第一章石化专业监理工程师继续教育(管道与容器焊接技术)

1、第二篇化工石油工程监理相关技术第一章管道与容器焊接技术管道运输是石油、天然气大规模的输送方式之一，其特点是经济、安全和连续输送。目前全世界石油、天然气管道的总长度已超过200×104km，并且每年以3%以上的速度增加。据资料介绍，我国20002010年全国天然气需求量为（2801100）×108m3/a，天然气在一次能源结构中的比例将由2.18%提高到2010年的7.17%。预计在这十年中，我国将建设长输管道约（1020）×104km。随着我国石油及化工业的发展，储罐建造趋势必然是大容积、国产化、自动焊。也就是要建造10×104m3、15×10

2、4m3的大型储罐，研究开发储罐建造用高强度钢板以及与这些钢材相匹配的焊接材料和焊接设备。本章重点介绍长输管道的焊接技术、工业管道的焊接技术、压力容器与储罐的焊接技术、焊接检验技术，以及管道与容器的焊接质量控制等。第一节长输管道焊接技术一、焊接工艺方法长输管道主线路施工的焊接工艺方法有焊条电弧焊、钨极氩弧焊、CO2气体保护半自动焊、自保护药芯焊丝半自动焊、以及自动焊等。焊接方向：在主线路施工中，以下向焊为主，在连头、返修以及站场的安装施工中，采用上向焊方法。1.焊条电弧焊 焊条电弧焊是焊工手工操纵焊条进行焊接的方法。其优点是操作简便、灵活，焊接设备简单。由于选用的焊条具有优良的焊接工艺

3、性能及力学性能，所完成的焊接接头，也具有优良的质量。焊条电弧焊对于焊缝的位置适用性强，因此，能够满足长输管道建设中，环焊接头固定管的全位置焊接的技术需要。焊条电弧焊所使用的焊条有两类：纤维素型焊条及低氢型焊条。纤维素型焊条具有电弧吹力大，焊接工艺性能优良等特点，尤其是它能够胜任单面焊双面成型。所以在使用纤维素焊条进行根焊时，焊缝质量优良。焊条电弧焊工艺在西气东输管道工程中，应用较为普遍。其技术方案为：根焊采用纤维素型焊条的下向焊工艺，部分连头及返修焊接的填充、盖面焊采用低氢型焊条的下向焊工艺。对于站场安装焊接、大量的返修及连头焊接、以及特殊焊缝的焊接，都是采用纤维素型焊条根焊配合低氢型焊条上向

4、焊进行填充、盖面焊的工艺方案。2.钨极氩弧焊手工操作的钨极氩弧焊，由于采用惰性气体氩气（Ar）保护焊接区，所以焊接质量好，并且没有焊接熔渣。这种工艺通常应用于管径小、壁厚薄的工艺管道的焊接，以及某些角焊缝的安装焊接等。例如，站场施工中的压缩机与管道的连接、球阀等设备的连接焊缝等。采用钨极氩弧焊施工时，应注意防风措施。否则会破坏氩气的保护作用，造成焊接缺陷。此外，在焊接准备工作中，应当严格清理坡口，清除油污、铁锈。对于薄板应当严格控制热输入量。3.CO2气体保护半自动焊由于采用表面张力过渡的STT技术，使熔滴过渡及电弧形态得到了有效的控制。因而，这种型式的CO2逆变焊机在管道焊接中，应用比较好。

5、其原因是:解决了CO2焊接飞溅大的缺点，而且操作灵活、易于掌握，焊接质量优良、生产效率高。该工艺在管道焊接中，用于根焊施工。这种工艺方法，由于是气体保护焊，因此也应当注意在焊接时的防风措施，否则会影响焊接质量。4.自保护药芯焊丝半自动焊自保护药芯焊丝的特点是在药芯中含有一定成分的脱氧剂及脱氮剂。该药芯焊丝在焊接时，不需要熔渣保护或气体保护，而是依靠它自己的脱氧剂及脱氮剂在焊接熔池中进行冶金反应，其结果使焊接过程中形成的氧、氮化物被还原，从而保证了焊缝金属的化学成分及力学性能符合技术标准的规定。自保护药芯焊丝半自动焊工艺操作灵活，对于环境的适应能力强。它的焊接熔敷效率高、焊接质量优良，并且焊工容

6、易掌握，一次焊接合格率比较高。基于以上这些优点，自保护药芯焊丝半自动焊是目前国内管道工程中，应用比较多的填充、盖面焊接工艺。在西气东输工程中，采用该项技术完成了中、东地段大量的焊接施工任务。5.自动焊采用机械化装备进行管道焊接施工，是西气东输工程的特点。也是我国管道建设历史上的一个创新点。近年来，我国在全位置管道自动焊技术及设备的研究与推广方面取得了突破性的进展。中国石油天然气管道局研制的PAW2000型管道全位置自动焊机，以及中国石油集团公司工程技术研究院研制的APW型管道全位置自动焊机在西气东输管道工程建设中，发挥了重要的作用。共有11个施工单位组建了15个自动焊施工机组。在西气东输工程的

7、西部地区平坦地段焊接完成了670km的管线，约占全线总体焊接任务的17%。在我国长输管线建设中，自动焊技术首次进行了大规模的应用，是西气东输工程的特色之一。1）根据焊接方法的不同，管道自动焊方法可分为三种：（1）自动内焊机根焊，自动外焊机热焊、填充、盖面。（2）自动外焊机单面焊双面成型根焊，自动外焊机热焊、填充、盖面。（3）CO2气体保护半自动焊根焊，自动外焊机热焊、填充、盖面。根焊设备采用STT电源，以及脉冲电源。2）自动焊技术适用于地形平坦地段的管道线路焊接施工。尤其是在戈壁、沙漠、无人区等自然环境条件比较恶劣的地区，自动焊技术具有很大的应用优势。但是，自动焊技术对施工过程中的各种变化适应

8、性较差。因此，保持管口椭圆度和坡口参数的一致性，对保证自动焊技术的质量起着关键的作用。此外，施工前必须组织好人员培训，施工过程中需配备内对口器、管端坡口整形机和防风棚等相关的机具设备。6.焊接工作站在水网和山区地段，靠近施工现场处可建立专用的焊接工作站。采用焊条电弧焊、埋弧焊等焊接工艺完成双联管或三联管的焊接。这样可以把现场施工的焊缝数量减少1/22/3，从而大大提高了管线现场施工作业的速度。二、焊接材料焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂及保护气体等。焊接材料的工艺性能对于管道焊接的施工质量有着重要的影响。焊接材料的工艺性能包括引弧性、稳弧性、飞溅率、电弧吹力、铁水流动性、熔渣粘度、脱渣性、以及对于

9、全位置焊接的适应性能等。1.根焊用焊接材料通常选用适于单面焊双面成型、全位置操作性能良好的焊条、焊丝作为根焊用的焊接材料。目前大多选用强度级别稍低的纤维素型焊条或实心焊丝进行根焊。纤维素型焊条的药皮中含有30%以上的有机物，因此，它具有很强的造气功能。焊接过程中，该类型焊条的电弧吹力很大，所产生的大量气体由于将空气中的氧、氮等气氛隔离在焊接区域以外，所以，纤维素型焊条对于电弧和熔池有着很强的保护能力。实心焊丝采用CO2或氩气作为保护气体，配合使用脉冲或逆变电源。进行全位置焊接时，实心焊丝具有良好的单面焊双面成型的能力及焊接工艺性能，采用这种工艺方案，焊缝的含氢量低，焊缝背面无需清渣。其缺点是在

10、环境风力较大时，必须采取防护措施，否则不准焊接。2.填充焊、盖面焊用焊接材料目前填充焊、盖面焊焊接材料大多采用含Ni、Mo的自保护药芯焊丝、铁粉低氢型下向焊条和实心焊丝。自保护药芯焊丝以其特有的优越性在长输管道中广泛应用，其全位置操作性能好，熔敷效率高，焊缝金属韧性好。但在焊态下焊缝金属中有粗大的柱状晶组织，使其多道焊和单道焊之间的韧性值有较大的差别。因此采用自保护焊丝焊接时，应严格控制焊接热输入量、焊接摆动宽度和每道焊层的厚度。铁粉低氢型下向焊条的铁水流动性和浸润性好，熔池凝固较快，使得全位置焊接焊缝成型较好，焊缝金属韧性好，抗裂性好。但其对焊工的操作水平要求相对较高，焊接施工时合格率远远低

11、于采用自保护药芯焊丝的焊接。实心焊丝主要用作管道自动焊的焊接材料。在西气东输管道工程中，采用了含Si量较低的焊丝来获得良好的焊缝成型。3.保护气体长输管线的焊接施工中，通常采用CO2或富氩混合气（CO2+Ar）作为保护气体。通常CO2占（15%20%），Ar气占（85%80% ）。三、焊接工艺1.焊接接头坡口形式管道焊接施工通常采用的坡口形式为API标准30°V形坡口，如图2-1-1（a）所示。对于大口径、厚壁钢管，30°V形坡口形式的填充金属量大，劳动强度高，并且不适合于自动焊工艺。在西气东输管道工程中采用了半自动焊用23°V形坡口和自动焊用复合坡口形式，如图2

12、-1-1（b）、图2-1-1（c）和图2-1-1（d）所示。西气东输管道工程中采用的这些坡口形式，大大降低了焊接材料的消耗量和焊接劳动强度。以工程中使用的半自动焊接方法焊接14.6mm壁厚钢管为例，采用23°V形坡口与30°V形坡口相比，3200km长的管线可减少焊接材料消耗量460t，减少焊接工作量26%。2.预热与层间温度预热的目的是通过减缓母材的应力状态和降低根焊道的冷却速度来防止根部冷裂纹。管道焊接施工的预热温度范围应考虑母材的强度、组织性能的变化规律、管径和壁厚，以及焊接材料的含氢量等因素。除了控制预热温度外，对于厚壁钢管的多层焊，还要考虑控制焊道层间温度来控制近

13、缝区的冷却速度。层间温度一般与预热温度相近。3.焊接热输入量焊接热输入量的确定需综合考虑母材成分、焊接材料类型、对冶金反应和气体保护效果的影响、焊前预热、层间温度控制、管材规格、焊丝（条）直径、热影响区的脆化和软化倾向、所期望的组织和力学性能，以及施焊位置、焊接道次、每道焊层厚度、焊缝成型和熔滴的过渡形式等因素。对于常用的焊接方法，当焊接热输入量减小时缺陷出现几率增大，当焊接热输入量增大时焊缝金属易形成粗大的柱状晶，韧脆转变温度升高。一般来讲管线钢的脆化倾向和冷裂倾向较小，焊接线能量没有严格的限制，但对于强度级别较高的细晶粒管线钢，焊接热输入量应偏小一些。4.后热处理及热处理目前管线焊接施工一

14、般不进行焊后的后热处理。但对于在高寒地区施工时，当焊前预热和层间温度控制难以起更大作用时，有必要对焊接接头采取一定的后热和热处理措施，保证焊接接头的组织和性能。5.其他在管道焊接施工过程中应考虑到高强度、大壁厚钢管所承受的外部应力，因此施工过程中应保证钢管制成的可靠性和对口器撤离时所形成的焊道厚度，禁止强力组装对口。应考虑环境温度、环境湿度和环境风速对不同焊接方法的影响，采取不要的措施保证焊接质量。当环境温度较低时采取必要的预热措施和保温措施，环境风速较大时采取防风措施，环境湿度较大时采取烘烤措施等。四、工程实例西气东输工程主线路采用的X70钢是目前国内管道用钢中强度最高的钢种之一。现将直径为

15、1016mm、壁厚为21mm的管道环焊缝焊接工艺介绍如下：由于该管道具有强度高、管径大等特点，在制定焊接工艺过程中既要保证焊接质量，又要考虑到施工中可能遇到的各种不利因素（如温度、湿度、应力等）影响，焊接工艺制定具有一定的难度。1.X70钢的化学成分及力学性能见表2-1-1、表2-1-2。表2-1-1 X70钢的化学成分（%）元素实测值标准值元素实测值标准值 C Si Mn P S Cr 0.060 0.170 1.430 0.013 0.002 0.0130.08 0.30 1.55 0.018 0.004 0.5 Mo Ni Cu V Ti Nb 0.173 0.219 0.208 0.0

16、39 0.012 0.040 0.30 0.30 0.35 0.06 0.06 0.06注：m（V）+ m（Nb）+ m（Ti）0.15%；m（Ni）+ m（Cr）+ m（Cu）0.5%。表2-1-2 X70钢的力学性能（MPa）项目实测值标准值s554485605b62157032%2.焊材性能考虑到管道的壁厚和管径均较大，导致焊接量相应较大。根焊采用纤维素焊条，其余焊道采用半自动进行焊接。焊条采用伯乐公司生产的BOHLER FOX E6010，直径为3.2mm。焊丝为HOBART 81N1，直径为2.0mm。该焊丝具有操作性能好、焊接质量高、抗风能力强等优点。焊丝、焊条成分见表2-1-3。

17、表2-1-3 焊丝、焊条的化学成分（%）型号CSiMnPSNiHOBART 81N10.050.0860.850.0120.00470.89E60100.140.1000.060.0140.09000.673.钢材焊接性母材碳当量计算值为0.37%，从碳当量与焊接性关系的有关资料可知：应当采用低氢焊接材料焊接，应采取预热措施。根据计算结果和经验分析，在焊接前应对管口进行100以上的预热。预热宽度为坡口两侧各50mm。4.接头设计管口组对是保证焊接质量的先决条件。由于材料的壁厚较大，为减少焊接量，降低焊接应力，采取图2-1-2的坡口型式。具体参数如下：钝边p为1.21.6mm，坡口角度为46&#

18、176;，间隙b为3.03.5mm，余高h为02.0mm，错边小于或等于1.6mm，盖面焊缝宽w为两侧每边比外表面坡口宽0.52.0mm。5.焊接工艺参数采用下向焊方法对试验管段进行焊接，这种方法可显著提高焊接施工效率，降低施工成本。具体数据见表2-1-4。表2-1-4 焊接工艺参数焊道名称填充金属直径/mm极性焊接 方向I/AU/V送丝速度/（in·min-1）焊接速度/（cm·min-1）根焊BOHLER FOX CEL3.2DC上向60852535710填充HOBART 81N12.0DC下向19025017.5201902791520盖面HOBART 81N12.0

19、DC下向17024017.5201902541120注：DC表示焊条或焊丝接负。6.评定试验按Q/SY XQ4-2003标准对试验焊道进行评定，所有焊道均经外观检查、X射线检测合格。阶梯型破裂敏感性（HIC）结果合格,同时还做了宏观金相和硬度试验，结果全部合格。力学试验结果见表2-1-5。拉伸试件的B值较高，说明焊缝的力学性能较好。CharpyV冲击试验的试件尺寸为10mm×10mm×55mm，20的冲击试验结果见表2-1-6，30的冲击试验结果见表2-1-7。表2-1-5 评定试验结果试样号拉伸试验刻槽锤断弯曲试验结论B/MPa断裂位置1635熔合面未见超标缺欠未见超标缺

20、欠合格2643母材未见超标缺欠未见超标缺欠合格3653焊缝未见超标缺欠未见超标缺欠合格4631熔合面未见超标缺欠未见超标缺欠合格表2-1-6 20的冲击试验结果（J）缺口位置冲击吸收功（平焊位置）平均值焊缝235172235214熔合线241284280268缺口位置冲击吸收功（立焊位置）平均值焊缝124150130134熔合线189198185191表2-1-7 30的冲击试验结果（J）缺口位置冲击吸收功（平焊位置）平均值焊缝138165182162熔合线196180181186缺口位置冲击吸收功（立焊位置）平均值焊缝165163130163熔合线1538289108试验结果表明：应用该焊接

21、工艺所完成的环焊缝全部性能都满足Q/SY XQ4-2003标准的要求。经工程实践证明该焊接工艺可行，满足施工要求，具有较高的安全性。第二节工业管道焊接技术工业管道的安装、焊接的主要标准是GB502351997工业金属管道工程施工及验收规范。化工、石油、机械、电力等行业的碳素钢、合金钢、不锈钢、有色金属等材质的工业管道的焊接施工及验收均应按照该标准执行。一、工业管道的分级工业管道可按设计压力的主要参数进行分级：1.真空管道：设计压力 < 0 Mpa2.低压管道：设计压力 > 0 Mpa； 1.6 Mpa；3.中压管道：设计压力 > 1.6 Mpa； 10 Mpa；4.高压管道：

22、设计压力 > 10 Mpa。二、工业管道焊接工艺方法1.气焊气焊是工业管道焊接中使用较广的一种方法。气焊的特点是设备简单，火焰对熔池的压力及火焰能率调节比较方便，焊炬在较窄的空间内操作也较容易，焊接过程中熔池及尺寸较易控制，可进行各种位置焊接，背面容易成型，特别适用于薄壁管的焊接。在锅炉、压力容器制造中，主要焊接碳钢和低合金钢管道。气焊的缺点是生产效率低，变形大，气焊火焰对熔池保护较差，容易造成熔池金属氧化，出现气孔、夹渣等缺陷。所以焊缝质量较差，适应不了高压高强度管道的焊接。因此，在压力管道施工中，实际上已经很少应用气焊工艺，而逐步由焊条电弧焊、气体保护焊、等离子弧焊等其他熔焊方法所代

23、替。2.焊条电弧焊焊条电弧焊是广泛应用的方法，在焊接小口径钢管单面焊双面成形中发挥着重要的作用。焊条电弧焊采用断弧法或连弧法，在管道外面焊接，使管壁内表面自由形成焊缝，达到全熔透的技术要求。焊接过程中焊工全神贯注，双目盯住“熔池”变化，耳听“响声”，及时灵活运条并注意操作手势。焊条电弧焊生产效率低，劳动强度高，焊接质量受焊工技术水平、环境等因素影响，焊接质量不稳定。3.钨极氩弧焊钨极氩弧焊这种方法又称TIG焊，采用钨极氩弧焊进行小口径管焊接打底，质量很好，其缺点是生产效率低，成本高。4.自动埋弧焊自动埋弧焊是焊管中的首选工艺。它可以采用较大的焊接参数，焊接电流大，熔深大，较厚件也可选用I型坡口

24、，这种工艺的生产效率高。由于是机械操作，人员只需操作机器，劳动强度低，质量稳定，适用于大批量同一类型接头形式的焊接。自动埋弧焊的特点是只能焊接平焊、平角焊、或者焊缝的倾斜度很小。5.二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊最大的特点是可以实现全位置焊接，非常适合焊接管道。其焊接成本只有焊条电弧焊的30%50%，而生产效率是焊条电弧焊的23倍，采用陶瓷衬垫可以实现单面焊双面成型。各种焊接方法有优点也有缺点，取其优点，综合运用，就是复合焊接；例如，采用钨极氩弧焊打底，然后用焊条电弧焊进行填充焊及盖面焊；对于厚壁管可用钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充，或用自动埋弧焊填充，可取得很好的效果。6.等离子弧焊等

25、离子弧焊是利用等离子弧作为热源进行管道焊接的一种方法。它的特点是温度高，通常可达1600033000；速度高，可达300100 m/s；能量密度大，可达480 kW/cm2，一次熔透深度大。等离子专用焊管机，对于8mm厚的管壁，可对I形坡口一次焊透，已用于电站锅炉的管道焊接。三、不锈钢管道焊接1.不锈钢管道焊接特点奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性、塑性和韧性。它的焊接性良好；不会发生任何淬火硬化；很少出现冷裂纹。由于热胀冷缩特别大，造成焊接变形大，焊缝冷却时收缩应力大，可能出现应力腐蚀破坏现象、475脆化、相析出脆化、晶间腐蚀等缺陷。马氏体型不锈钢，具有强烈的淬硬倾向，容易出现冷裂纹，焊接接头受热

26、超过1150区域，晶粒显著长大，过快过慢的冷却速度可能引起接头脆化，具有475脆化倾向。铁素体型不锈钢不会发生淬火硬化现象。当加热高于950，焊缝及热影响区晶粒严重长大，无法用焊后热处理细化晶粒。容易出现475脆化及相析出脆化。600以上短时加热后空冷可消除475脆化，加热到930980急冷可消除相析出脆化。2.奥氏体不锈钢管道焊接技术1）焊条电弧焊技术要求适用于焊接厚度大于3mm以上壁厚的不锈钢管道及其特点是热影响区窄，易于保证焊接质量。一般采用直流反接，窄焊道焊接。焊接过程中尽量不摆动，一次焊成的焊道宽度不大于34倍焊条直径，短弧焊、收弧要慢，填满弧坑。与腐蚀介质接的触焊层最后焊接。若采用

27、多层焊，每层厚度小于3mm，层间焊渣彻底清除，一层焊接后，待冷却至室温再焊下一层；焊后可采用水冷、风冷等措施促使强制冷却，以缩短焊接区在450850的停留时间。焊后宜用冷加工矫正焊接部位引燃电弧，焊接时要防止晶间腐蚀、475脆化、相析出脆化、刀状腐蚀。不能用强制拘束的办法组装，注意焊接顺序，防止接头产生较大的残余应力。2）自动埋弧焊技术要求埋弧焊保护效果较好，没有飞溅，可用大电流焊接，生产效率高，工艺稳定，焊缝成分和组织均匀，接头耐腐蚀性高。但由于焊接热输入量大，熔池大，热影响区宽，冷却速度慢，促进元素偏析、焊缝接头组织易过热，故而对热裂敏感性较大，25-20型不锈钢不适用埋弧焊。自动埋弧焊在

28、压力容器及管道制造中，适用于焊不锈钢以及-40和-70低温钢等材料，特别适合焊中、厚钢板的管道。焊接电源极性为直流反接，要求控制母材的稀释低于40%，以便获得含4%10%铁素体的致密焊缝，为防止烧穿，常用焊接垫（纯铜板垫）或用焊条电弧焊打底，当使用钨极氢弧焊打底时，可使单面焊的根部成型良好。3）钨极氩弧焊技术要点钨极氩弧焊适用于焊接0.50.3mm厚度的工件，保护效果优良。焊缝成型美观。焊接技术工艺要点：（1）适用于焊接厚度3mm以下的薄板结构，焊接时可不加焊丝；（2）可用于管子接头的打底焊。进行正面打底焊时，应选择较大坡口和较小钝边，保证焊透。（3）焊接电源选用直流正接、钨极采用铈钨极；（4

29、）薄板焊接最大的难点是变形较大，容易烧穿，可采用脉冲钨极氩弧焊电源，以控制热输入。4）熔化极氩弧焊技术要点适用于焊接厚度大于3mm厚的工件，生产效率高。焊接厚板采用射流过渡，直流反接，焊丝直径1.22.4mm，混合气体98%Ar+2%O2。适用于焊接大于6.5mm的奥氏体不锈钢。焊接薄板采用短路过渡，混合气体97.5%Ar+2.5%CO2，焊丝直径0.8mm。焊接时背面焊道表面应用氩气保护，防止背面焊道表面氧化及获得良好的成型。焊接工艺参数见表2-1-8。表2-1-8 熔化极脉冲氩弧焊单面焊双面成形焊接工艺参数坡口尺寸/mm板厚/mm焊丝直径/mm脉冲电流/A基值电流/A电弧电压/V脉冲频率/

30、Hz焊接速度/mmmin-1焊丝伸出长度/mm保护气体流量/Lmin-1V形坡口角度90° 钝边2 间隙041.41301403024503601061051.418030251004004021261061.421020261002901261061.6160180505526502501210155）等离子弧焊技术要点等离子弧焊是利用高能量密度的焊接方法。温度高、能量集中、熔透深，可用I形坡口单面焊双面成形，尤其适合于焊不锈钢板对接及不锈钢管子对接。等离子焊参数见表2-1-9。表2-1-9 不锈钢板平焊位置等离子弧焊工艺参数坡口简图板厚/mm焊接电流/A焊接速度/m·m

31、in-1焊丝直径/mm送丝速度/m·min-1离子气/L·min-1保护气Ar+H2/ L·min-1背面用纯氩保护，流量为1030L/min21200.651.00.6231531301400.450.501.00.5342041501600.250.381.20.6452051501600.280.321.20.64.562061601800.260.321.20.6892582502800.180.201.20.9810252.铁素体不锈钢管道焊接铁素体类不锈钢包括0Cr13 ，Cr17 ，Cr17Ti ，Cr25Ti ，Cr28 ，Cr28Ti等。（1）铁

32、素体不锈钢不能热处理强化。它的力学性能、抗腐蚀性能以及焊接性能比奥氏体不锈钢差。它的优点是抗氧化性好，成本低，抗应力腐蚀开裂性能比奥氏体不锈钢好。（2）这类钢在加热和冷却过程中不发生相变，没有淬火硬化现象。（3）加热到950以上的部分，例如焊缝及热影响区，晶粒长大相当严重，且不能用焊后热处理办法使粗大的晶粒细化。接头韧性降低。（4）焊缝及热影响区在400600温度区间停留，容易出现475脆化。焊接时，必须密切关注上述两个敏感温度区的加热和冷却速度。（5）600以上短时加热后空冷可以消除475脆化；加热到930980急冷，可消除相析出脆化。（6）超高纯铁素体不锈钢在1100水淬后，与普通铁素体不

33、锈钢不同，腐蚀率很低，不产生晶间腐蚀；在1100空冷，晶界上有碳、氮化合物析出，则晶间腐蚀严重；在900保温，析出物聚集长大并变得不连续，但没有晶间腐蚀；在600短时保温，晶界上有析出物，可能产生晶间腐蚀；在600长时保温，晶界上虽有析出物，但消除了晶间腐蚀。普通高铬铁素体不锈钢焊接热影响区，由于受到热循环高温作用，产生敏化，在强氧化性酸中产生晶间腐蚀，位置在邻近焊缝的高温区，焊后经700850退火处理，使铬均匀化，可恢复其耐蚀性。3.马氏体类不锈钢管道焊接马氏体不锈钢包括：1Cr13 和2Cr13、热强马氏体不锈钢2CrWMoV、2Cr12MoV、以及超低碳复相马氏体不锈钢0.01C-13

34、Cr-7Ni-3Si、0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti、0.03C-12.5Cr-5.3Ni-0.3Mo等。马氏体不锈钢焊接特点：普通1Cr13钢，热强马氏体不锈钢有脆硬倾向，含碳量越高，脆性倾向越大。因此焊接马氏体不锈钢时，常见的缺陷是热影响区脆化和冷裂纹。（1）热影响区脆化。马氏体不锈钢具有较大的晶粒长大倾向。这与冷却速度有关。当冷却速度较小时，焊接热影响区出现粗大的铁素体和碳化合物；当冷却速度较大时，热影响区出现硬化倾向，形成粗大的马氏体。因此，焊接时必须有效地控制冷却速度。（2）有强烈的淬硬倾向。含碳量越高，淬硬倾向越大。由于导热性差，残余应力较大。当焊缝中含氧量较高时，会

35、产生危险的氢致延迟裂纹。（3）焊接接头中受热超过1150的区域晶粒长大显著，过快或过慢的冷却速度均可能引起接头脆化。（4）马氏体不锈钢也会产生475脆化。（5）晶间腐蚀倾向较小。4.铁素体奥氏体双相不锈钢管道焊接铁素体奥氏体双相不锈钢具有良好的焊接性，不预热，不后热，均不会出现焊接裂纹。无Ni或低Ni双相不锈钢热影响区有单相铁素体及晶粒粗化的倾向。双相不锈钢中铁素体占的比例很大，因此也会出现475脆化现象。高铬双相不锈钢中将产生显著的相析出脆化现象。典型的铁素体奥氏体双相不锈钢有：（1）Cr18型：18-5、18-5Nb、3RE60（瑞典）等；（2）Cr21型：0Cr21Ni5Ti、0Cr21

36、Ni6Mo2Ti、SAF2205（瑞典）等；（3）Cr25型：00Cr25Ni5Ti、00Cr26NiMo2Ti、SUS329J1（日本）、IN44（美）、DP3（美）、ZERON（美）。三种双相不锈钢的焊接特点，列于表2-1-10中。表2-1-10 三种双相不锈钢的焊接特点类别Cr18型双相不锈钢Cr12型双相不锈钢Cr25型双相不锈钢焊接特点（1）含Cr较低，是超低碳双相不锈钢，双相组织较稳定（2）具有475脆化和相析出脆化倾向（3）加热时具有晶粒粗大倾向，脆化不敏感（4）与奥氏体不锈钢相比，具有较低焊接热裂纹倾向（5）与铁素体不锈钢相比焊后脆化倾向较低 综上所述，具有良好的焊接性可使二次

37、奥氏体在冷却过程中生成，钢中奥氏体相总量不小于30%40%，因此具有良好的耐晶间腐蚀性能；Cr当量与Ni当量比值适当，在高温加热后，保留较多的一次奥氏体组织不含Mo的Cr25Ni5型，含Ni当量低，在正常状态下大约由30%40%奥氏体相和60%70%铁素体相组成，不宜作为耐应力腐蚀的焊接结构用料含Mo的Cr25Ni5Mo型，由于加入1%3%的Mo，显著提高钢的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能，但在高温焊接后有可能变为单项铁素体，具有明显的475脆化及相形成倾向，固溶温度小于1000，可能出现相脆化，大大降低钢的冲击韧性四、钛合金管道焊接钛对氧、氮、氢等气体有很强的亲和力，因此对焊接区必须采取良好的保护

38、措施，以确保焊接熔池及温度超过350的热影响区正反面与空气隔绝。此外，焊缝背面应通氩保护。当焊缝正面已脱离喷嘴时，处在350以上的焊缝和热影响区表面，仍需继续保护。生产上常采用通有氩气的托罩，托罩长100180mm，宽3040mm，具体尺寸可按工件形状、板厚及工艺参数确定。结合管道焊接的特点，可以设计管道对接环焊缝的托罩。五、镍合金管道焊接镍及镍合金焊接时，由于S、Si等杂质在熔池形成Ni-NiS等低熔点共晶及脆性硅酸盐薄膜，促使焊缝产生热裂纹。以铝、钛为主要合金元素的沉淀硬化合金，若焊后的残余应力较大，在时效过程中或工件温度高于时效温度时，易产生“应变-实效”裂纹，有些耐热合金易产生热影响区

39、显微裂纹。镍及镍合金流动性差，溶深小，不宜采用大电流焊接。镍及镍合金的焊接性列于表2-1-11。表2-1-11 镍及镍合金的焊接性及焊丝选择类别牌号焊接性能焊丝耐蚀合金工业纯镍、蒙乃尔（Ni-Cu）、Ni-Cr、Ni-Mo、Ni-Cr-Mo好采用含铝钛的焊丝，焊缝金属中母材熔入量不大于50%抗氧化合金镍基，CH3030、CH3039、CH3044；铁基，CH1140好热强合金以铝、钛强化的变形合金（CH4033）易产生“应变-时效”裂纹和显微裂纹，随铝、钛含量的增加，裂纹的倾向也增加，Al+Ti含量大于6%焊接困难加与母材成分相近或添加合金元素以Nb强化的变形合金（CH4169）焊接性能良好，

40、但某些批号可能产生显微裂纹，其敏感性随材料的晶粒度增大而增加注：焊条Ni102用于纯镍，Ni207用于镍合金，Ni317用于镍基合金、铬镍奥氏体焊接。第三节压力容器焊接技术一、压力容器的类型化工、石油建筑安装工程中的容器有以下几种类型：1.立式圆筒形大型储罐，可分为以下几种：（1）固定顶贮罐：包括支承式锥顶贮罐、自支承锥顶罐、自支承拱顶罐、支承式拱顶罐、自支承伞形顶罐等。（2）浮顶罐：包括浮顶贮罐、内浮顶贮罐等。2.钢制气柜，可分为以下几种：（1）钢制湿式气柜：包括直升式气柜及螺旋升起式气柜等。（2）水槽：即是一圆筒形敞口罐。（3）钟罩顶结构。（4）活动塔节壁板结构。3.球形贮罐二、容器的焊接

41、工艺方法常见的焊接工艺方法，例如：焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊，以及药芯焊丝电弧焊、气电立焊、埋弧焊等工艺方法都可用于容器的焊接。三、工程实例：15×104m3双盘浮顶油罐底板焊接工艺15×104m3储油罐，是我国目前最大的储油罐。双盘浮顶式油罐的内径为100m,罐壁高度为21.8m,储液高度为20.2m，罐内储存介质为原油，设计温度为50oC，罐体的总量为2868t。试验结果表明。两座储罐完全符合设计要求。在施工中为了防止罐底板变形，采用了合理的焊接方法、焊接顺序及焊接工艺，使罐底板的焊接质量得到了保证。1.罐底施工流程15×104m3双盘浮顶油罐的

42、罐底由边缘板、中幅板两部分组成，其规格型号见表2-1-12，罐底施工流程见图2-1-3。表2-1-12 油罐底板板材规格名称数量板材尺寸（mm）总重量（t）板材型号边缘板5023×2000×6300108.65SPV490Q中幅板24111×2600×12000630.01Q235-B2.边缘板焊接防变形控制措施焊接边缘板时，先焊边缘的400mm壁板安装部分，然后再焊接大角缝焊完后剩余的部分。焊接外边缘400mm壁板时，焊缝收缩使得对接间隙变小引起边缘板变形，为了防止边缘板的对接处产生变形，边缘板预制、弓形边缘板的对接接头都采用了不等间隙，外侧间隙（E1

43、）为8mm，内侧（E2）为14mm，避免了焊缝横向收缩引起的角变形（图2-1-4）。在对接接头处采用楔铁将接头的地方垫起20mm，反变形角约为6o8o,以预防边缘板变形（见图2-1-5）。通过采取边缘板焊接防变形控制措施，使储罐的边缘板得到了有效控制。边缘板焊接变形与焊接环境温度有直接的关系，如果环境温度高，可适当减小楔铁的厚度，反之应增加楔铁的厚度。另外，为了控制焊接变形量，采用多名焊工沿储罐的四周均匀分布，向同一个方向进行焊接，采用多层多道焊，并且错开层间接头，焊接时宜采用隔行跳焊。3.罐底中幅板焊接防变形控制措施储罐中幅板的焊接结构为垫板对接形式，该储罐采用了定尺板横竖相间的T字排板方式

44、（见图2-1-6）中幅板由中心向四周对称排列，这种排板方式是目前国内外5种罐底排板方式中较好的一种。T字排板便于在焊接过程中均布焊工、同步施焊、焊接应力易释出，焊后形成的变形小，罐底板铺设简单易操作。在罐底板的焊接过程中，应按照焊接程序进行，即先焊短焊缝，后焊中焊缝，然后焊接通长焊缝（即廊板缝），预留收缩缝（即龟甲缝），待罐底大角焊缝焊接完毕后再进行收缩缝的焊接。焊接时应由中心向四周对称施焊，采用分段退焊，焊接时焊工应均匀分布，等速、等参数同步施焊。焊接方法的选择会直接影响中幅板的变形。15×104m3双盘浮顶油罐底板的焊接全部采用气保焊打底，埋弧自动焊填盖，并添加碎丝。埋弧焊丝采用

45、US-364.8mm,焊剂采用MF-33H,12×150目；碎丝采用Mgrits, 1.0X1.0mm;气保焊焊丝采用E71T-1，1.2mm.4.罐底龟甲部焊接防变形控制措施储罐龟甲部的焊接工艺与中幅板的焊接工艺相同，坡口形状及焊接形式如图2-1-7所示，龟甲部焊接变形的大小与环境温度有直接关系，由于施工环境温度不同，焊后产生的变形量也会有很大差异。控制龟甲缝的组对焊接变形方式见图2-1-8。5.检测结果（1）特大面积的薄板钢结构的焊接，应特别注意施工时的环境温度，储罐的设计温度为50oC，储罐在运行时油温一般在4050oC左右，罐底板变形也在该温度范围内，因而罐底板的组对环境温度

46、应尽量接近此温度，以延长罐底板的使用寿命。（2）通过检测结果可以看出，环境温度越高，中幅板的伸长越大，而在中幅板处于自由膨胀伸长状态时组对，可以大大减小残余应力和罐底板的变形，同时也避免了采用强制组装对罐底板的伤害。（3）1号罐龟甲缝焊接完成后，采用2m的直尺对罐底板400个点进行了检测。检测结果表明，波浪变形凹凸最大为40mm（25点），其余点均小于20mm，完全符合设计和施工验收规范要求。（4）2号罐龟甲缝焊接完成后，采用2m的直尺对罐底板400个点进行了检测，检测结果表明，波浪变形凹凸最大为45mm（50点），凹凸高度为40mm（27点），其余点均小于20mm，完全符合设计和施工验收规范

47、要求。第四节焊接检验技术化工、石油行业的管道及容器，在焊接施工中的检验工作，应当从板材，焊接材料等进入施工场地时，就开始了。第一阶段的检验工作内容是检查各种原材料是否符合有关的技术标准的指标。并且，对于工件安装时的坡口类型及尺寸，坡口表面加工的状况，结构安装的尺寸是否符合工艺文件的规定等，进行认真的检查。以及对于应当采用焊前预热措施的温度、预热的区域进行测量及记录。如果焊前的这些检验要求没有达到技术文件的要求，应当禁止焊接施工。第二阶段的检验工作，即焊接的中间检验。其主要内容是：检查定位焊接质量、焊接工艺参数、热输入的检测与记录、焊缝层间的各项技术参数及焊接质量的检验等。第三阶段是焊后检验，主

48、要检查内容：包括外观检测及无损检测工作。本节讨论的重点内容是焊后的检验。这其中包括：外观检测及无损检测。一、外观检测焊缝应在焊完后立即去除熔渣、飞溅，将焊缝表面清理干净，然后进行外观检验。焊缝质量应按表2-1-13的规定进行分级。凡设计文件规定焊缝系数为1.0的焊缝或规定进行100%射线照相检验或超声波检验的焊缝，其外观质量不得低于表2-1-13 中的级。设计文件规定进行局部射线检验或超声波检验的焊缝，其外观质量不得低于表2-1-13中的级。标2-1-13 焊缝质量分级标准检验项目缺陷名称质量分级裂纹不允许表面气孔不允许每50mm焊缝内允许直径0.3。且2mm的气孔2个，孔间距6倍孔径每50m

49、m焊缝长度内允许直径0.4，且3mm的气孔2个，孔间距6倍孔径表面夹渣不允许深0.1长0.3且10mm深0.2长0.5且20mm咬边不允许深0.05且0.5mm连续长度100m且焊缝两边咬边总长10焊缝全长0.1且1mm长度不限未焊透不允许不加垫单面允许值0.15且1.5mm缺陷总长在6焊缝长度内不超过0.2且2.0mm每100mm焊缝内缺陷总长25mm根部收缩不允许0.20.02且0.5mm0.20.02且1mm0.20.04且2mm长度不限长度不限长度不限角焊缝厚度不足不允许0.30.05且1mm，每100mm焊缝内缺陷总长25mm0.30.05且2mm，每100mm焊缝内缺陷总长25mm

50、角焊缝焊角不对称差值10.1a差值20.15a差值10.2a余高10.1b，且最大为3mm10.2b，且最大为5mm10.2b，且最大为5mm对接焊缝内部质量检验射线照相检验碳素钢和合金钢GB3323级GB3323级GB3323级不要求铝及铝合金GB5023698附录E的GB5023698附录E的级级级铜及铜合金GB3323级GB3323级GB3323级镍及镍合金GB3323级GB3323级GB3323级工业纯钛GB5023698附录F的合格级不要求超声波检验GB11345的级GB11345的级不要求注：1.当咬边经磨削修整并平滑过渡时，可按焊缝厚度较薄一侧母材最小允许厚度值评定。2.角焊缝焊

51、角不对称时，在特定条件下要求平缓过渡时，不受表中规定限制（如不等厚度的对接和角接组合焊缝）。3.除注明角焊缝缺陷外，其余均为对接、角焊缝通用。4.表中a设计焊缝厚度；b焊缝宽度；母材厚度。二、无损检测在压力容器和管道的焊接施工中，采用X射线探伤法最为普遍。超声波探伤法、磁粉探伤法、以及渗透探伤法也是经常使用的。各种探伤方法的优、缺点列于表2-1-14中。表2-1-14 无损检测常用方法种类及其特点种类优点缺点射线探伤法（RT）（1）具有直观焊接缺陷图像，灵敏度高（2）能有效地检查出整个焊缝透照区内所有缺陷；易判别缺陷性质与尺寸（3）缺陷定性及定量迅速、准确（4）相片结果能永久记录并存档（1）检

52、查时间长，成本高（2）需要专门的曝光室（3）需要有专门处理胶片的暗室及设备（4）能发现厚度方向尺寸较大的缺陷，但平行于钢板轧制方向的缺陷检测能力差（5）T形接头及各种角焊缝检查困难（6）现场及野外操作时，射线防护困难超声波探伤法（UT）（1）探伤速度快，效率高；设备简单（2）设备轻巧，机动性强，野外及高空作业方便，实用（3）探测结果不受焊接接头形式的影响，除对接焊缝外，还能检查T形接头及所有角焊缝（4）对焊缝内危险性缺陷（包括裂缝、未焊透、未熔合）检测灵敏度高（5）易耗品极少，检查成本低（1）若工件表面粗糙，需磨平（2）探测结果判定困难，操作人员需经专门培训并经考核及格（3）缺陷定性及定量困难

53、（4）探测结果的正确评定受人为思想影响较大（5）探测结果不能直接记录存档（6）对于形状复杂、表面粗糙、内部存在粗晶组织与奥氏体焊缝，探伤困难磁粉探伤法（MT）（1）对铁磁性材料表面及近表面缺陷探测灵敏度高（2）操作简单，探测速度快，成本低（3）缺陷显示直观，结果可靠（1）不适用于非导磁材料的检测（2）工件内部缺陷无法检测（3）被检工件表面需达到一定的光洁程度（4）与磁力线平行的缺陷不易检出渗透探伤法（PT）（1）适用于非导磁材料表面开性缺陷的检查（2）设备轻巧、机动性强（1）表面不开口的缺陷及近表面缺陷无法检出（2）探测结果受操作程序及清洗效果的影响（3）清洗着色液时易污染环境和影响水源的清洁三、全自动超声波无损检测（AUT）焊接检测中使用的主要技术有：目测检测、射线检测、X射线检测、超声波手工探伤和自动化超声波检测等。近年来，自动化超声波检测系统的发展势头强劲，检测方法的改进