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隨著工程焊接技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代壓力容器也已發(fā)展成典型的全焊結(jié)構(gòu)。壓力容器的焊接成為壓力容器制造過程中最重要最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量直接影響壓力容器的質(zhì)量。
一、壓力容器用碳鋼的焊接
碳鋼以鐵為基礎，以碳為合金元素，含量一般不超過1.0％。此外，含錳量不超過1.2％，含硅量不超過0.5％，SI、MN皆不作為合金元素。而其他元素，如NI、CR、CU等，控制在殘余量限度內(nèi)，更不是合金元素。S、P、O、N等作為雜質(zhì)元素，根據(jù)鋼材品種和等級，也都有嚴格限制。
碳鋼根據(jù)含碳量的不同，分為低碳鋼（C≤0.30％）、中碳鋼（C＝0.30％～0.60％）、高碳鋼（C≥0.60％）。壓力容器主要受壓元件用碳鋼，主要限于低碳鋼。在《容規(guī)》中規(guī)定：“用于焊接結(jié)構(gòu)壓力容器主要受壓元件的碳素鋼和低合金鋼，其含碳量不應大于0.25％。在特殊條件下，如選用含碳量超過0.25％的鋼材，應限定碳當量不大于0.45％，由制造單位征得用戶同意，并經(jīng)制造單位壓力容器技術(shù)總負責人批準，并按相關(guān)規(guī)定辦理批準手續(xù)”。
常用的壓力容器用碳鋼牌號有Q235－B、Q235－C、10、20、20R等。
（一）低碳鋼焊接特點
低碳鋼含碳量低，錳、硅含量少，在通常情況下不會因焊接而引起嚴重組織硬化或出現(xiàn)淬火組織。這種鋼的塑性和沖擊韌性優(yōu)良，其焊接接頭的塑性、韌性也極其良好。焊接時一般不需預熱和后熱，不需采取特殊的工藝措施，即可獲得質(zhì)量滿意的焊接接頭，故低碳鋼鋼具有優(yōu)良的焊接性能，是所有鋼材中焊接性能最好的鋼種。
（二）低碳鋼焊接要點
（1）埋弧焊時若焊接線能量過大，會使熱影響區(qū)粗晶區(qū)的晶粒過于粗大，甚至會產(chǎn)生魏氏組織，從而使該區(qū)的沖擊韌性和彎曲性能降低，導致沖擊韌性和彎曲性能不合格。故在使用埋弧焊焊接，尤其是焊接厚板時，應嚴格按經(jīng)焊接工藝評定合格的焊接線能量施焊。
（2）在現(xiàn)場低溫條件下焊接、焊接厚度或剛性較大的焊縫時，由于焊接接頭冷卻速度較快，冷裂紋的傾向增大。為避免焊接裂紋，應采取焊前預熱等措施。
二、壓力容器用低合金高強鋼及其焊接特點
在鋼中除碳外少量加入一種或多種合金元素（合金元素總量在5％以下），以提高鋼的力學性能，使其屈服強度在275MPA以上，并具有良好的綜合性能，這類鋼稱之為低合金高強鋼，其主要特點是強度高、塑性和韌性也較好。按鋼的屈服強度級別及熱處理狀態(tài)，壓力容器用低合金高強鋼可分為二類。
①熱軋、正火鋼屈服強度在294MPA～490MPA之間，其使用狀態(tài)為熱軋、正火或控軋狀態(tài)，屬于非熱處理強化鋼，這類鋼應用最為廣泛。
②低碳調(diào)質(zhì)鋼屈服強度在490MPA～980MPA之間，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，屬于熱處理強化鋼。其特點是既有高的強度，且塑性和韌性也較好，可以直接在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接。近年來，這類低碳調(diào)質(zhì)鋼應用日益廣泛。
目前應用于壓力容器的低合金高強鋼。鋼板牌號有：16MNR、15MNVR、13MNNIMONBR、18MNMONBR等。鍛件牌號有16MN、15MNV、20MNMO、20MNMONB等。
低合金高強鋼的含碳量一般不超過0.20％，合金元素總量一般不超過5％。正是由于低合金高強鋼含有一定量的合金元素，使其焊接性能與碳鋼有一定差別，其焊接特點表現(xiàn)在：
（一）焊接接頭的焊接裂紋
（1）冷裂紋低合金高強鋼由于含使鋼材強化的C、MN、V、NB等元素，在焊接時易淬硬，這些硬化組織很敏感，因此，在剛性較大或拘束應力高的情況下，若焊接工藝不當，很容易產(chǎn)生冷裂紋。而且這類裂紋有一定的延遲性，其危害極大。
（2）再熱（SR）裂紋再熱裂紋是焊接接頭在焊后消除應力熱處理過程或長期處于高溫運行中發(fā)生在靠近熔合線粗晶區(qū)的沿晶開裂。一般認為，其產(chǎn)生是由于焊接高溫使HAZ附近的V、NB、CR、MO等碳化物固溶于奧氏體中，焊后冷卻時來不及析出，而在PWHT時呈彌散析出，從而強化了晶內(nèi)，使應力松弛時的蠕變變形集中于晶界。
低合金高強鋼焊接接頭一般不易產(chǎn)生再熱裂紋，如16MNR、15MNVR等。但對于MN－MO－NB和MN－MO－V系低合金高強鋼，如07MNCRMOVR，由于NB、V、MO是促使再熱裂紋敏感性較強的元素，因此這一類鋼在焊后熱處理時應注意避開再熱裂紋的敏感溫度區(qū)，防止再熱裂紋的發(fā)生。
（二）焊接接頭的脆化和軟化
（1）應變時效脆化焊接接頭在焊接前需經(jīng)受各種冷加工（下料剪切、筒體卷圓等），鋼材會產(chǎn)生塑性變形，如果該區(qū)再經(jīng)200～450℃的熱作用就會引起應變時效。應變時效脆化會使鋼材塑性降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度提高，從而導致設備脆斷。
PWHT可消除焊接結(jié)構(gòu)這類應變時效，使韌性恢復。GB150－1998《鋼制壓力容器》作出規(guī)定，圓筒鋼材厚度δS符合以下條件：碳素鋼、16MNR的厚度不小于圓筒內(nèi)徑DI的3％；其他低合金鋼的厚度不不小于圓筒內(nèi)徑DI的2.5％。且為冷成形或中溫成形的受壓元件，應于成形后進行熱處理。
（2）焊縫和熱影響區(qū)脆化焊接是不均勻的加熱和冷卻過程，從而形成不均勻組織。焊縫（WM）和熱影響區(qū)（HAZ）的脆性轉(zhuǎn)變溫度比母材高，是接頭中的薄弱環(huán)節(jié)。焊接線能量對低合金高強鋼WM和HAZ性能有重要影響，低合金高強鋼易淬硬，線能量過小，HAZ會出現(xiàn)馬氏體引起裂紋；線能量過大，WM和HAZ的晶粒粗大會造成接頭脆化。低碳調(diào)質(zhì)鋼與熱軋、正火鋼相比，對線能量過大而引起的HAZ脆化傾向更嚴重。所以焊接時，應將線能量限制在一定范圍。
（3）焊接接頭的熱影響區(qū)軟化由于焊接熱作用，低碳調(diào)質(zhì)鋼的熱影響區(qū)（HAZ）外側(cè)加熱到回火溫度以上特別是AC1附近的區(qū)域，會產(chǎn)生強度下降的軟化帶。HAZ區(qū)的組織軟化隨著焊接線能量的增加和預熱溫度的提高而加重，但一般其軟化區(qū)的抗拉強度仍高于母材標準值的下限要求，所以這類鋼的熱影響區(qū)軟化問題只要工藝得當，不致影響其接頭的使用性能。
三、壓力容器用低合金高強鋼焊材選用
（1）根據(jù)鋼材不同的強度級別選擇與母材強度相當?shù)暮缚p金屬是這類鋼焊材選用的基本原則，當然，與此同時還要根據(jù)產(chǎn)品的使用條件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和板材厚度等因素，綜合考慮焊縫金屬的韌性、塑性和焊接接頭的抗裂性。只要焊縫強度不低于或略高于母材標準抗拉強度的下限值即可。若選擇的焊材焊縫金屬強度過高，將會導致接頭的韌性、塑性及抗裂性降低，接頭的彎曲性能不易合格。
（2）由于這類鋼都具有不同程度的冷裂紋傾向，所以，在等強度原則的前提下，嚴格控制焊材中的氫含量是非常重要的，應盡量選用低氫型的焊材。對于強度較高的低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時，更是如此，甚至要選擇超低氫型的焊材，并嚴格控制焊材的存放和使用。
（3）考慮焊后加工工藝的影響。對焊后需經(jīng)熱處理、熱卷（熱彎）的焊件，應考慮焊縫金屬經(jīng)受高溫處理作用對其力學性能的影響，應保證焊縫金屬經(jīng)熱處理后仍具有要求的強度、塑性和韌性等。例如，對于壓力容器常見的16MNR鋼的埋弧焊，一般情況下選用H10MN2焊絲＋HJ431焊劑即可。但對于焊后需經(jīng)正火溫度下沖壓的封頭拼板焊縫，其焊材選用應適當提高一檔，使用H08MNMO焊絲＋HJ431焊劑，可彌補其強度損失。
四、壓力容器用低合金高強鋼焊接要點
（1）選用低氫或超低氫高韌性的焊材，且重視烘干、保存以及坡口的清理，以減少焊縫中的擴散氫。
（2）為了避免熱影響區(qū)粗晶區(qū)的脆化，一般應注意不要使用過大的線能量。對于含碳量偏下限的16MNR鋼焊接時，焊接線能量沒有嚴格的限制，因為這種鋼焊接熱影響區(qū)脆化傾向較小，但對于含釩、鈮、鈦等微合金化元素的鋼，則應選用較小的焊接線能量。
（3）對于碳及合金元素含量較高、屈服強度也較高的低合金高強鋼，如18MNMONBR，由于這種鋼淬硬傾向較大，又要考慮其熱影響區(qū)的過熱傾向，則在選用較小線能量的同時，還要增加焊前預熱、焊后及時后熱等措施。
（4）焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼時，為了使熱影響區(qū)保持良好的韌性，同時使焊縫金屬既有較高的強度又有良好的韌性，這就要求焊縫金屬得到針狀鐵素體組織，而這種組織只有在較快的冷卻條件下才能獲得，為此要嚴格控制焊接線能量，不推薦采用大直徑的焊條和焊絲，且要采用多道多層的窄焊道焊，盡量不作橫向擺動的運條方式。為防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊前需要預熱，但應嚴格控制預熱溫度，預熱溫度過高，會使熱影響區(qū)冷卻速度過于緩慢，從而在該區(qū)內(nèi)產(chǎn)生馬氏體＋奧氏體混合組織和粗大的貝氏體，使強度下降，韌性變壞。一般要求最高預熱溫度不得高于推薦的最低預熱溫度加50℃。采用低溫預熱加后熱的方法既可防止低碳調(diào)質(zhì)鋼產(chǎn)生冷裂紋，又可減輕或消除預熱溫度過高帶來的不利影響。
（5）加強對焊接接頭的無損檢測，對再熱裂紋敏感的鋼種，應在PWHT前后都要做射線或超聲檢測。
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