單道單面焊雙面成形焊接工藝在低壓薄壁容器生產(chǎn)中的應(yīng)用

牛恩輝，陳延剛

(1.中石化中原石油勘探局培訓(xùn)中心，河南 濮陽 457001;2.鴻宇壓力容器有限公司，河南 濮陽 457001)

0 前言

低壓薄壁容器在石油化工等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，對(duì)低壓薄壁容器的規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)化的要求也越加嚴(yán)格。低壓容器的工作壓力雖然不高，但焊接工藝要執(zhí)行相應(yīng)的承壓設(shè)備焊接標(biāo)準(zhǔn)。低壓容器的設(shè)計(jì)多選用厚4～6 mm的焊接性較好的Q235B鋼板，一般筒體縱縫的焊接主要采用SAW雙面焊或SMAW背面封底+SAW填充、蓋面的焊接工藝施焊。以上兩種焊接工藝雖然能夠保證焊接質(zhì)量，但都要進(jìn)行雙面焊接，成本高、焊接效率較低。在長期的低壓薄壁容器焊接生產(chǎn)過程中，對(duì)焊接工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用加紫銅墊板單道單面焊雙面成形FCAW機(jī)動(dòng)焊的焊接工藝，彌補(bǔ)了原焊接工藝的不足，減少了工序，簡化了焊接過程。以4 mm厚的Q235B低壓薄壁容器筒體縱縫焊接為例，介紹加紫銅墊板單道單面焊雙面成形FCAW機(jī)動(dòng)焊的焊接工藝及其應(yīng)用。

1 焊接機(jī)具

1.1 焊接電源

采用瑞凌NBC－500氣體保護(hù)焊焊接電源，直流反接，選用型號(hào)為YD－500KR的松下直柄氣冷式焊槍，噴嘴直徑16 mm。

1.2 縱縫焊接機(jī)

筒體縱縫的焊接選用?？蟌H－1000縱縫焊接機(jī)，焊接機(jī)如圖1所示。焊前將組裝好的筒體放在縱縫焊接機(jī)的水冷焊接芯軸上，焊接芯軸上方的襯墊槽中安裝上事先加工好的紫銅焊接襯墊，使待焊接的筒體縱縫與紫銅焊接襯墊的成型槽對(duì)中，然后用琴鍵式氣動(dòng)夾具將其壓緊。直柄氣冷式焊槍正對(duì)筒體縱縫中心，調(diào)整好焊絲伸出長度，焊接時(shí)沿著軌道自動(dòng)行走。

圖1 縱縫焊接機(jī)示意

1.3 背面墊板

背面墊板選用紫銅(T3)制作，尺寸1 200 mm×25 mm×14 mm。為了保證焊縫的背面成形質(zhì)量，在紫銅墊板表面的中心加工出成型槽，成型槽尺寸為5 mm×1.5 mm(寬×深)，其形狀如圖2所示。

圖2 成型槽示意

2 焊接材料的選用

2.1 焊絲的選用

Q235B鋼板焊接性優(yōu)良，厚度4 mm，根據(jù)低壓薄壁容器的工作條件和焊接經(jīng)濟(jì)性的要求，選用天津金橋焊材集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為E501T－1、直徑φ1.6 mm的藥芯焊絲。E501T－1藥芯焊絲熔敷金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、表2所示。

表1 藥芯焊絲熔敷金屬化學(xué)成分 %

表2 藥芯焊絲熔敷金屬力學(xué)性能

2.2 保護(hù)氣體

保護(hù)氣體選用CO2氣體，純度大于等于99.5%，含水量不超過0.005%。

3 筒體的坡口準(zhǔn)備和組焊

3.1 坡口形式

為了減少坡口的加工工序，節(jié)省金屬，筒體縱焊縫的坡口形式選用I型坡口。

3.2 工件焊前清理

筒體縱縫組對(duì)前，用角向磨光機(jī)將縱縫I型坡口面及近坡口正反面15～20 mm內(nèi)的油銹等污物清理干凈，使其漏出金屬光澤。

3.3 對(duì)口間隙

為了保證筒體縱縫背面充分焊透，并具有良好的焊縫成型，縱縫組裝時(shí)預(yù)留對(duì)口間隙2～4 mm。

3.4 定位焊

筒體縱縫采用焊條電弧焊進(jìn)行定位焊，選用φ3.2 mm 的 E4303焊條，焊接電流100～110 A，電弧電壓24 V。在筒體內(nèi)部進(jìn)行定位焊，定位焊間距200～300 mm，定位焊縫長度10～15 mm。筒體縱縫兩端分別焊接一塊60 mm×40 mm×4 mm的引弧板和引出板。

定位焊時(shí)，應(yīng)保證對(duì)口間隙均勻，錯(cuò)邊量小于0.4 mm。由于定位焊縫要作為正式焊縫的一部分，因此定位焊縫不得有氣孔、裂紋、夾渣和未熔合等焊接缺陷。

4 焊接工藝參數(shù)

在平焊位置進(jìn)行筒體縱縫焊接，背面加有紫銅焊接襯墊，可以選擇較大的焊接工藝參數(shù)來提高工作效率。4 mm厚筒體縱縫單道單面焊雙面成形FCAW機(jī)動(dòng)焊焊接工藝參數(shù)如表3所示。

表3 筒體縱縫焊接工藝參數(shù)

5 工藝評(píng)定結(jié)果

5.1 焊縫外觀檢驗(yàn)

筒體縱縫焊接完成后，檢驗(yàn)焊縫外觀，焊縫的正面成形如圖3所示，背面成形如圖4所示。

圖3 焊縫正面成形照片

圖4 焊縫背面成形照片

由圖3、圖4可見，正反面焊縫成形平滑，余高和熔寬控制均勻，無飛濺、咬邊、凹坑等表面缺陷，表面成形美觀。

5.2 焊縫RT射線檢驗(yàn)

按照J(rèn)B/T 4730－2005標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工藝試驗(yàn)的三道縱焊縫進(jìn)行了100%RT射線檢驗(yàn)，共拍片9張，檢驗(yàn)結(jié)果均為Ⅰ級(jí)。

5.3 焊縫力學(xué)性能檢驗(yàn)

焊接接頭試樣按照NB/T47016－2011和GB/T2653－2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了面彎和背彎試驗(yàn);按GB/T228－2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了焊接接頭的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。焊接接頭力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 焊接接頭力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，面彎、背彎試驗(yàn)和試件抗拉強(qiáng)度完全滿足標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件的要求。

6 結(jié)論

采用高效的FCAW機(jī)動(dòng)焊加紫銅墊板單道單面焊雙面成形的焊接工藝進(jìn)行4 mm厚筒體縱縫的焊接，完全能夠滿足低壓薄壁容器焊接接頭的設(shè)計(jì)要求。該工藝在低壓薄壁容器焊接生產(chǎn)中已應(yīng)用近半年，大大減少了焊接加工工序，焊接過程得到簡化，焊接質(zhì)量容易保證，生產(chǎn)效率提高了50%～60%，可為今后類似薄壁容器制定焊接工藝提供一定的參考。