厚壁壓力容器是石油深度加工、核電工程和大型化肥等工業(yè)部門不可缺少的關(guān)鍵裝置，這類容器在高溫、高壓的環(huán)境運行，多數(shù)情況還受介質(zhì)的腐蝕作用，因此容器需要足夠的耐腐蝕性。而這類容器厚度通常超過80mm,有的達(dá)到200mm以上，如采用整體不銹鋼制造，既不經(jīng)濟(jì)制造難度又大，所以均采用堆焊的方法，在低合金鋼鍛造或軋制的超厚板卷制的容器內(nèi)壁全面堆焊厚度為5~10mm(根據(jù)不同的要求）的不銹鋼，使容器既具有符合設(shè)計的耐壓性能，同時又具有優(yōu)良的耐蝕性能。
1. 堆焊的特點
低合金鋼壓力容器內(nèi)壁不銹鋼堆焊層，通常第一層完全是異種材料焊接，第二層以上才大致是同材焊接，因而一般情況下，第一層和第二層以上使用成分不同的焊接材料。其次，對只堆焊一層就達(dá)到所規(guī)定的成分的單層堆焊層用焊材和堆焊二層以上得到規(guī)定成分的焊層，所使用的焊接材料也不相同。
不銹鋼在碳鋼和低合金鋼中堆焊的方法很多，常見的有手工電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、帶極埋弧（或電渣）堆焊、絲極埋弧堆焊等。無論哪一種堆焊方法，第一層堆焊的焊縫金屬都是由堆焊材料的熔敷金屬和熔人的母材金屬熔合而成的。由于母材的合金元素含量很低，所以它對第一層焊縫金屬的合金成分具有稀釋作用。因此，可能使焊縫金屬中奧氏體和鐵素體形成元素含量不足，結(jié)果堆焊金屬可能出現(xiàn)大量的馬氏體組織，并可能產(chǎn)生裂紋，同時導(dǎo)致堆焊層韌性降低。
焊縫金屬成分和組織決定于堆焊材料和母材熔入量即熔合比（也稱稀釋率）。當(dāng)堆焊工藝確定之后，稀釋率基本確定。
稀釋率是確定過渡層堆焊材料的成分的依據(jù)。以手工電焊條為例，焊條的熔合比一般是20%左右，如用20-10型的電焊條，經(jīng)母材稀釋以后，堆焊的焊縫金屬成分將變成16-型，焊縫中可能是奧氏體＋馬氏體組織。若在實際操作中熔合比較大時，就有可能在焊縫中產(chǎn)生大量的脆硬馬氏體，而且由于稀釋作用，焊縫中的Ni含量較低，在熔合線附近產(chǎn)生較寬的馬氏體過渡層。這樣的堆焊層無論是力學(xué)性能、耐蝕性能，還是抗裂性能都很差。同樣的堆焊方法，若選用24-13型的堆焊材料，經(jīng)母材稀釋后，堆焊的焊縫金屬成分是19-9或18-8型，這樣第一層就基本達(dá)到堆焊成分的要求，而且焊縫組織是奧氏體＋鐵素體組織焊縫金屬就具有較高的抗熱裂性能和抗腐蝕性能。
在過渡層上再堆焊不銹層，則可采用相應(yīng)的焊材，如308L、347L及310MoL分別適合于核電、石油加氫及尿素等壓力容器的堆焊。
2. 堆焊方法
表4-6是幾種在低合金鋼壓力容器內(nèi)壁不銹鋼堆焊中常用的方法及其使用部位、使用特點和發(fā)展趨勢。
在表4-6的堆焊焊接方法中，使用最多的是帶極堆焊。帶極堆焊的效率是手工電弧焊的10~20倍，稀釋率較低而且可以得到美觀、穩(wěn)定的堆焊層，適合于厚壁容器大面積堆焊。對小口徑管件和堆焊較小的構(gòu)件，MIG、TIG及等離子弧堆焊使用得較多。手工電弧焊在形狀復(fù)雜的部位和不能用平焊的場合或修補(bǔ)堆焊的場合具有施工簡便的特點，故手工電弧堆焊與帶極堆焊一起成為最普遍應(yīng)用的堆焊方法。
帶極堆焊可分為埋弧堆焊（SAW法）、電渣堆焊（ESW法）和高速帶極堆焊方法（HSW法）。按堆焊層數(shù)又可分為單層堆焊和雙層、多層堆焊工藝。單層堆焊可只用一種不銹鋼帶，減少制造中的焊接和熱處理工序，縮短制造周期，從而降低制造成本。但是只堆焊一層不銹鋼就達(dá)到設(shè)計規(guī)定的化學(xué)成分、金相組織和各項力學(xué)性能，在技術(shù)上有很大難度，對堆焊材料的成分和堆焊工藝參數(shù)的控制均非常嚴(yán)格。雙層堆焊雖然帶極種類增加了，但由于過渡層的存在（高Cr、Ni含量），使耐蝕層的超低碳，一定的Cr、Ni含量就較容易保證，因此對于焊接技術(shù)和生產(chǎn)管理水平不是非常高的企業(yè)，一般均采用雙層堆焊工藝。帶極尺寸可以有不同厚度和寬度，如：0.4mm×17.5mm、25 mm、37.5 mm、50 mm、75 mm、150 mm或0.5mm×30 mm、60 mm、90 mm、120 mm、180 mm.目前用得較廣泛的是：0.4mm×50 mm、75mm和0.5mm×60mm,帶極越寬，生產(chǎn)率越高，但同時會帶來磁偏吹現(xiàn)象的加重和由于電流加大造成抗氫致剝離能力下降。故目前生產(chǎn)中用得較多的帶極尺寸為0.5mm×60 mm、0.4mm×50mm、75mm。
3. 堆焊材料
壓力容器堆焊材料主要取決于使用介質(zhì)。表4-7、表4-8中，20-10型焊材00Cr20Ni10、00Cr20Ni10Nb 和00Cr18Ni12Mo2分別用于核電石油加氫及化肥等環(huán)境，作為堆焊層的不銹層使用，而24-13型焊材00Cr24Ni13、00Cr24Ni13Nb、00Cr24Ni13Mo等則用作過渡層焊。表中00Cr25Ni22、Mn4Mo2N的焊材是大化肥尿素合成塔等專用的焊材，既用作過渡層也用于不銹層的堆焊。
4. 堆焊工藝要點
低合金鋼壓力容器內(nèi)壁不銹鋼堆焊時，首先用高鉻鎳的24-13型不銹鋼焊接材料在低合金鋼母材上堆焊一層過渡層。堆焊時要嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，保證堆焊層的稀釋率均勻和堆焊層成分和組織的穩(wěn)定，這對于過渡層堆焊是至關(guān)重要的。當(dāng)堆焊耐腐蝕層時，仍應(yīng)采用小熱輸入。所選用的鉻鎳奧氏體鋼堆焊材料應(yīng)能保證堆焊層的含碳量、鐵素體含量以及其他化學(xué)成分符合技術(shù)條件要求。常用的有20-10型、20-10Nb型、18-12Mo型等材料堆焊層鐵素體含量通常在3%~10%(石油化工）和5%~12%(核電）范圍，而尿素裝置堆焊層用25-22-2焊材，堆焊層鐵素體要求≤0.6%,即盡可能低的鐵素體含量。
表4-9、表4-10、表4-11分別是手工焊條、鎢極氬弧焊和帶極堆焊的工藝參數(shù)。
對帶極埋弧焊和電渣堆焊，國內(nèi)外經(jīng)過幾十年的研究，現(xiàn)大多采用燒結(jié)焊劑，典型配套焊接材料見表 4-12。
5. 預(yù)熱和焊后熱處理
厚壁壓力容器堆焊前預(yù)熱，是為了防止焊接熱影響區(qū)的裂紋。預(yù)熱溫度可控制為100~150℃之間，堆焊時如果預(yù)熱溫度過高，使母材熔深增加過多，造成稀釋率過大是不理想的。堆焊第二層和二層以上的堆焊層則不需要進(jìn)行預(yù)熱。
厚壁壓力容器在制造過程中要經(jīng)受多次中間熱處理和最終熱處理。這些熱處理的目的是：①. 消除焊縫中的氫，防止產(chǎn)生冷裂紋；②. 消除焊縫和熱影響區(qū)的淬硬傾向，改善其塑韌性；③. 消除焊接殘余應(yīng)力，防止變形和產(chǎn)生冷裂紋；④. 穩(wěn)定焊縫和熱影響區(qū)的組織結(jié)構(gòu)，改善其性能。這些熱處理主要是針對壓力容器的基體金屬即低合金鋼及其焊縫的，而不是針對不銹鋼堆焊層的。相反，熱處理過程對堆焊層來說是不利的，因為焊后熱處理可能引起不銹鋼堆焊層發(fā)生碳化物析出，鐵素體相轉(zhuǎn)變（為o相）和熔合區(qū)引起脫碳、增碳等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致堆焊層和熔合區(qū)的耐蝕性和塑韌性的降低。
壓力容器制造過程中進(jìn)行的熱處理稱為中間熱處理，而產(chǎn)品制造完畢在出廠之前進(jìn)行的熱處理則稱之為最終熱處理（PWHT).中間熱處理和最終熱處理對不同鋼種來說是不一樣的，表4-13中列出了常用的幾種壓力容器用鋼的中間熱處理和最終熱處理溫度供參考。至于在熱處理時的保溫時間，一般均按容器壁厚以1小時／英寸來確定，但不小于1小時。
