作者：李涛 主编 周武强 副主编
出版社：化学工业出版社
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现代焊接工程手册.容器锅炉卷试读：
前言
《现代焊接工程手册 容器锅炉卷》概括了国内石油化工、电力、核电、冶金等行业广泛采用的常压容器、压力容器、锅炉制造安装焊接过程较先进较成熟的工艺技术，可为广大科技工程技术人员尽快掌握容器、锅炉焊接工艺技术提供重要的参考依据，可作为焊接工程技术施工人员人手必备的工具书，希望能为保证焊接产品的质量起到一定的促进作用。本卷共3篇16章1个附录，主要涉及的工程产品为容器和锅炉，各部分均包含产品结构特点、原材料焊接性、焊接工艺技术、焊接接头质量检验方法及要求、焊接接头热处理工艺技术等，考虑了容器锅炉常见的对接接头、角接接头和搭接接头等焊接接头形式，及其对接焊缝、角焊缝和组合焊缝等焊缝形式；分析了不同产品形式和同产品不同零部件使用的各种原材料焊接工艺等；给出了相匹配的焊工资格、焊接材料、焊接工艺技术参数、技术措施等。各章还列举了典型产品焊接案例，附录列出了本卷所引用的国内外现行标准规范。《现代焊接工程手册 容器锅炉卷》以最新国家和行业标准为编写依据，结合目前我国工厂制造和工程建设焊接领域、检测方法的最新成果，在广泛调研的基础上，根据工厂制造和现场组焊存在焊接环境的巨大差异为编排界限，将容器工厂制造按产品不同材质分类进行编写，容器现场组焊按产品种类进行编写，而锅炉则不分种类和级别，仅区分工厂制造和现场安装。
本卷介绍的锅炉压力容器均为特种设备，其生产、经营、使用、检验、检测、监督管理、事故应急救援与调查处理、法律责任均符合《中华人民共和国特种设备安全法》。
本卷由李涛担任主编，周武强担任副主编。参加编写的人员还有董安霞、郁东健、任永宁等。
本卷在编写过程中得到了中国化学工程集团、中石化第四建设有限公司、中油吉林化建工程有限公司、中冶天工集团有限公司、中国能源建设集团安徽电力建设第二工程公司、北京燕华工程建设有限公司、南京南化建设有限公司、太原锅炉集团有限公司、河南锅炉压力容器安全检验研究院三门峡分院等单位的领导及专家的大力支持和帮助，特在此致谢！
由于锅炉、容器工程焊接涉及行业多、范围广，加之编写时间短促、编写水平有限，手册中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。编者第1篇容器工厂制造第1章钢制容器焊接1.1 容器用钢及焊接特点1.1.1 材料选用原则
选用压力容器受压元件用钢时应考虑容器的使用条件（如设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等）、材料的性能（力学性能、工艺性能、化学性能和物理性能）、容器的制造工艺以及经济合理性。
压力容器的安全可靠与其所选用的材料密切相关，要求材料具有一定的力学性能、可加工性和使用性能。承受载荷的设备应有足够的稳定性，也就是说所有材料有足够的强度、塑性和韧性。压力容器作为一种焊接结构，制作时要经过各种成形工艺，因此材料还应具有良好的热加工、冷加工、焊接和热处理等性能。
对于在腐蚀介质下工作的压力容器，应能耐蚀。在高温高压下工作的加氢装置设备，所用的材料应具有较高的高温性能、高韧性、良好的耐氢性能以及低的回火脆性。对于低温压力容器，材料应具有优良的低温韧性。（1）材料标准 GB 713—2008《锅炉和压力容器用钢板》中的C含量有不同的限制，详见表1-1-1；S、P含量的规定见表1-1-2。表1-1-1 几种常用钢板标准中的C含量的规定表1-1-2 几种常用钢板标准中的S、P含量的规定（2）压力容器用钢分类分组 详见NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》。1.1.2 焊接特点
1.1.2.1 低碳钢的焊接性分析
压力容器受压元件所使用的低碳钢主要有Q245R等，这些钢的含碳量较低，一般不大于0.25％，因此焊接性能良好，无淬硬倾向，不需特殊工艺措施即可焊接，几乎所有的焊接方法都能适用。
但对厚度大的低碳钢结构，随板厚的增大，焊件刚度增大，焊缝的裂纹倾向也增大，因此焊接宜选用低氢型焊条，焊前预热，焊后消除应力处理。当碳和杂质含量偏于上限时，如焊接热输入较大，由于近缝区在高温下停留时间长，可能在熔合线附近出现液化裂纹，因此应控制焊接热输入、调整熔合比，防止裂纹的产生。
1.1.2.2 低合金高强度钢的焊接性分析
压力容器常用的低合金高强度钢有Q345R、16Mn、Q370R、13MnNiMoR、18MnMoNbR、20MnMo、20MnMoNb等。这些钢种大多是热轧及正火钢。
由于加入了合金元素，低合金高强度钢的淬硬倾向有所增大，焊缝尤其热影响区会出现各种不好的组织。在扩散氢与应力的共同作用下会产生裂纹。（1）热裂纹 热轧及正火钢，一般含碳量都较低，而含锰量都较高，它们的Mn/S比都可达到要求，具有较好的抗热裂纹性能，正常情况下焊缝不会出现热裂纹。但当材料含碳量超过0.12％，S、P含量较高或因偏析使局部C、S含量偏高时，Mn/S就可能低于要求而出现热裂纹。在这种情况下，就要从工艺上设法减小熔合比，在焊接材料上采用低碳、低硫或高锰焊接材料，以降低焊缝中的含碳量、含硫量，防止热裂纹。（2）冷裂纹 从材料本身考虑，淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素。随着钢强度级别的提高、合金元素的增加，其淬硬倾向逐渐增大。在冷却速度较大时，热影响区会出现贝氏体和大量马氏体组织。尤其当形成粗大的孪晶马氏体时其缺口敏感性增加，脆化严重，在焊接应力的作用下产生冷裂纹。此外由于扩散氢的富集在淬硬脆化区引起显微裂纹，裂纹尖端形成的三向应力区再形成诱导氢扩散富集，使显微裂纹扩展成为宏观裂纹，这就是延迟裂纹。（3）再热裂纹 某些含有较多碳化物形成元素（如Cr、Mo、V）的沉淀强化型低合金高强钢和热强钢厚板接头中，往往会在焊后消除应力热处理过程中沿热影响区产生再热裂纹；一些在高温下长期运行的压力容器也会在接头中出现再热裂纹。为了防止再热裂纹，除了注意选择合适的热处理温度外，还应从材料方面考虑选用化学成分适合的钢种，再就是降低焊缝金属强度使之低于母材；制定正确合理的焊接工艺，控制焊接热输入量，防止粗晶脆化，采取焊前预热、焊后消除应力处理等措施。对于再热裂纹敏感性较高的钢种，可在坡口侧预堆焊低强度焊缝，以松弛应力。
1.1.2.3 耐热钢的焊接性分析
压力容器常用的耐热钢有15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoR。
耐热钢焊接的主要问题是冷裂纹、再热裂纹和回火脆性。（1）冷裂纹 材料中的主要合金元素铬和钼都能显著提高钢的淬硬性，它们和碳共同作用，使钢的临界冷却速度降低，奥氏体稳定性增大，冷却到较低温度时才发生马氏体转变，产生淬硬组织，使接头变脆。合金元素和碳的含量越高，淬硬倾向就越大。当焊接拘束度大的厚板结构时，若又有氢的有害作用，就会导致冷裂纹。（2）再热裂纹 耐热钢属于再热裂纹敏感的钢种，这与钢中含的合金元素铬、钼、钒有关，其敏感温度区间为500～700℃，在焊后热处理或长期高温工作中，在热影响区熔合线附近的粗晶区内有时会发生这种裂纹。（3）回火脆性 耐热钢焊接接头长期在371～593℃范围内工作，会发生脆化并导致焊接构件破坏，这与钢中的P、Sb、Sn、As等杂质和合金元素含量有关。由于这些杂质在晶界上偏聚，而降低晶界的断裂强度。Cr-Mo钢中Cr促进这些杂质的偏聚，而自身也发生偏聚。防止脆化的主要措施是控制钢的Mn、Si元素和杂质的含量。当钢中成分能满足X、J系数时，一般不会有回火脆性发生。
综上所述对耐热钢接头性能的基本要求应从以下几个方面考虑。（1）焊接材料的选择 为保证焊接接头具有与母材相当的性能，焊接材料的熔敷金属成分和性能应与母材相匹配，具有与母材相当的抗氧化性和热强性；为防止焊缝产生冷裂纹，要求焊缝的含碳量适当低于母材但不能过低，以防碳化物过少而降低材料的热强性；尽可能降低Mn、Si含量，严格控制S、P、Sn等杂质元素含量，有效保证焊缝的塑性和韧性；选用低氢型焊接材料，以提高焊接接头的抗热裂纹和抗冷裂纹的能力。（2）焊接热输入的控制 从避免热影响区金属淬硬，减慢焊后冷却速度，防止冷裂纹产生来看，适当增大焊接热输入是有利的。但是，过大的焊接热输入，会增加焊接应力和变形，热影响区过热程度大，晶粒粗化，晶界的结合能力降低，产生再热裂纹的可能性增加，而且接头韧性也下降。因此，焊接宜用较小的焊接热输入。采用多层多道焊，减小每层焊缝金属厚度，利用后焊道对前焊道的退火热处理作用，以进一步改善接头的塑韧性。
焊前预热和焊后热处理：预热是防止耐热钢焊接冷裂纹和再热裂纹的有效措施之一。由于这种材料制造的设备厚度较大，焊接接头具有很大拘束力，焊接必须预热。预热、层间温度过大或过小，均对接头强度和韧性不利，考虑焊工的工作环境和过大预热、层间温度对接头性能的不利影响，采用焊前预热150～200℃，焊后立即采用中间热处理和焊后热处理，防止冷裂纹和再热裂纹。焊后热处理，不仅是为了消除焊接残余应力，更重要的是为了改善接头的组织，提高其综合力学性能，包括提高接头的高温蠕变强度和组织的稳定性。
1.1.2.4 奥氏体不锈钢的焊接特点
压力容器受压件常用奥氏体不锈钢主要牌号有0Cr18Ni9（06Cr19Ni10），00Cr19Ni10（022Cr19Ni10），0Cr17Ni12Mo2（06Cr17Ni12Mo2），00Cr17Ni14Mo2（022Cr17Ni12Mo2），0Cr18Ni12Mo2Ti（06Cr17Ni12Mo2Ti）。
奥氏体不锈钢焊接性的主要问题是：焊接接头的晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、焊缝热裂纹、液化裂纹及接头的脆化等。
焊缝的晶间腐蚀与填充金属成分有关，如焊缝金属含碳量越高，晶间腐蚀倾向也越大。当焊缝含有一定量的稳定化元素（如含Ti、Nb，且Ti/C≥8、Nb/C≥12）时，可有效防止晶间腐蚀。焊缝呈现奥氏体加少量铁素体的双相组织时，可降低晶间腐蚀的倾向。
奥氏体不锈钢的电阻系数远大于低碳钢，而热导率又小于低碳钢，焊接时母材易熔化和过热，因此，宜采用偏小的焊接电流和较快的焊接速度。奥氏体不锈钢的线胀系数约为铁素体钢的1.35倍，焊接过程中膨胀和收缩较大，易造成工件变形或易引发热裂纹。
1.1.2.5 低温钢的焊接特点
在合成氨和乙烯装置的低温甲醇洗工艺中使用较多的是09MnNiDR和3.5Ni低温钢，在液化天然气大型储罐中多采用9Ni钢，在低温储罐中使用较多的是16MnDR。
低温钢由于母材中碳含量和杂质元素含量均较低，且有良好的塑性和韧性，所以焊接时一般不易产生淬硬脆化，产生延迟裂纹和结晶裂纹的敏感性也较低。焊接性的主要问题是焊缝和熔合区的晶粒粗大或产生过热组织引起韧性下降，而热影响区其余部位的韧性有可能高于母材。为此必须合理选择焊接材料和工艺，改善焊缝和熔合区的韧性。
选择焊接材料的原则是保证焊缝含有足够量的Mn、Cu元素，同时渗入Mo、W、Nb、V、Ti等元素，使先共析铁素体和珠光体转变动力学曲线右移，通过控制连续冷却过程中的固态相变使组织细化。
1.1.2.6 双相不锈钢的焊接特点
双相钢是基体兼有奥氏体和铁素体两相组织，有磁性，可通过冷加工使其强化的不锈钢，也叫奥氏体-铁素体型双相不锈钢，最常用的有ASMESAF2205（S31803）、SAF2507（S32750）、ASME A790（32205）等。奥氏体-铁素体型双相不锈钢要求奥氏体相和铁素体相有一定的比例。总体而言，这类钢的晶间腐蚀倾向较小。
该钢焊接接头的力学性能和耐蚀性取决于接头能否保持适当的双相比例，因此，焊接工艺就是围绕如何保证各母材和焊缝的双相组织。钢材经焊接热循环会造成焊接接头热影响区的晶粒长大及铁素体相比例增大，若焊材与母材化学成分相同，焊缝金属迅速冷却过程中，奥氏体来不及析出或析出量少，会造成焊缝铁素体相增多。因此，在焊接材料时应选择奥氏体形成元素（Ni、N等）较高的焊材，以促进焊缝中的铁素体向奥氏体转变。
采用氩弧焊时，在保护气体中加入1％～2％的氮（若氮含量超过2％就会增加气孔，且电弧不稳定），以使焊缝金属吸氮，对稳定焊接接头中的奥氏体相有利。
要保持焊缝热影响区有足够数量的奥氏体，关键是母材的相比例以及焊接热循环的加热、冷却条件。焊材确定后，焊接规范成为热影响区中奥氏体转变和析出的主要影响因素。施焊时应采用稍大的焊接热输入，因为热输入过低，冷却速度过快，不利于铁素体向奥氏体转变，易造成焊缝和热影响区中铁素体过多；但热输入过大，冷却速度太慢，会导致晶粒长大以及σ相等析出脆化。
一般氩弧焊推荐热输入为10～12kJ/cm，焊条电弧焊推荐热输入为10～15kJ/cm。层间温度控制在100℃以下。1.1.3 牌号（常用）
1.1.3.1 压力容器常用钢材牌号（1）常用碳素钢 GB 150.2—2011列入的碳素钢板有Q245R，碳素钢管10、20，碳素钢锻件有20。
Q245R是列入GB 713—2008《锅炉压力容器用钢板》中的唯一碳素钢，其冶炼和检验要求严于一般碳素结构钢，钢中的S、P含量低，强度较低，焊接性能良好，一般用于制造中低压的中小型容器。（2）常用低合金钢 GB 150.2—2011列入压力容器专用低合金钢钢板有Q345R、Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR。锻件有16Mn、20MnMo、20MnMoNb等。（3）常用低温钢牌号 GB 3531—2008《低温压力容器用低合金钢钢板》标准规定制造-20～-70℃低温压力容器受压元件用厚度为6～120mm的低合金钢钢板。ASME Ⅱ卷A篇中SA203Gr.D属3.5Ni钢，适用于-101℃低温压力容器制造。（4）常用双相钢牌号 近来常用的双相钢有S31803、S32205（2205）、S32750（2507）。
S31803、2205是一种具有高耐蚀能力的中合金双相不锈钢，使用最广泛的一种。适用于炼油厂以及混有氯化物溶液的工艺中使用，尤其适用于使用含氯化物的水液或微咸水，作为冷却介质的热交换器，同时还适用于稀硫酸溶液和纯有机酸及其混合液，广泛被用于石油天然气工业中的生产管道，精炼工业中的原油去盐，含硫气体净化，水处理及使用微咸水或其他含有氯化物溶液的冷却系统。
2507是一种适于特易腐蚀情况下的高合金超级双相不锈钢，是专为海水等含氯化物环境而研制的，含有高铬、钼和氮，用于滨海工业使用的液压和甲醇管道，炼油厂、化学工业、加工工业和其他使用海水或含氯化物作为冷却液的热交换器等。
S31803、2205、2507钢的化学成分和力学性能见表1-1-3和表1-1-4。表1-1-3 双相钢化学成分表1-1-4 双相钢力学性能①某设备制造技术条件要求。
1.1.3.2 常用钢材的焊接（1）Q345R钢的焊接 Q345R的用量最大，钢板以热轧控轧或正火状态交货，主要用于制造-20～450℃的中、低压石油化工设备和球罐。
Q345R具有良好的力学性能，一般在正火状态使用。对于中、厚板材可进行900～920℃正火处理，正火后强度略有下降，但塑性、韧性、低温冲击值都显著提高。Q345R的可焊性良好，钢板厚度小于或等于25mm时焊前不需要预热；大于25mm时，通常焊前最低预热温度为80℃（一般为100℃）。对于重要的受压元件和钢板厚度大于32mm的构件，焊后需要进行热处理，通常最低保温温度为600℃，保温后空冷。
Q345R焊条电弧焊可采用E5015（J507）、E5016（J506）焊条。埋弧焊可采用H10Mn2、H10MnSi焊丝，配合HJ431、HJ350、SJ101焊剂。焊后需要正火处理的构件应选用H08MnMoA焊丝，配合HJ350、SJ01焊剂。（2）13MnNiMoR钢的焊接 13MnNiMoR钢是中温厚壁压力容器用，具有较好的综合力学性能，可用于450℃以下压力容器。火焰切割厚板（≥80mm），开始位置应预热100℃以上；碳弧气刨清根，焊件预热150～200℃。
焊条电弧焊选用E6015（J607）、E6016（J606）焊条。埋弧焊选用H08Mn2MoA焊丝，配合SJ01、SJ107、HJ350焊剂。
板厚大于16mm时，最低预热温度为100℃（一般均不低于150℃），任意厚度的焊件焊后都应热处理，通常最低保温温度为600℃，保温后空冷。（3）耐热钢的焊接
①15CrMoR、14Cr1MoR钢的焊接。15CrMoR、14Cr1MoR钢含碳量较低，焊接性比较好，厚度大于16mm时，最低预热温度为120℃（一般均不低于150℃）。
15CrMoR、14Cr1MoR钢焊条电弧焊时选用E5515-B2（R307）。埋弧焊可选用H08CrMoA、H12CrMoA焊丝，配合HJ350、SJ101焊剂。焊接时保持层间温度不低于最低预热温度。任意厚度的焊件，焊后均应进行整体热处理，最低热处理温度为650℃。
②12Cr2Mo1R的焊接。属于这类钢的还有SA387Gr22CL2（ASME）即2.25Cr1Mo，它们是高压加氢装置常用的抗氢钢，含有较多的Cr、Mo合金元素，有较强淬硬和冷裂倾向，故需采用较高的预热温度，一般在200℃以上，同时也要注意防止热裂纹。
12Cr2Mo1R（SA387Gr22CL2）焊制加氢反应器时，焊材大多进口。例如，焊条有日本神钢的CMA-106N、法国的CROMO E225、德国蒂森的SHCHROMO2KS；埋弧焊焊丝/焊剂有日本神钢的US-521N/PF-200、法国的OE-CROMO S225/OPCROMO F537、德国蒂森的UNIONS1CrMo2/UV420TTR-W。
这类钢冷裂纹倾向大，导致产生裂纹的影响因素中，氢居首位，因此，焊后（或中间停焊）必须立即进行350～400℃/2h消氢处理。一般来说，这类钢制作容器的壁厚、刚性大、制造周期长，焊后不能很快进行最终焊后热处理（PWHT），为防止裂纹产生并稳定构件尺寸，在主焊缝（或主焊缝和壳体接管焊缝）完成后进行比最终焊后热处理温度低的中间热处理（ISR），一般中间热处理（ISR）温度为（625±10）℃/2h；最终焊后热处理（PWHT）温度为（690±14）℃/8h。（4）低温钢的焊接 这类钢的焊接性能好，裂纹敏感性很低，其焊接工艺重点是：确保焊接接头的低温韧性。焊接材料的选用见表1-1-5。表1-1-5 我国压力容器用低温钢的焊接材料的选择
对于较薄的板材，可不进行预热，当板材厚度大于等于40mm时，可进行100℃的预热。16MnDR当厚度大于25mm时，需进行焊后热处理，通常最低保温温度为600℃。09MnNiDR当厚度大于20mm（设计温度不低于-45℃的低温容器）和任意厚度（设计温度低于-45℃的低温容器）时，都需进行焊后热处理，通常最低保温温度为600℃。
低温钢焊接时应注意以下几点。
①采用较低的热输入。用ф4mm的焊条平焊时，推荐焊接热输入为12～15kJ/cm；埋弧焊在20kJ/cm左右，不宜超过30kJ/cm。
②控制层间温度，一般层间温度不超过200℃。
③宜采用多层多道焊。
④焊缝余高不得大于焊件厚度的10％，且不大于3mm。（5）双相不锈钢焊接 双相不锈钢具有良好的焊接性能，热裂倾向小，焊接时不预热，焊后不需热处理，与奥氏体不锈钢焊接相比较，焊缝的热裂纹倾向低；与铁素体不锈钢焊接相比较，焊接接头焊后的脆化程度低，而且焊接热影响区中单相铁素体相的粗化程度也较低。
双相不锈钢的焊接关键是要使焊缝金属和焊接热影响区均保持有适量的铁素体和奥氏体组织。
目前对S31803、2205型的钢多选用22.8.3L或23.8.3NL的焊条或焊丝，对2507型的钢多选用25.10.4L焊丝或25.10.4R的焊条。
双相钢焊接时应注意以下事项。
①控制焊接热输入，焊接热输入不仅影响焊缝金属的两相比例，而且还影响合金元素在两相中的分配。
②必须注意缩短在高温区高温段的停留时间，即控制焊接热输入量要小，要控制好层间温度，层间温度控制在100℃以下。
厚壁焊接接头焊缝热影响区铁素体含量保证在35％以上会有一定难度。
埋弧焊作为高效率、低成本的焊接方法，在造船业双相不锈钢焊接中已有广泛的应用。但在石油化工行业双相不锈钢压力容器设备制造中，由于技术要求偏严，仍主要采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊。
李小娜《双相不锈钢2205的埋弧焊焊接》一文中，埋弧焊焊丝选用Sandvik22.8.3.L（ER2209），规格ф4mm，焊剂选用Sandvik15W，其熔敷金属化学成分及力学性能见表1-1-6和表1-1-7。表1-1-6 ER2209/Sandvik 15W熔敷金属化学成分表1-1-7 ER2209/Sandvik 15W熔敷金属力学性能
试验证明：所选用的焊丝和焊剂能满足焊缝金属的性能要求。
焊前准备：坡口在去除氧化皮后，采用机加工制备试板坡口。采用不锈钢专用砂轮片打磨坡口及坡口两侧各30mm范围，并用丙酮清洗，以除去氧化膜、油污。
坡口：坡口根部间隙要比奥氏体不锈钢宽，坡口角度也要稍大一些。
焊接工艺参数：焊接工艺参数即焊接热输入对双相不锈钢组织的平衡也起着关键的作用，由于双相不锈钢在高温下是100％铁素体，若焊接热输入过小，热影响区冷却速度快，奥氏体来不及析出，过量的铁素体就会在室温下过冷保持下来。若焊接热输入过大，冷却速度太慢，尽管可以获得足量的奥氏体，但也会引起热影响区的铁素体晶粒长大以及σ相等有害金属相的析出，造成接头脆化。焊接参数见表1-1-8。表1-1-8 双相不锈钢2205埋弧焊焊接工艺参数
建议使用的焊接热输入为5～25kJ/cm，所以将本试验的焊接热输入严格控制在15kJ/cm左右。
工艺焊缝：工艺焊缝是指焊接终了时，在焊缝表面再施焊一层焊缝，以对表层焊缝和邻近的HAZ进行热处理，从而改善组织，提高性能，最后再将工艺焊缝去除。通过对焊缝铁素体含量测定发现，面层铁素体含量均比心部组织要高，通过增加工艺焊缝，铁素体含量可降低6％～10％。
结论：符合标准。
另外指标如下。
铁素体含量：经测量5个点的平均值为47.1％，合格。2
耐蚀试验：腐蚀后失重0.0994g、0.0404g，腐蚀率为2.62g/（m·2h）、1.07g/（m·h），合格。（6）不锈钢焊接 奥氏体不锈钢的焊接性优良，一般不需要预热，也不必进行焊后热处理，但该钢焊接接头有晶间腐蚀，为此，这类钢的焊接要求是：焊材的含碳量要低，甚至要求超低碳；以小的热输入施焊，且限制层间温度，这样可以减少过热和变形，同时也降低了焊接残余应力，以减轻焊接接头的应力腐蚀开裂倾向；与腐蚀介质接触面最后焊成，减少重复加热，以减小焊接接头的晶间腐蚀倾向。
示例一：奥氏体不锈钢00Cr17Ni12Mo2Si，壁厚10mm，全自动气体保护焊
焊接设备：选用公司的全自动气体保护焊机（GMAW焊），包括焊接电源、控制系统、焊接变位器（配套夹持滚轮架）、焊接机械臂（加持焊枪、带摆动功能）等。
焊材：焊丝牌号CHM316L，型号H03Cr18Ni12Mo2Si，直径ф1.2mm。
焊接位置：对接、平焊。
保护气体：焊枪内混合气体的配合比为98％Ar+2％O，背面采2用氩气保护。
焊接工艺参数见表1-1-9。表1-1-9 焊接工艺参数
技术措施：全自动焊接对组对要求较高，应保证组对间隙均匀、坡口角度准确、焊口有较高的平面度。坡口加工采用机械加工方式，保证端面平整及坡口角度精确；组对应借助组对机具，确保间隙均匀。具体要求为：组对间隙2mm，坡口角度60°，钝边0～1mm。
打底焊接时，焊接参数选用小电流、小电压，加快焊接速度，焊枪角度选择在11～12点位置，微爬坡，使铁水受重力略微下坠，保证成形。摆动器的调整主要体现在模拟人手摆动，左右两端停留时间加长，中间摆动速度加快，使两端铁水向中间流动，实现熔合，避免根部烧穿。对于点焊点，焊接前修磨进行处理，点焊时电流适当放大，保证点焊点的有效熔合。
填充、盖面焊接相对较为简单，属于气体保护焊的常规焊接，为防止碳化物析出而造成晶间腐蚀倾向，应注意层间温度及焊后冷却速度。层间温度应控制在60℃以下，焊后迅速水冷。
示例二：309L+316L带极埋弧堆焊
石油化工行业的加氢反应器、原流合成塔、煤液化反应器及核电站的厚壁压力容器等各种加氢工艺装置中的许多关键设备内表面均需大面积堆焊耐高温、耐氧及硫化氢等腐蚀的不锈钢衬里。通常管板和管箱筒体的堆焊方法有焊条电弧焊、CO焊、丝极和带极埋弧焊等。2
①基体材质Q345R，厚度20mm，堆焊316L，厚度大于等于5mm。过渡层焊后热处理，热处理工艺为：200℃入炉，升温速度控制在100～150℃/h，在最高温度（660+20）℃保温2h，随炉冷却至300℃以下出炉冷却。
过渡层热处理完后，进行耐蚀层焊接。焊接工艺参数见表1-1-10。表1-1-10 过渡层堆焊309L和耐蚀层堆焊316L焊接工艺参数（一）
耐蚀层焊完后以与过渡层相同的工艺进行热处理，整个堆焊过程中不需要对焊件进行预热，但要注意的是因为两层堆焊都是不锈钢材质，焊接的层间温度不得超过200℃。
②基体材质12Cr1MoR，厚度24mm，堆焊316L，厚度大于等于5mm。过渡层焊后立即进行后热处理，目的是消氢去应力，防止在最终热处理前先焊部位出现延迟裂纹。后热处理完成后进行热处理，热处理工艺为：200℃入炉，升温速度控制在100～150℃/h，在最高温度（660+20）℃保温4h，随炉冷却至300℃以下出炉冷却。
过渡层热处理完后，进行耐蚀层焊接。焊接工艺参数见表1-1-11。表1-1-11 过渡层堆焊309L和耐蚀层堆焊316L焊接工艺参数（二）
耐蚀层焊完后以与过渡层相同的工艺进行后热处理及热处理，因为两层堆焊都是不锈钢，所以整个堆焊过程中都要注意焊接的层间温度不超过200℃。1.2 钢制容器焊接结构及特点1.2.1 容器的结构
压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔与接管以及支座构成外壳，如图1-1-1所示，对于储存容器，外壳即为容器；而对于反应、换热、分离等容器还需装入工艺所需内件才能构成完整的容器，如图1-1-2所示。图1-1-1 压力容器的简单构造1—封头；2—筒体；3—法兰；4—顶盖；5—密封元件；6—开孔与接管图1-1-2 压力容器的结构
压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形和组合形。圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成形封头（半球形、椭圆形、碟形、锥形）所组成。压力容器本体的主要受压元件，包括壳体、封头（端盖）、膨胀节、设备法兰、球罐的球壳板、换热器的管板和换热管、M36以上（含M36）的设备主螺柱以及公称直径大于或等于250mm的接管和法兰。1.2.2 焊接结构特点（1）焊接接头的分类 容器受压元件之间的焊接接头分为A、B、C、D四类，非受压元件与受压元件的连接接头为E类焊接接头，如图1-1-3所示。图1-1-3 焊接接头分类
①圆筒部分（包括接管）和锥壳部分的纵向接头（多层包扎容器钢板纵向接头除外）、球形封头与圆筒连接的环向接头、各凸形封头和平封头以及嵌入式的接管或凸缘与壳体对接连接的接头，均属A类焊接接头。
②壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与壳体或接管连接的接头、平盖或管板与圆筒对接连接的接头及接管间的对接环向接头，均属B类焊接接头，但已规定为A类的焊接接头除外。
③球冠形封头、平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体或接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板纵向接头，均属C类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外。
④接管（包括人孔圆筒）、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属D类焊接接头，但已规定为A、B、C类的焊接接头除外。（2）焊接接头形式和焊缝形式 焊接接头包含焊缝区、熔合区和热影响区。
①焊接接头可分为：对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、塞焊搭接接头、槽焊接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头、锁底接头。
②焊缝是组成不同形式接头的基础。焊缝形式见表1-1-12。表1-1-12 焊缝形式
对接焊缝连接的不一定都是对接接头；角焊缝连接的不一定都是角接接头。尽管接头形式不同，连接它们的焊缝形式是可以相同的，如图1-1-4所示。图1-1-4 接头形式不同焊缝形式相同（3）焊接坡口 根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状的沟槽叫坡口。
①坡口的作用：保证焊缝根部焊透，使焊接电源能深入接头根部，以保证接头质量，同时还能起到调节基体金属与填充金属比例的作用。
②选择坡口的原则
a.能够保证工件焊透，且便于焊接操作。
b.坡口形状应容易加工。
c.尽可能提高焊接生产率和节省焊材。
d.尽可能减少焊后工件的变形。
③坡口的形状
a.V形坡口：焊接时为单面焊，不用翻转焊件，但焊后焊件容易产生变形。
b.X形坡口：在同样的厚度下，能减少焊缝金属量约1/2，并且是对称焊接，焊后变形小，焊接时需要翻转焊件。
c.U形坡口：能焊较大厚度焊件，焊接效率高，但加工复杂。
d.另外还有双U形、单边V形、J形、I形等坡口形式。1.3 钢制容器焊接1.3.1 焊前准备（1）场地
①高合金钢制压力容器场地应与其他类别材料分开，地面应铺置防划伤垫。
②有色金属压力容器应在专用场地或专用空间内制造，并采取相应保护措施，例如应铺置防划伤垫。（2）坡口准备
①制备坡口可采用冷加工法或热加工法。采用热加工方法制备坡口，需用冷加工法去除影响焊接质量的表面层。
②焊接坡口表面应保持平整，不应有裂纹、分层、夹杂物等缺陷。（3）设备要求 焊接设备、加热设备辅助装备应确保工作状态正常，安全可靠，仪表应定期校准或检定。（4）组对定位
①组对定位过程中要注意保护不锈钢表面，防止发生机械损伤。
②组对定位后，坡口间隙、错边量、棱角度等应符合图样规定或施工要求。
③避免强力组装，定位焊缝长度及间距应符合焊接工艺文件的要求。
④焊接接头拘束度大时，宜采用抗裂性能更好的焊材施焊。
⑤定位焊缝不得有裂纹，否则应清除重焊。如存在气孔、夹渣，应去除。
⑥熔入永久焊缝内的定位焊缝两端应便于接弧，否则应予修整。（5）预热
①压力容器焊前预热及预热温度应根据母材交货状态、化学成分、力学性能、焊接性能、厚度及焊件的拘束程度等因素确定。
②焊接接头的预热温度除参照相关标准外，一般通过焊接性能试验确定。实施时的预热温度，还要考虑到环境温度、结构拘束度等因素的影响。
③采取局部预热时，应防止局部应力过大。
④预热的范围应大于测温点所处区间（见图1-1-5），在此区间内任意点的温度都要满足规定的要求。图1-1-5 测温点的位置
⑤需要预热的焊件接头温度在整个焊接过程中应不低于预热温度。
⑥当用热加工法下料、开坡口、清根、开槽或施焊临时焊缝时，亦需考虑预热要求。
⑦预热温度的测量
a.应在加热面的背面测定温度。如做不到，应先移开加热源，待母材厚度方向上温度均匀后测定温度。温度均匀化的时间按每25mm母材厚度需2min的比例确定。
b.测温点位置（见图1-1-5）当焊件焊缝处母材厚度小于或等于50mm时，A等于4倍母材厚度t，且不超过50mm。当焊件焊缝处母材厚度大于50mm时，A≥75mm。1.3.2 常用焊接材料选用原则
1.3.2.1 选用原则
焊接材料包括焊条、焊丝、焊带、焊剂、气体、电极和衬垫等。（1）一般原则 在压力容器中，各部件由焊接接头组成一个整体。各种焊接接头均处于与压力容器相同的运行条件下，因此，在选择焊接材料中应首先考虑焊接接头与壳体材料的等强性。对于高温容器，应保证接头具有相同的高温强度；对于低温容器，则应使接头具有不低于壳体材料的低温韧性；对于在腐蚀介质中运行的不锈钢容器，则应选择耐蚀性符合技术要求的焊接材料。其次应当考虑到受压部件的加工工艺，例如冷冲压、冷卷、热卷及各种热处理工艺对接头性能的影响。冷冲压和冷卷要求焊接接头具有较高的塑性变形能力。热卷和热处理，则要求接头高温热处理后仍保证所要求的强度性能和韧性。最后，还应当考虑各种焊接方法的热循环和冶金特点对接头性能的影响。例如焊条电弧焊和埋弧焊接头冷却速度较快，焊缝金属中只含有较低的合金含量就可以保证强度性能。而电渣焊时，热循环的曲线平缓，冷却速度较慢，焊后需经过正火处理，要求在焊缝金属中有较高的合金含量来保证其强度性能。
对于碳钢、低合金钢压力容器用焊接材料，一般都是按与母材等强性的原则来选用。这里所说的等强性应理解为焊缝金属的强度不低于母材标准规定的下限值。（2）NB/T 47015—2011《压力容器焊接规程》对焊接材料的要求
①焊接材料选用原则如下。
a.焊缝金属的力学性能应高于或等于母材规定的限值，当需要时，其他性能也不应低于母材相应要求；或力学性能和其他性能满足设计文件规定的技术要求。
b.合适的焊接材料与合理的焊接工艺相配合，以保证焊接接头性能在经历制造工艺过程后，还满足设计文件规定和服役要求。
c.制造（安装）单位应掌握焊接材料的焊接性能，用于压力容器的焊接材料应有焊接试验或实践基础。
②压力容器用焊接材料应符合NB/T 47018.1～47018.7—2011的规定。
③焊接材料应有产品质量证明书，并符合相应标准的规定。使用单位应根据质量管理体系规定按相关标准验收或复验，合格后方准使用。
1.3.2.2 焊接材料的使用
①焊材使用前，焊丝需去除油、锈，保护气体应保持干燥。
②除真空包装外，焊条、焊剂应按产品说明书规定的规范进行再烘干，经烘干后可放入保温箱内（100～150℃）待用。对烘干温度超过350℃的焊条，累计烘干次数不宜超过3次。
③常用不锈钢焊接材料见表1-1-13，常用碳素钢和低合金钢推荐选用的焊接材料见表1-1-14。表1-1-13 常用不锈钢牌号与不锈钢焊材对照表表1-1-14 常用碳素钢和低合金推荐选用的焊接材料
1.3.2.3 焊接材料标准（1）现行焊条标准
①NB/T 47018.2—2011《承压设备用焊接材料订货技术条件 第2部分 钢焊条》
②GB/T 5117—2012《碳钢焊条》
③GB/T 5118—2012《低合金钢焊条》
④GB/T 983—2012《不锈钢焊条》
⑤GB/T 984—2001《堆焊焊条》
⑥GB/T 3670—1995《铜及铜合金焊条》
⑦GB/T 13814—2008《镍及镍合金焊条》
⑧GB/T 3669—2001《铝及铝合金焊条》（2）现行焊丝（带）和焊剂标准
①NB/T 47018.4—2011《承压设备用焊接材料订货技术条件 第4部分 埋弧焊钢焊丝和焊剂》
②NB/T 47018.5—2011《承压设备用焊接材料订货技术条件 第5部分 堆焊用不锈钢焊带和焊剂》
③GB/T 5293—1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》
④GB/T 12470—2003《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》
⑤GB/T 17854—1999《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂》（3）现行焊丝标准
①NB/T 47018.3—2011《承压设备用焊接材料订货技术条件 第3部分 气体保护电弧焊钢焊丝和填充丝》
②NB/T 47018.6—2011《承压设备用焊接材料订货技术条件 第6部分 铝及铝合金焊丝和填充丝》
③NB/T 47018.7—2011《承压设备用焊接材料订货技术条件 第7部分 钛及钛合金焊丝和填充丝》
④GB/T 14957—1994《熔化焊用钢丝》
⑤GB/T 8110—2008《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》
⑥GB/T 4241—2006《焊接用不锈钢盘条》
⑦GB/T 10045—2001《碳钢药芯焊丝》
⑧GB/T 17493—2008《低合金钢药芯焊丝》
⑨GB/T 17853—1999《不锈钢药芯焊丝》
⑩GB/T 9460—2008《铜及铜合金焊丝》GB/T 15620—2008《镍及镍合金焊丝》1.3.3 常用焊接方法（SMAW、SAW、GTAW、GMAW、FCAW）
常用焊接方法有焊条电弧焊（SMAW）、埋弧焊（SAW）、钨极氩弧焊（GTAW）、熔化极气体保护焊（GMAW）、带状电极堆焊、窄间隙埋弧自动焊。1.3.4 焊接施工技术要点
焊接施工技术要点如下。
①工艺人员应根据焊件设计文件、服役要求和制造现场条件，依据评定合格的焊接工艺，从实际出发，按每个焊接接头编制焊接工艺文件。
②焊工应按图样、工艺文件和技术标准施焊。
③焊接环境。焊接环境出现下列任一情况时应采取有效防护措施，否则禁止施焊。
a.风速：气体保护焊大于2m/s，其他焊接方法大于10m/s。
b.相对湿度大于90％。
c.雨、雪环境。
d.焊件温度低于-20℃。
当焊件温度为-20～0℃时，应在始焊处100mm范围内预热到15℃以上。
④应在引弧板或坡口内引弧，禁止在非焊接部位引弧。纵焊缝应在引弧板上收弧，弧坑应填满。
⑤防止地线、电缆线、焊钳等与焊件打弧。
⑥电弧擦伤处需修磨，使其均匀过渡到母材表面，修磨的深度应不大于该部位母材厚度的5％，且不大于2mm，否则应进行补焊。
⑦对有冲击试验要求的焊件应控制焊接热输入，每条焊道的焊接热输入都不超过评定合格的限值。
⑧焊接管子、管件时，一般应采用多层焊，各焊道的接头应尽量错开。
⑨角焊缝的根部应保证焊透。
⑩多道焊或多层焊时，应注意道间和层间清理，将焊缝表面熔渣、有害氧化物、油脂、锈迹等清除干净后再继续施焊。双面焊必须清理焊根，显露出正面打底的焊缝金属。对于机动焊和自动焊，若经试验确认能保证焊透及焊接质量，亦可不做清根处理。接弧处应保证焊透与熔合。施焊过程中应控制道间温度不超过规定的范围。当焊件规定预热时，应控制道间温度不低于预热温度。每条焊缝宜一次焊完。当中断焊接时，对冷裂纹敏感的焊件应及时采取保温、后热或缓冷等措施。重新施焊时，仍需按原规定预热。可锤击的钢质焊缝金属和热影响区，采用锤击消除接头残余应力时，打底层焊缝和盖面焊缝不宜锤击。引弧板、引出板、产品焊接试件不应锤击拆除。1.4 钢制容器焊后热处理1.4.1 常用热处理
1.4.1.1 压力容器的常用热处理（1）正火处理
①目的。正火处理的目的主要是改善母材及焊缝的综合力学性能，提高韧性和塑性，细化晶粒，消除冷作硬化，便于加工。
②方法。正火处理即是把所要处理的工件，摆放在加热设备里，根据不同的材料及性能要求选择相应的加热温度，保温时间按1.5～2.5min/mm（工件有效厚度）计算。保温结束后，出炉空冷、风冷或者雾冷。
③应用。压力容器常用钢材，如Q345R、Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R等材料正火后还需补充回火，以改善钢材的组织性能。另外，采用电渣焊的压力容器往往通过正火处理改善焊缝组织，细化晶粒，同时为超声波检测提供条件。（2）调质处理
①目的。通过调质处理使材料获得一定的强度、硬度和良好的韧性。调质后组织一般为回火索氏体。与正火相比，在相同硬度下，调质处理后的强度、塑性和韧性较正火有明显提高。
②方法。调质处理就是淬火加高温回火。淬火即是把要处理的工件摆放到加热设备里，根据不同的材料选择加热温度，保温时间按1.5～3min/mm（工件有效厚度）计算。保温结束后，在淬火介质中冷却。常用的淬火介质有水、油、盐水等，淬火结束后需高温回火，回火温度根据材料性能要求来确定。
③应用。常用的如高压主螺栓35CrMoA、主螺母40Mn、管板20MnMo等材料，由于正火处理性能达不到要求，需做调质处理，以提高其综合性能。但调质处理也存在一些缺点，由于淬火冷却速度过快，易造成工件变形甚至开裂，同时对热处理设备要求也较高。（3）固溶处理
①目的。加热使碳化物充分溶入奥氏体，再以足够快的速度快冷将这些碳化物固定在奥氏体中。经固溶处理后奥氏体不锈钢具有最低的强度、最高的塑性及优良的耐蚀性。
②方法。将工件摆放在加热设备里，根据不同的材料将工件加热
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