壓力容器焊工的焊接培訓(xùn)

李國慶

（沈陽工業(yè)大學(xué)遼陽校區(qū)工程實(shí)踐中心，遼寧遼陽111003）

0 前言

壓力容器焊工就是從事壓力容器、壓力管道焊接的電焊工。目前，在壓力容器焊工的焊接培訓(xùn)中存在著培訓(xùn)內(nèi)容各異，培訓(xùn)水平參差不齊，培訓(xùn)項(xiàng)目的目的性不強(qiáng)、隨意性較大等諸多問題。而焊工對于焊接培訓(xùn)過程后所需要具備的哪些操作技能認(rèn)識不清，經(jīng)過培訓(xùn)的焊工往往不能很快地勝任實(shí)際生產(chǎn)中壓力容器的焊接工作。針對這一問題，必須找到一個(gè)較為完整、規(guī)范、操作性強(qiáng)的焊接培訓(xùn)方法。通過長期從事壓力容器焊工培訓(xùn)及考試的實(shí)踐，并以《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》[1]規(guī)定的基本知識范圍為依據(jù)，總結(jié)出一套貼近實(shí)際的、系統(tǒng)的焊接培訓(xùn)方法。它包括理論培訓(xùn)和技能操作培訓(xùn)兩部分。

1 理論培訓(xùn)

電焊工雖然在工作中是以焊接操作為主，但相關(guān)理論知識的掌握是非常必要的，只有掌握相應(yīng)的理論知識才能更好地指導(dǎo)實(shí)際操作。電焊工理論知識培訓(xùn)的內(nèi)容及課時(shí)如下：

（1）鍋爐、壓力容器和壓力管道的基本知識及分類（2學(xué)時(shí)）。

（2）焊接安全知識及相關(guān)規(guī)定（2學(xué)時(shí)）。

（3）金屬材料的分類、牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能焊接特點(diǎn)和焊后熱處理（6學(xué)時(shí)）。

（4）焊接材料的類型、型號、牌號、使用與保管（4學(xué)時(shí)）。

（5）焊接設(shè)備、工具和測量儀表的種類、名稱、使用和維護(hù)（4學(xué)時(shí)）。

（6）常用焊接方法的特點(diǎn)、焊接工藝參數(shù)、焊接順序、操作方法及其對質(zhì)量的影響（6學(xué)時(shí)）。

（7）焊縫形式、接頭形式、坡口形式、焊縫符號及圖樣識別（4學(xué)時(shí)）。

（8）焊接接頭的性能及其影響因素（6學(xué)時(shí)）。

（9）焊接缺陷的產(chǎn)生原因、危害、預(yù)防方法及返修（6學(xué)時(shí)）。

（10）焊縫質(zhì)量外觀檢驗(yàn)與無損檢測基本知識（6學(xué)時(shí)）。

（11）焊接應(yīng)力和變形的產(chǎn)生原因及防止方法（6學(xué)時(shí)）。

（12）焊接質(zhì)量管理與焊工考核及管理基本知識（2學(xué)時(shí)）。

（13）管子及管道焊接知識[2]（2學(xué)時(shí)）。

通過理論知識培訓(xùn)，使焊工對焊接成型原理、各種焊接材料焊接成型特點(diǎn)、相關(guān)焊接工藝要求等有了基本的認(rèn)識和了解。

2 技能操作培訓(xùn)

工程結(jié)構(gòu)（如鍋爐及壓力容器等）的連接形式按零部件連接的特征可分為板狀連接、管狀連接和管-板連接三種。施焊位置可分為平焊、立焊、橫焊、仰焊。對于焊工來講首先應(yīng)掌握板狀對接接頭焊接技術(shù)，板狀對接接頭中尤以平焊位置的焊接為基礎(chǔ)[3]。在實(shí)際的壓力容器焊接過程中由于結(jié)構(gòu)尺寸及形狀等的限制，往往要求單面焊雙面成形焊接。由于壓力容器生產(chǎn)中主要采用堿性焊條，所以培訓(xùn)中主要采用堿性焊條進(jìn)行單面熔透焊方式。

2.1 第一階段焊條電弧焊的操作技能培訓(xùn)

本階段主要培訓(xùn)焊條電弧焊的板狀和管狀試件的基本焊接操作，認(rèn)識焊接過程中焊道的成形與熔池形狀的關(guān)系，掌握焊接過程中保持熔池形狀和熔孔大小的方法，了解板狀試件和管狀試件焊接的各自特點(diǎn)。

2.1.1 板狀試件焊接

試件選用16Mn板，板厚12 mm，試板100×300帶30°坡口兩塊，留間隙組對如圖1所示。焊材選用E5015（φ3.2、φ4.0）焊條且焊前烘干。

圖1 試件及坡口尺寸

（1）試板的平焊。

平焊的焊接工藝參數(shù)見表1。

a.先將兩塊試板組對，始端比終端間隙小，將兩端進(jìn)行定位焊。采用斷弧法打底焊。

表1 板平焊焊接工藝參數(shù)

b.從試板間隙小的始端定位焊處采用點(diǎn)擊法引弧，并用長弧稍作停留進(jìn)行預(yù)熱，然后迅速壓低電弧在兩鈍邊間作橫向擺動(dòng)。當(dāng)鈍邊熔化的鐵水與焊條金屬熔滴連在一起，并聽到“噗噗”電弧穿透背面的聲響，便形成第一個(gè)熔池（約焊芯直徑的1~1.5倍），前端出現(xiàn)熔孔其直徑比組對間隙每邊大0.5 mm（見圖2），迅速滅弧。隨后在前面熔池的2/3處再次引弧、滅弧，依次循環(huán)，完成整條焊縫。

圖2 熔孔形狀及運(yùn)條方向

c.填充焊時(shí)，清理前一道焊縫熔渣、飛濺，修正過高處與凹槽。選用較大的焊接電流，采用鋸齒形運(yùn)條，在坡口兩側(cè)適當(dāng)多停留，而中間快一點(diǎn)，有利于熔渣的浮出。蓋面焊時(shí)，焊接電流應(yīng)稍小，注意控制運(yùn)條擺動(dòng)應(yīng)均勻。

d.試板平焊培訓(xùn)的要求和目的。

打底焊是平焊中練習(xí)的重點(diǎn)，操作時(shí)要注意控制熔池的溫度，始終如一的保持熔孔的形狀和大小是焊條電弧焊最重要的操作要領(lǐng)。

通過平焊練習(xí)，學(xué)會區(qū)分熔池中鐵水和熔渣，掌握如何控制熔池的形狀和熔孔大小。

焊工平焊的培訓(xùn)時(shí)間為5～7天。

（2）試板的立焊。

立焊的焊接工藝參數(shù)見表2。

表2 板立焊焊接工藝參數(shù)

a.打底焊采用由下向上斷弧焊，其操作法原理基本同平焊，但間隙要大0.5~1 mm。

b.填充焊和蓋面焊均采用月牙形運(yùn)條連弧焊方法，在兩側(cè)稍停留，中間運(yùn)條要快，防止近邊夾渣。

c.試板立焊培訓(xùn)的要求和目的。

立焊由于熔化的金屬由于受重力的作用下墜，使焊縫成形惡化，焊接時(shí)焊條與焊件的角度是逐漸變化的，焊接方向至下而上角度逐漸變小。

通過立焊練習(xí)，了解立焊焊道成型特點(diǎn)。

焊工立焊的培訓(xùn)時(shí)間為5～7天。

（3）試板的橫焊。

橫焊的焊接工藝參數(shù)見表3。

表3 板橫焊焊接工藝參數(shù)

a.橫焊打底焊時(shí)，采用斷弧法焊接，其操作法原理基本同平焊，但間隙要大0.5~1mm。

b.填充和蓋面焊時(shí)采用多層多道焊，直線運(yùn)條，焊接道數(shù)為11道左右。焊接順序?yàn)?—2—3—4—5—6—7—8—9—10—11，如圖 3 所示。

圖3 橫焊焊接順序

c.試板橫焊培訓(xùn)的要求和目的。

橫焊填充和蓋面焊時(shí)，自下而上不做擺動(dòng)直線運(yùn)條，注意調(diào)整焊條焊接角度，防止下側(cè)焊瘤、夾渣、上口咬邊。

通過橫焊練習(xí)，了解橫焊焊道成型特點(diǎn)，掌握橫焊直線單道焊的焊法。

焊工橫焊的培訓(xùn)時(shí)間為5～7天。

（4）試板仰焊。

仰焊的焊接工藝參數(shù)見表4。

a.打底焊采用斷弧法焊接，其操作法原理基本同平焊，但由于熔池金屬受重力的作用，容易下墜，因此，每次熔滴盡量小、薄，重疊量不要太多。

表4 板仰焊焊接工藝參數(shù)

b.填充和蓋面的焊接時(shí)，采用連弧焊，焊道要薄一些。

c.試板仰焊培訓(xùn)的要求和目的。

仰焊操作要求較高，技術(shù)難度較大，關(guān)鍵要控制熔池溫度，防止熔化金屬下墜造成塌陷。

通過仰焊練習(xí)，了解仰焊焊道成形特點(diǎn)，能自如地掌握控制熔池形狀和熔孔的大小。

焊工仰焊的培訓(xùn)時(shí)間為8～10天。

2.1.2 管狀試件焊接

管狀試件焊接主要進(jìn)行水平固定管焊接培訓(xùn)。

（1）試件選用 φ60×100×6 管兩件，材料 16Mn，開V型坡口，坡口角度約60°，留間隙組對（見圖4）。焊材選用 E5015（φ2.5、φ3.2）焊條，且焊前烘干。

圖4 試管及坡口尺寸

（2）水平固定管打底焊從時(shí)鐘6點(diǎn)位置前約4~6mm處開始，采用斷弧法逐點(diǎn)向時(shí)鐘9點(diǎn)再到12點(diǎn)位置焊接前半圓。之后，再由時(shí)鐘6點(diǎn)開始，經(jīng)過3點(diǎn)位置到12點(diǎn)位置。整個(gè)焊接過程經(jīng)歷了仰、立、平三種焊接位置。

（3）管狀試件焊接培訓(xùn)的要求和目的。

管狀試件水平固定焊是仰焊、立焊、平焊多種焊接位置焊法的綜合應(yīng)用。學(xué)會將前面掌握的焊接方法綜合加以運(yùn)用。

理解管件不同位置焊接的特點(diǎn)，掌握管件的焊接方法。

焊工管件水平固定焊的培訓(xùn)時(shí)間為8～10天。

2.2 第二階段氣體保護(hù)焊的操作技能培訓(xùn)

第二階段主要針對氣體保護(hù)焊中的手工鎢極氬弧焊進(jìn)行培訓(xùn)。

（1）手工鎢極氬弧焊試件選用16Mn管，φ60×100×6 兩件，坡口角度 60°，留間隙組對（見圖 5），焊材選用H08Mn2Si（φ2.5）焊絲。

圖5 試管及坡口尺寸

（2）手工鎢極氬弧焊管水平固定焊工藝參數(shù)見表5。

表5 手工鎢極氬弧焊管焊接工藝參數(shù)

（3）手工鎢極氬弧焊通常采用左焊法。焊槍傾角為 70°~80°，焊絲傾角為 15°~20°（見圖 6），焊接順序與焊條電弧焊試管焊接相同。打底焊焊時(shí)，起弧后先用電弧熔化起焊部位的坡口根部，再填入焊絲，形成熔池，并且焊槍前移，在熔池前端形成直徑比組對間隙每邊大0.5 mm的熔孔，電弧應(yīng)能透過熔孔加熱焊縫背面。通過控制焊接速度和電弧高低來保持熔孔尺寸基本不變并使其均勻前移。

圖6 焊槍角度與填絲位置

（4）在填充焊和蓋面焊時(shí)，焊絲填入動(dòng)作要均勻、有規(guī)律，注意觀察并保持熔池的形狀，盡量使熔池中的金屬液體在電弧吹力的作用下一面旋轉(zhuǎn)，一面向前移動(dòng)。

（5）手工鎢極氬弧焊培訓(xùn)的要求和目的。

手工鎢極氬弧焊焊前應(yīng)清理焊絲及焊接接頭附近的銹跡、油脂及污垢。

通過練習(xí)，掌握手工鎢極氬弧焊的焊接特點(diǎn)和焊接方法。實(shí)際上，不但是鎢極氬弧焊，所有的電弧熔化焊方法打底焊單面焊雙面成型都要求要有熔孔并控制其大小，才能熔化焊縫背面金屬，保證單面焊雙面成型。

手工鎢極氬弧焊的練習(xí)時(shí)間為5～7天。

3 培訓(xùn)效果

通過上述全過程的培訓(xùn)，焊工能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)相應(yīng)的壓力容器焊接的理論知識和操作技能，對焊接中焊道的成型過程有了深刻的認(rèn)識，具備了手工電弧焊和氬弧焊的焊接操作能力。焊工在經(jīng)過考試取得相關(guān)的項(xiàng)目資格后，就能夠從事相應(yīng)的壓力容器焊接工作。

4 結(jié)論

將壓力容器焊工培訓(xùn)目標(biāo)分成若干具體項(xiàng)目，由簡到難，逐項(xiàng)培訓(xùn)掌握。這套焊接培訓(xùn)方案提供了一個(gè)系統(tǒng)的、規(guī)范的焊工培訓(xùn)方法，它具有實(shí)用性和操作性。這套培訓(xùn)方法通過在實(shí)際中多次的應(yīng)用，其培訓(xùn)效果令人滿意。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.TSG特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范，TSG Z6002-2010，特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則[S].北京：新華出版社，2010.

[2]劉普明，王宏新，李興榮，等.鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試習(xí)題集[M].沈陽：遼寧大學(xué)出版社，2003.

[3]工人高級操作技能訓(xùn)練輔導(dǎo)叢書編委會.電焊工[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1992.