摘要： 在对低温压力容器制造的过程中，很容易出现钢材焊头的低温韧性不足的问题。而为了对这种问题实现良好的解决，就应当在焊接材料以及焊接工艺上做出充分的改进。在本文中，将就压力容器焊接接头低温韧性的改善技术进行一定的分析与探讨。
Abstract： In the manufacture process of cryogenic pressure vessel， the problem of insufficient low-temperature toughness of steel welding head is very common. In order to solve such problem， sufficient improvement should be made on a welding material and welding process. In this paper， the improvement technique for the temperature toughness of pressure vessel welding joint is analyzed and discussed.
关键词： 压力容器焊接接头；低温韧性；改善技术分析
Key words： pressure vessel welding joint；temperature toughness；improvement technique analysis
中图分类号：TG407 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）14-0049-02
0 引言
对于压力容器来说，其工作在低温条件中非常重要的一个前提就是应当具有高韧性。其也只有在具备高韧性的基础上才能够避免容器在工作过程当中不会因为温度过低而遭受破坏。在我国，对容器低温性能的好坏非常重视，尤其是在一些重大工程之中都普遍要求应当使接头具有强韧性。同时，随着近年来高强钢级别的逐渐增大，也使得人们对于焊缝金属的各项性能都提出了更高的要求。其中，焊接接头韧性的高低是由其中的热循环以及焊接材料所决定的，如果不能够对以上两者的质量进行保证，那么所生产的接头韧性也就很难能够符合人们的要求。
目前，我国应用于深冷技术容器中的低温用钢主要有镍钢、镍奥氏体不锈钢、16MNDR以及高锰奥氏体钢。而在国外所用钢则主要为高铬镍。而无论对哪种低温用钢进行使用，其自身的焊接工艺以及焊接材料都会有所区别。
1 低合金低温用钢
随着近年来我国钢铁技术的发展，使得低合金高强钢的韧性也在这个过程中得到了很大的提高，而为了对其性能进行保证，其焊缝韧性就应当保证同基材能够基本保持一致。
而为了对焊接接头的低温韧性进行良好的改善，就应当从焊接材料的变化开始。对于其韧性加强中一个主要方式就是对其合金化处理。在焊接的过程中，其中的某些钢体都需要使用强度级别较高的碳钢焊条，这种焊条则具备较好的可焊接性。目前，我国已有公司研制出了具有高韧性的低合金焊条，其具有更高的焊缝冲击韧性。而其中对韧性起到主要提高作用的元素为硅以及Ni。同时，此焊条还具有非常有益的焊接工艺性、抗冷裂性以及低温缺口韧性。
E5018则属于低氢钾型的材料，比较适合应用在低合金钢和碳钢之间的焊接工作中，同时，其焊缝的抗拉强度也会高于400Mpa以上。但是目前我国生产的E5018在低温冲击韧性的使用方面却还是存在着不稳定的缺点，在测试的过程中产生的波动较大。而经过相关研究机构对其进行实验得知，在E5018中，其焊条具有的熔渣碱度对于使用过程中的冲击韧性有一个最佳值的存在，而无论熔渣碱度大于还是小于这个最佳值，都会对金属的冲击韧性造成降低。而当熔渣碱度的值大约为2.1时，那么此时焊缝金属则具有一个稳定、较高的冲击韧性。对此，我国武汉钢铁集团特别开展了相关实验，其通过向焊缝之中尝试性的加入不同的元素，并分别对不同元素加入之后其焊缝强度以及低温韧性进行了一定的测试研究。研究结果表明，虽然在这个过程中添加不同合金元素，但是其具有的温度曲线以及冲击性能都处于一个较好的水平之中，其中，使用Ni、B以及Ti元素的冲击性能更为明显。
2 镍合金钢
在我国大庆石化中，其所使用的ET1901是深冷区主要的设备，以四段、现场组装的方式焊接的。其主要材质为SA203E，设计的最低工作温度为零下101℃。且其使用N-3焊条对其进行焊接，且其对层间温度以及预热温度所进行的控制也能够对接头韧性产生一定的影响。同时，其使用低线能量焊接，通过这种方式能够获得更强的冲击韧性。但是在焊接的过程中还应当注意对性能的适当把握，如果能量过低的话也会对防止冷裂纹出现方面存在缺陷，通常来说对接线能量的调节应当控制在20KJ/cm以内为宜。从而能获得较好的韧性效果。
压力容器钢板使用的为3.5Ni钢铁，其在较低温度工作环境中具有较好的机械性能以及冲击韧性。在我国西安某公司中，其所制造的浓缩塔的封头材料为SA203GrD，其可以工作在零下60℃温度中。通过其试验表明，其所使用的ETC PH焊条以及TGS-3N等等都能够通过对层间温度控制以及减少焊条摆动等方式对焊缝低温韧性性起到良好的稳定作用。其对于此浓缩塔进行以上方式的焊接控制之后，获得了较好的使用效果。
而在大连冰山集团所制造的浓缩塔中，其制造的主题材料为SA203GrE，此浓缩塔可以工作在零下80度以上的温度中。在其制造材料中，其焊接材料使用了ETCPH87，从而能够对设备的低温冲击性做到保证。同时，其还将破口角度进行了适当的增加，在这个过程中虽然焊接工作量相比以往有所增加，但是却能够通过这种方式实现了多层焊接，从而对韧性起到了很好的加强作用。另外，在该产品焊接的过程中，还是用了以快速、小电流焊接的方式，从而能够有效的对焊缝过程中的热输入实现降低，并对层间温度实行良好的控制从而最大程度使其韧性得到加强。而对于不能够以多层焊接的焊缝来说，则可以使用退火焊道的方式使其韧性得到提高。
而随着我国工业技术的发展，在我国的南方地区也已经建立了很多大型天然气接收设置，在其中，其使用了9Ni钢来其他原有的Ni-Ci材料，其具有更好的低温韧性，从而成为了该取低温储罐的主要制造材料。但是9Ni钢的焊接也是一个难点，其同其它材料相比具有更难焊接的特点。根据相关实验表明，如果焊材具有较高的含碳量，那么就会使得材料的低温焊性得到降低，而当焊接能量没有处于规定范围之中时，也会由于影响到材料的最佳温度而使韧性达不到人们的要求。所以在对9Ni钢进行焊接的过程中，应当将层间温度控制在较低的范围内，同时可以尝试对冷却速度提高，从而能够对焊接过程中硫、磷之间的聚集效果得到减少，并结合合格的焊接流程，从而保证焊接的成功率。
3 铬镍奥氏体不锈钢
对于不锈钢中所使用的A107焊条来说，通常厂家都从工艺性的角度对其耐腐蚀性以及抗裂性展开研究，而很少对其在低温状态下的冲击性能进行考虑。比如在某企业中，其用于改造的两台分离器中，两个焊条之间低温韧性存在较大的差距，而对冷却速度调整以及改进焊接规范之后，其韧性也没有得到改观。这时所应当使用的方式就是将焊条中M0的比重由0.8降低到0.3，则能够有效的对焊接韧性起到改善作用。另外，对于铬镍奥氏体不锈钢韧性实现保证的另一种方式是对不锈钢之中铁元素以及氢元素的含量进行降低，并同时使用小焊接规范，则能够对不锈钢韧性起到良好的加强效果。同时，在焊接的过程中，还应当尽可能使用较小坡口且能量线较小的焊接方式，也会对金属的低温韧性起到有效的加强。
4 结束语
随着我国工业建设的发展，一些工业设备中重要的技术规范也越来越被人们所重视。对于焊接接头低温韧性也是一样，其是对设备稳定运行的重要保障。在上文中对于压力容器焊接接头低温韧性的改善技术材料以及实例进行了一定的分析研究，而在实际操作的过程中，相关企业也应当以此为参考，以有效的技术方式对接头低温韧性作出保障。
参考文献：
[1]陈晓，郭伟.Q345D钢埋弧焊的焊接材料、焊接工艺及应用[J].科技信息，2010（22）：282-283.
[2]闫霞，屈金山，韩志伟，黄峰.高温下16Mn钢双丝自动埋弧焊接头性能分析[J].电焊机，2010（01）：86-89.
[3]王旭光，高磊，张莹莹.16MnDR钢板埋弧焊对接接头性能研究[J].石油化工设备，2011（02）：27-30.
[4]殷荣幸，瞿卫东.20Mn23Al无磁钢与Q235低碳钢的埋弧焊焊接工艺[J].金属加工（热加工），2011（10）：68-69.
