出异种钢结构的制造优势。选取适宜的定位焊的位置极大地缩短了焊接工程的时间，从而有效地提升了压力容器的制作效率和生产水下。
4 压力容器异种钢焊接缺陷的应对措施
4.1 合理选择焊接材料
为减少焊接缺陷的产生，防il.焊件力学性能下降，合理选用焊接材料极为重要。选择焊接材料时，可以根据母材的原始成分、设备性能以及焊接工艺参数选定。当两种异种钢的金相组织相似时，焊接材料一般依据“低强度”原则选用，即焊接材料的选择按照焊接性能较差的母材一方来确定。但是，在某些特殊情况下，为保证焊接质量，会按照“高强度”原则进行选择。当两端母材的金相组织相差较人时，需考虑填充材料在焊接时被母材稀释后，焊接接头性能能否得到保障，以此来选择焊接材料。需要强调的是，如果接头的工作环境相对恶劣，优先采用镍基合金焊条，以减少碳迁移现象，改善接头的力学性能。同时，焊材在选择时，应当根据“焊材管理规定”进行筛选。焊接材料应由相关部门分型号、类别进行保管，确保焊材放置环境适宜，避免潮湿。同时，应加强对焊材验收，耐买回的焊材及时抽样送检，确保焊材合格。
4.2 合理选用焊接工艺参数
焊接工艺参数通常指焊接速度、电流、电压等物理量，一般情况下，其人小可依据熔合比而拟定。对于异种钢来说，熔合比不宜过人，在焊接时，通常使用的焊接电流较小，同时需要较快的焊接速度，还可以采用多层及多道焊的焊接形式。此外，如果母材的焊接性能较差时，需采用焊前预热避免在焊接时产生裂纹，并将焊前预热的相关参数，作为焊件的整体预热工艺参数。总之，焊接工艺参数的选择是否合理会直接影响焊接接头的质量，应结合实际情况，合理选择。
4.3 适当选用新型焊接技术
新型焊接技术由传统焊接方法（熔焊、压焊、钎焊）发展而来，有时也会赋以自动化技术来提升其工艺水下，如窄间隙埋弧焊、激光一电弧焊等。就传统埋弧焊而言，它的焊接坡口相对较人，造成缝隙金属填充量较多，电需要较大的焊接能量。窄间隙埋弧焊新技术的应用解决了传统埋弧焊存在的焊接问题，也特别适用于壁厚较大的压力容器焊接。对于电弧焊存在的强度低、效率低等问题，激光一电弧焊接技术巧妙地将激光焊与电弧焊相结合，从而复合形成了一种新的焊接方法。该方法不仅继承了激光焊与电弧焊的优点，而且还弥补了各自的不足，提高了捍接质量与效率。当然，不可否认的是，新技术同样也存在一些缺点，如窄间隙埋弧焊接后不易返修、激光一电弧焊易产生咬边等。因此，在选择焊接技术时，应结合不同焊接方法的优缺点，考虑压力容器的实际运行状况，选用适合的新型焊接技术以提高焊接质量。
4.4 严格执行焊接工艺规程
焊接工艺规程是针对焊接作业的标准文件，也是展开焊接作业的重要基础。焊接工艺规程是由经验成熟的焊工结合生产条件、行业标准编制而成，确定了焊缝形式、坡口形式、焊接电流人小等方面内容。焊接人员需针对焊缝的特点、产品的特有性能以及相应的质量要求，科学合理地制定焊接工艺规程，才能保障压力容器的焊接质量。
4.5 严格选用焊接人员
焊接操作人员的技能不熟练、经验不足、操作不规范，将直接造成焊接缺陷的产生。为尽可能减少人为因素的焊接缺陷，对操作人员的选用可参考以下三点。
（1）聘用具有国家承认的相关证件的技术人员，持证上岗。
（2）对聘用的焊接技术人员定期考核，不合格者应再次学习直至合格才可开展焊接工作。
（3）新老员工“一对一”上岗作业，让新技术人员尽早掌握技术要领，同时，老员工做好素质评价工作，不合格者给予解雇。
4.6 加强维护焊接设备
焊接设备是开展焊接作业的前提与基础，如果焊接设备维护不当，焊接工作将会直接受到影响，进而导致焊接质量的下降。以气体保护焊为例，它的焊接设备主要由焊枪、电源、送气装置以及送丝机构四部分组合而成。在实际工作中，若设备一直处于超负荷运转状态或者长期不保养，易出现如送丝机构堵塞、焊丝导嘴堵塞等问题。此外，还应注意气瓶与管道连接是否牢固、泄压阀工作是否正常等情况，谨防安全事故的发生。所以，为保护人员安全，保障焊接质量，焊接设备需要由专人保管，定期维护，才能保证设备的良好性能。
4.7 确保完成非焊接工作
焊接前，应检查压力容器的基本装配情况，杜绝或尽量减少焊前装配缺陷，若已存在外部形状、尺寸缺陷，需及时调整。消除装配缺陷后，应清理接头周围的杂质，并按照工艺设计要求进行预热处理，防il.焊接时，裂纹以及淬硬组织的形成。待焊接工作完成后，为排除内部缺陷，应对压力容器开展无损探伤，榆查焊接接头质量是否达标。
5 结束语
异种钢焊接具有较高的难度，加上自身成分的特殊性，更容易产生焊接缺陷从而造成质量隐患。分析缺陷产生原因，通过合理选材，恰当选用焊接参数，使用新型焊接技术，严格执行焊接工艺规程，并且确保焊接人员操作熟練、焊接设备运行良好等方而抑制异种钢焊接缺陷的产生，确保焊接质量。
参考文献
[1]倪翠平.压力容器焊接常见缺陷及防治措施探讨[J]建筑工程技术与设计，2019 （1）：2511.
[2]马占营压力容器异种钢焊接常见缺陷与预防方法探究[J]科技创新导报，2018 （3）：64，66