低温球罐焊接缺陷原因及预防措施分析

摘 要：低温球罐在工业生产领域应用广泛，指的是设计温度在-20℃以下的球罐，该类设备在焊接时容易存在出现质量缺陷。本文首先分析了焊接缺陷原因，然后总结了几点预防措施，以供参考。

关键词：低温球罐;焊接缺陷;原因;预防措施

在石油化工行业，低温球罐是一种常用的储存设备，由于长期处于高压、低温状态下，会对球罐本身造成损伤，缩短了使用寿命。为了保证安全使用，要求低温球罐具有较强的抗拉性、抗冲击能力，并对焊接工艺提出了更高要求。以下结合实践，探讨了焊接缺陷的形成原因和预防措施。

1 低温球罐焊接缺陷原因分析

1.1 焊接性能

以07MnNiMoDR高强钢板为例，它的淬硬倾向、焊接性能是重点，根据研究结果，影响淬硬倾向的因素，主要是钢板的化学成分。以Pem指数为例，代表的是冷裂纹系数，钢板中的碳当量高低，决定了淬硬倾向的大小。如果含碳量较高，淬硬倾向越大，就会增加裂纹的形成风险。因此，碳当量处于适宜水平，焊接过程中出现裂纹的概率会降低。结合以往实践，碳当量控制在0.35%以内，能提高焊接性能，减少缺陷发生。

1.2 氢含量

氢含量是引起焊接裂缝的重要原因之一，且焊接后不会马上出现裂缝，而是在球罐使用中逐渐出现。一般而言，在接头部位的氢含量越高，出现裂缝的概率越大。分析认为，焊接过程需要高温环境，会有大量氢溶解在熔池内;然后环境温度突然降低，此时氢元素就会快速逸出。但是，没有及时逸出的氢元素，会增高接口部位的氢含量，变得脆化并出现裂缝。

1.3 接头应力

低温球罐在焊接期间，接头会产生多种应力。以不均匀加热产生的应力为例，球罐表面会出现焊接应力和变形。焊接作业时，金属处于高温下;焊接完成后，随着环境温度降低，金属冷却并沿着焊缝收缩，继而出现裂缝。

2 低温球罐焊接缺陷的预防措施

2.1 控制母材化学成分

对母材的化学成分进行控制，是预防焊接缺陷的有效手段。07MnNiMoDR高强钢板属于低碳合金钢，碳含量决定了硬度指标，降低母材中的碳含量，有利于提高钢板的抗断裂能力，增强焊接性能。此外，还应该对铅、磷、硫、锡、砷等元素的含量进行控制，尤其是磷和硫，含量过大会降低钢板的强度和塑性。具体到07MnNiMoDR高强钢板，碳含量应该控制在0.09%以内。

2.2 合理选择焊接材料

低温球罐在焊接时，需要使用专用焊条，例如直流电源低氢系碱性焊条，常用如LB-65L焊条、GER-N27M焊条等。这些焊条使用前，要按照规范标准检测化学成分、力学性能，测定扩散氢含量，看是否满足技术要求。当然，这两种焊条在应用期间，也存在一定缺点，即对水、油、锈蚀的敏感性强，使用不当易产生夹渣和气孔，会降低焊接质量。对此，一般需要对焊条进行预处理，使用前在350-400℃环境下烘干60min，然后放置在恒温箱内，温度控制在100-150℃，方便技术人员取用。此外，焊接作业前，还要清理焊口周围，彻底去除油污、灰尘、水分等杂质，为焊接作业创建良好的环境。

2.3 规范焊接工序

对低温球罐进行焊接，首先要选择合适的机具和工艺，不能强制性组对，避免增大装配应力、拘束应力。还要规范焊接工序，采用对称焊接法，控制焊接速度和应力，按照先纵缝、后环缝，先外部、后内部的顺序完成，能减少残余应力和焊接变形。具体到球罐的焊接工序如下：中心带纵缝→上/下级边板纵缝→上级带中心板纵缝→中心带上/下环缝→上级带环缝→下级带中心板纵缝→下级带环缝。按照规范的焊接工序进行作业，是减少焊接缺陷的有效措施。

2.4 改进焊接工艺

第一，提高工作温度。工作温度指的是预热温度、层间温度，通过提高工作温度，一方面可以降低焊后的冷却速度，从而避免硬化、裂紋出现，降低淬硬倾向;另一方面可以控制接头部位的氢含量，减少焊接应力，降低裂纹出现风险。值得注意的是，选择预热温度时，应该结合碳当量水平，综合分析板厚、化学成分、扩散氢含量等，避免温度过高或过低。第二，减小接头应力。降低接头的应力系数，能提高接头疲劳强度，具体措施如下：①焊缝处理完成后，及时清理表面，可使用砂轮打磨，实现焊缝和母材的圆滑过渡;②控制焊缝的余高，露出的接头比较平滑，不会出现凹陷现象;③提高焊接工艺水平，对焊工的技能进行考核，落实培训活动。第三，焊后热处理。球罐焊接作业，是产生残余应力的重要原因，焊后进行热处理，可以对这部分应力进行消除或减小，提高焊接结构的强度，避免出现裂纹。实践证实，焊后进行整体热处理，可以提高热影响区的塑性，增强冲击韧性和抗腐蚀性能。具体处理时，将温度控制在575±15℃，处理时间持续3小时;当温度降低至400℃，即可自然冷却。

3 结语

综上所述，低温球罐是工业生产中的常见设备，尤其是在石油化工企业应用广泛。分析可知，低温球罐在焊接作业中，容易出现一些缺陷，影响因素包括焊接性能、氢含量、接头应力等。对此，控制母材化学成分，合理选择焊接材料，规范焊接工序，改进焊接工艺，可以预防焊接缺陷，提高低温球罐的使用性能。

参考文献：

[1]何前进，陈辉华，常虎.TOFD检测技术下的低温乙烯球罐焊接质量控制措施[J].电焊机，2013（7）：39-41.

[2]贺文秀.低温球罐焊接缺陷原因分析及预防措施[J].石油化工建设，2016（2）：48-51+56.

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