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摘要：钢制压力容器制造中，焊接技术是极为关键的一项技术，文章综合理论与实际两大方面，对钢制压力容器（尤其是不锈钢复合钢板制压力容器）设计中的焊接工艺及热处理工艺展开了详细论述，强调了焊接质量的重要性，对钢制压力容器的设计与制造，都有一定的指导意义。
关键词：钢制压力容器；焊接；热处理
焊接，是涉及、生产及安装压力容器中非常重要的一项技术，设计时焊接接头的正确选用及制造中焊接质量的优劣，都会对压力容器的工作及使用寿命产生决定性影响，甚至还可能会危及人类的生命、财产安全。从这点来看，压力容器的焊接质量，既是个安全性问题，同时也是个经济性问题。
1.不锈复合钢板焊接工艺
通过翻阅与焊接相关的资料，以及开展焊接性试验，根据NB/T 47015-2011《压力容器焊接规程》，SH/T 3527-2009《石油化工不锈复合钢板焊接规程》，GB/T 13148-2008《不锈钢复合钢板焊接技术要求》等标准来对焊接工艺进行评定，接焊缝焊后RT探伤、晶间腐蚀试验及力学性能试验等项目都应严格符合标准及需求。焊接工艺最终的评定结果将被作为制定产品施焊工艺的重要依据。
1.1.焊接方法
不锈复合钢板已有多种较为成熟的焊接方法，大体可分为焊条电弧焊、钨极氩弧焊、埋弧焊等。有些换热器的管箱与浮头盖都是复合材料，没有很大的焊接空间，直焊缝不长，可进行双面焊，对于这类换热器产品，采用焊条电弧焊方法更为合适，这样不仅能提升焊接质量，同时还可压缩成本，其操作较为灵活，几乎不受工件形状与焊接位置的影响。
1.2.焊接材料的选择
焊材的选择，应根据基层等强度和复层保证耐蚀性等原则进行。例如，基层Q345R焊条电弧焊适宜选择E5015焊条， 3.2 mm到 4.0 mm；复层316L （奥氏体型） 焊条电弧焊适宜选用E316L- 16焊条， 3.2mm；过渡层选择焊材时，应充分考虑基层金属对复层不锈钢产生的稀释作用，合金成分应应高于母材成分约25%，选择E309MoL- 16焊条， 3.2 mm。
1.3.焊接设备与环境
通常可选择直流焊机，基层、复层及过渡层这3种焊缝均可选择焊条电弧焊。所采用的钢丝刷、扁铲等工具都，都应是不锈钢材料。焊接应在0 ℃以上的环境下进行，同时现场还应采取必要的防风措施。
1.4.焊接坡口与接头组对
1.4.1.坡口
选用坡口形式时，应充分考虑焊接渡层的特点，焊接顺序应依次为焊基层、渡层到复层，，要尽可能不对复层进行焊接或进行少量焊接，同时还应避免复层焊缝被多次受热，从而逐步增强复层焊缝的耐腐蚀性能，该坡口形式还能有效降低设备内部的铲磨工作量。
1.4.2.组对
焊件组对时，应以复层为参考对齐，复层错边量过大，会降低复层焊缝的质量，为此我们应将错边量控制在0.5 mm范围内。
1.4.3.定位焊
对接焊时，只可在基层使用E5015焊条来点焊。点焊工装夹具也只可焊在基层的某一侧，且材质要和基层一致，然而使用E5015焊条进行焊接。去除工装时，应避免基层金属破损，同时焊接处还应进行打磨，使之保持光滑。
1.4.4.焊接工艺参数
不锈复合钢板焊接工艺如下表。电流极性都是直流反接。
2. 钢制压力容器焊后热处理
2.1. 钢制压力容器焊后热处理的条件
2.1.1.高压容器、储存容器、中压反应容器以及移动式压力容器等，都应进行炉内整体热处理。其他压力容器可直接进行整体热处理。大型压力容器，可选择分段热处理，其重叠热处理部分长度应大于1500 mm。炉外部分还必须采取相应的保温措施。
2.1.2.环向焊接接头、筒体、接管或封头经过修补后，可选择局部热处理。局部热处理的焊缝应包含整条焊缝。焊缝每侧加热宽度应超过母材厚度的两倍，焊接接管和壳体时，加热宽度应大于两者厚度的六倍。如果壳体靠近加热部位，还必须采取相应的保温措施，避免产生过大的温度差。
2.2.焊后热处理方法
2.2.1.整体热处理
整体热处理通常会采用烧嘴加热，有时也会采用电加热方式，通常在直径与容积不大的压力容器现场返修后的热处理中应用较多。运用烧嘴加热时，通常在容器的开口处会放置1个或多个燃油、燃气烧嘴，通过强制对流来对容器壳体进行均匀加热。容器外表面还会铺设一层保温层，其目的是为了避免热扩散，使壳体能够升温、加热温度能保持均匀以及维护施工安全等。国外则更常采用高速燃气烧嘴，其燃料通常是液化石油气或者城市煤气。
2.2.2.局部热处理
局部热处理对大型压力容器等更为适用，这些容器通常无法进行整体加热或在运输方面存在较大限制，而不得不使用现场安装的筒体、管道或进行焊接环缝，或是对焊接区进行局部修补等。局部加热一般都会产生较大的热应力，为避免该种热应力产生不利影响，我们通常会对压力容器筒体、接管的整体焊接区及其周边环形带展开焊后热处理，具体的操作规范可参考国内压力容器制造标准。局部热处理也有多种加热方法，国内外较常选择电加热方式，这是由于电加热更容易控制，施工起来也更为简单。
2.3.不锈钢复合钢板焊后热处理
焊后热处理按设计要求进行。焊接残余应力，推荐采用机械方法去除。当采用热处理的方法消除焊接残余应力时，推荐在过渡层焊接之前进行。当复材不锈钢有晶间腐蚀倾向检验要求时，热处理温度不超过其敏化温度。
例如：复合板基层Q345R厚度40mm，根据GB150标准需做焊后热处理。根据HG20584-2011表6-1，热处理温度可选用550℃。保温时间按总厚度计算。对复层304材料耐晶间腐蚀性能影响不大。目前涉及制造的多台设备基层厚度>100mm，材料为SA516 Gr.70+304或316L复合钢板的容器，由于较厚，热处理温度选用600℃，复层接头都能通过晶间腐蚀试验（试验标准：GB/T4334.5-2000）。
3. 结论
总之，压力容器属于一种典型的焊接成型设备，焊接作为其最为主要的制造方法，焊接质量与整个设备的产品生命周期息息相关。钢制压力容器的焊接及热处理都应遵守国内的相关规定，从焊材选用到焊接方法的选择等方面，都应符合国内的工艺标准及要求，如运用焊后热处理以外的其他方法来消除应力，还应按要求办理审批手续。
参考文献：
[1]于启湛，丁成钢，史春元.低温用钢的焊接[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2]陈裕川，钢制压力容器焊接工艺[M].北京： 机械工业出版社，2007.
[3]周振丰，张文钺.焊接冶金与金属焊接性[M].北京：机械工业出版社，1988.
关键词：钢制压力容器；焊接；热处理
焊接，是涉及、生产及安装压力容器中非常重要的一项技术，设计时焊接接头的正确选用及制造中焊接质量的优劣，都会对压力容器的工作及使用寿命产生决定性影响，甚至还可能会危及人类的生命、财产安全。从这点来看，压力容器的焊接质量，既是个安全性问题，同时也是个经济性问题。
1.不锈复合钢板焊接工艺
通过翻阅与焊接相关的资料，以及开展焊接性试验，根据NB/T 47015-2011《压力容器焊接规程》，SH/T 3527-2009《石油化工不锈复合钢板焊接规程》，GB/T 13148-2008《不锈钢复合钢板焊接技术要求》等标准来对焊接工艺进行评定，接焊缝焊后RT探伤、晶间腐蚀试验及力学性能试验等项目都应严格符合标准及需求。焊接工艺最终的评定结果将被作为制定产品施焊工艺的重要依据。
1.1.焊接方法
不锈复合钢板已有多种较为成熟的焊接方法，大体可分为焊条电弧焊、钨极氩弧焊、埋弧焊等。有些换热器的管箱与浮头盖都是复合材料，没有很大的焊接空间，直焊缝不长，可进行双面焊，对于这类换热器产品，采用焊条电弧焊方法更为合适，这样不仅能提升焊接质量，同时还可压缩成本，其操作较为灵活，几乎不受工件形状与焊接位置的影响。
1.2.焊接材料的选择
焊材的选择，应根据基层等强度和复层保证耐蚀性等原则进行。例如，基层Q345R焊条电弧焊适宜选择E5015焊条， 3.2 mm到 4.0 mm；复层316L （奥氏体型） 焊条电弧焊适宜选用E316L- 16焊条， 3.2mm；过渡层选择焊材时，应充分考虑基层金属对复层不锈钢产生的稀释作用，合金成分应应高于母材成分约25%，选择E309MoL- 16焊条， 3.2 mm。
1.3.焊接设备与环境
通常可选择直流焊机，基层、复层及过渡层这3种焊缝均可选择焊条电弧焊。所采用的钢丝刷、扁铲等工具都，都应是不锈钢材料。焊接应在0 ℃以上的环境下进行，同时现场还应采取必要的防风措施。
1.4.焊接坡口与接头组对
1.4.1.坡口
选用坡口形式时，应充分考虑焊接渡层的特点，焊接顺序应依次为焊基层、渡层到复层，，要尽可能不对复层进行焊接或进行少量焊接，同时还应避免复层焊缝被多次受热，从而逐步增强复层焊缝的耐腐蚀性能，该坡口形式还能有效降低设备内部的铲磨工作量。
1.4.2.组对
焊件组对时，应以复层为参考对齐，复层错边量过大，会降低复层焊缝的质量，为此我们应将错边量控制在0.5 mm范围内。
1.4.3.定位焊
对接焊时，只可在基层使用E5015焊条来点焊。点焊工装夹具也只可焊在基层的某一侧，且材质要和基层一致，然而使用E5015焊条进行焊接。去除工装时，应避免基层金属破损，同时焊接处还应进行打磨，使之保持光滑。
1.4.4.焊接工艺参数
不锈复合钢板焊接工艺如下表。电流极性都是直流反接。
2. 钢制压力容器焊后热处理
2.1. 钢制压力容器焊后热处理的条件
2.1.1.高压容器、储存容器、中压反应容器以及移动式压力容器等，都应进行炉内整体热处理。其他压力容器可直接进行整体热处理。大型压力容器，可选择分段热处理，其重叠热处理部分长度应大于1500 mm。炉外部分还必须采取相应的保温措施。
2.1.2.环向焊接接头、筒体、接管或封头经过修补后，可选择局部热处理。局部热处理的焊缝应包含整条焊缝。焊缝每侧加热宽度应超过母材厚度的两倍，焊接接管和壳体时，加热宽度应大于两者厚度的六倍。如果壳体靠近加热部位，还必须采取相应的保温措施，避免产生过大的温度差。
2.2.焊后热处理方法
2.2.1.整体热处理
整体热处理通常会采用烧嘴加热，有时也会采用电加热方式，通常在直径与容积不大的压力容器现场返修后的热处理中应用较多。运用烧嘴加热时，通常在容器的开口处会放置1个或多个燃油、燃气烧嘴，通过强制对流来对容器壳体进行均匀加热。容器外表面还会铺设一层保温层，其目的是为了避免热扩散，使壳体能够升温、加热温度能保持均匀以及维护施工安全等。国外则更常采用高速燃气烧嘴，其燃料通常是液化石油气或者城市煤气。
2.2.2.局部热处理
局部热处理对大型压力容器等更为适用，这些容器通常无法进行整体加热或在运输方面存在较大限制，而不得不使用现场安装的筒体、管道或进行焊接环缝，或是对焊接区进行局部修补等。局部加热一般都会产生较大的热应力，为避免该种热应力产生不利影响，我们通常会对压力容器筒体、接管的整体焊接区及其周边环形带展开焊后热处理，具体的操作规范可参考国内压力容器制造标准。局部热处理也有多种加热方法，国内外较常选择电加热方式，这是由于电加热更容易控制，施工起来也更为简单。
2.3.不锈钢复合钢板焊后热处理
焊后热处理按设计要求进行。焊接残余应力，推荐采用机械方法去除。当采用热处理的方法消除焊接残余应力时，推荐在过渡层焊接之前进行。当复材不锈钢有晶间腐蚀倾向检验要求时，热处理温度不超过其敏化温度。
例如：复合板基层Q345R厚度40mm，根据GB150标准需做焊后热处理。根据HG20584-2011表6-1，热处理温度可选用550℃。保温时间按总厚度计算。对复层304材料耐晶间腐蚀性能影响不大。目前涉及制造的多台设备基层厚度>100mm，材料为SA516 Gr.70+304或316L复合钢板的容器，由于较厚，热处理温度选用600℃，复层接头都能通过晶间腐蚀试验（试验标准：GB/T4334.5-2000）。
3. 结论
总之，压力容器属于一种典型的焊接成型设备，焊接作为其最为主要的制造方法，焊接质量与整个设备的产品生命周期息息相关。钢制压力容器的焊接及热处理都应遵守国内的相关规定，从焊材选用到焊接方法的选择等方面，都应符合国内的工艺标准及要求，如运用焊后热处理以外的其他方法来消除应力，还应按要求办理审批手续。
参考文献：
[1]于启湛，丁成钢，史春元.低温用钢的焊接[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2]陈裕川，钢制压力容器焊接工艺[M].北京： 机械工业出版社，2007.
[3]周振丰，张文钺.焊接冶金与金属焊接性[M].北京：机械工业出版社，1988.