壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的研究

吳召波（瑞冬集團(tuán)有限公司,山東 德州 253000）

壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的研究

吳召波
（瑞冬集團(tuán)有限公司,山東 德州 253000）

壓力容器焊接工藝國家有著詳細(xì)和嚴(yán)格的規(guī)定，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，工藝的制定不僅依靠標(biāo)準(zhǔn)，還要靠相關(guān)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)作出合理的判斷。本文基于壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)，壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的分類，壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的焊接方法進(jìn)行深入分析，使焊接結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計更快捷、更優(yōu)化，對壓力容器設(shè)計具有很好的指導(dǎo)意義，對壓力容器焊接結(jié)構(gòu)研究具有理論及實(shí)際意義。

壓力容器；焊接工藝；結(jié)構(gòu)；研究

作為實(shí)際生產(chǎn)中的綜合性產(chǎn)品，壓力容器的生產(chǎn)包含了多個領(lǐng)域，其中涉及到無損檢測、機(jī)械加工、腐蝕與防腐、冶金、安全防護(hù)等諸多行業(yè)。壓力容器是實(shí)際生產(chǎn)過程中必不可少的重要設(shè)備，它標(biāo)志著一個國家在裝備制造方面水平的高低。壓力容器主要由筒體、封頭、開孔和接管、法蘭、密封元件、支座等六大結(jié)構(gòu)組成。此外，壓力容器還安裝有安全設(shè)備、儀表和生產(chǎn)工藝的內(nèi)部裝置。壓力容器由于承受壓力過大、密封質(zhì)量及介質(zhì)易燃等原因，容易引起火災(zāi)甚至發(fā)生爆炸而使人員、財產(chǎn)及設(shè)備受到重大的損失。目前，各個國家已經(jīng)將壓力容器的生產(chǎn)列為極其重要的監(jiān)檢項(xiàng)目，并由國家的專門機(jī)構(gòu)，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)進(jìn)行監(jiān)督和檢驗(yàn)焊接工藝的選擇主要是根據(jù)母材的材質(zhì)、牌號，焊接性能，焊件結(jié)構(gòu)類型來確定。焊接方法確定之后，再制定焊接工藝參數(shù)，以手工電弧弧焊為例，主要包括：焊條型號、焊條直徑、焊接電壓、焊接電流、焊接速度等。

1 焊接技術(shù)基于壓力容器焊接結(jié)構(gòu)

今天各個行業(yè)都在使用壓力容器。了解壓力容器的焊接結(jié)構(gòu), 基于壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)成為我們使用的關(guān)鍵。由于壓力容器內(nèi)部材料的存儲更為特殊，之所以說它特殊是因?yàn)樗鎯Φ奈镔|(zhì)無論是氣體物質(zhì)還是液體物質(zhì)基本上都是容易燃，容易爆炸或具有毒害物質(zhì)的。所以無論是在國內(nèi)還是國外，都特別重視這個特殊的密封容器的焊接和制作工序，尤其是壓力容器質(zhì)量監(jiān)督問題的解決更是各國重中之重，如果發(fā)生一次嚴(yán)重的事故對人們的生命安全造成很大的威脅，因?yàn)槿萜鲬?yīng)用的特殊性，后果是相當(dāng)大的，而且可能會對經(jīng)濟(jì)和環(huán)境導(dǎo)致一系列的連鎖反應(yīng)的影響。焊接技術(shù)基于壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計是通過 VBA 語言在 CAD 模型空間中完成的。在設(shè)計該模塊的工程中需要注意工藝的位置要與焊接接頭的位置分配好，這就需要在編寫語言的過程中，取點(diǎn)坐標(biāo)要準(zhǔn)確，合理，避免出現(xiàn)焊接接頭和工藝卡在模型空間出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象，使整體的圖形看起來不美觀。

2 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的分類

壓力容器最常見的結(jié)構(gòu)形式為圓柱形，球形和錐形。大多數(shù)壓力容器的部件組成包括封頭、端蓋、筒體和接管。封頭在壓力容器中可以分為三類，橢圓形，蝶形和球形的壓力容器形狀。在20mm薄壁封頭的厚度可以采用冷壓或旋壓成形。20mm以上的壁厚頭一般采用熱壓成型制作。大直徑封頭可瓜瓣和圓頂蓋的焊接成型。在厚壁容器頂蓋及換熱器管板由大型鍛造工藝加工而成。圓柱形筒體與椎體可冷彎成型或或熱卷制作成型，也可以用來抑制制造業(yè)的形成過程。封頭、端蓋、筒體（椎體）和接管都是焊接而成。對壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的分類是多種多樣的，它分為壓力容器的使用、壓力容器的生產(chǎn)和檢測。

（1）按承受壓力的等級分為：低壓容器，承壓范圍在0.1MPa 到1.6MPa之間、中壓容器，承壓范圍在1.6MPa到10MPa之間、高壓容器，承壓范圍在10MPa到100MPa之間和超高壓容器，承壓范圍在100MPa以上。

（2）按使用過程中的作用不同分為：1）主要用于進(jìn)行介質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的容器——反應(yīng)容器；2）主要用于進(jìn)行介質(zhì)熱量交換的容器——換熱容器；3）主要用于進(jìn)行介質(zhì)質(zhì)量交換的容器——分離容器；4）主要用于裝氣體或氣體物料，起平衡緩沖作用的容器——貯運(yùn)容器。

3 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的焊接方法

最常用的壓力容器的焊接方法：手工電弧焊，埋弧焊，氬弧焊接。手工電弧焊：手工電弧焊也稱為焊條電弧焊的焊接方法，是一種可用于焊縫金屬與母材在焊縫金屬和母材形熔化形成焊縫的一種焊接方法。此種焊接方法設(shè)備簡單，成本低的交流或直流焊接電源。此種焊接方法靈活方便，可用于各種位置的焊接，甚至適用于各種焊接工件的厚度和形狀。焊條范圍廣泛可用于不同鋼材的焊接。焊接質(zhì)量的好壞主要取決于工人的技術(shù)水平和焊條的質(zhì)量。埋弧焊是焊接的焊劑保護(hù)層下電弧進(jìn)行燃燒焊接的一種焊接方法。在造船，壓力容器，重型機(jī)械、軍工等制造業(yè)中應(yīng)用的非常廣泛，它是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的焊接方法。其顯著特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，這是因?yàn)橐环矫?，焊絲的長度短，電流和電流密度增加，因此弧深效率大大提高。另一方面，由于磁通和爐渣保溫和電弧基本無輻射熱損失，減少飛濺的溶液，雖然對熔劑熔融熱損失有所增加，但總的熱效率仍然大大增加。高質(zhì)量的焊縫，熔渣隔絕空氣的保護(hù)效果好，焊接參數(shù)可以通過自動調(diào)節(jié)保持得到，在要求焊工技術(shù)水平不高，焊縫成分穩(wěn)定，力學(xué)性能好。除了減少手工焊接操作的勞動強(qiáng)度，它沒有弧光輻射，這是埋弧焊的獨(dú)特優(yōu)勢。氬弧焊接是在傳統(tǒng)電弧焊接的基礎(chǔ)，采用的焊接材料和燃燒反應(yīng)保護(hù)惰性氣體氬，用電熱流產(chǎn)使焊接熔化成液體焊料基體對焊接熔池的形成中，基體金屬，在焊接技術(shù)焊接材料的原子結(jié)合的一種焊接技術(shù)。這個過程包括：壓力容器的焊接打底、中層施焊、蓋面、焊后熱處理、焊縫的無損檢測。在實(shí)際生產(chǎn)中，在管殼式換熱器的壓力容器是最常見的，最廣泛使用的。根據(jù)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，管殼式換熱器可分為固定管板換熱器，U型管式換熱器，填料函式換熱器和浮頭式換熱器。壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的焊接方法主要包括：原材料和焊接材料的檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)材料的預(yù)處理、放樣劃線和號料、下料與邊緣加工、成型與彎曲加工、裝配與焊接、焊后熱處理、焊件的質(zhì)量檢查、焊接結(jié)構(gòu)的涂裝等。對于不同用途的壓力容器就有不同的焊接要求，也有相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

4 利用 VBA 進(jìn)行壓力容器焊接接頭模塊設(shè)計

對所有壓力容器焊接接頭圖進(jìn)行VBA編程，使程序運(yùn)行時CAD界面能自動繪出壓力容器焊接接頭圖，從而組成基于VBA的CAD二次開發(fā)的壓力容器焊接接頭圖庫，以后進(jìn)行壓力容器焊接工藝設(shè)計時想選哪種接頭就把相應(yīng) VBA 程序運(yùn)行即可生成相應(yīng)焊接接頭圖。對接接頭圖庫程序設(shè)計、角接接頭圖庫程序設(shè)計、搭接接頭圖庫程序設(shè)計、T型接頭圖庫程序設(shè)計、接管與殼體間焊接接頭圖庫程序設(shè)計所用的 VBA 編程語言基本相同。編輯程序時，首先根據(jù)

焊接接頭圖形編輯一個個閉合的區(qū)域，編輯區(qū)域的程序主要是畫直線程序和畫弧程序，然后編輯圖案填充程序，對閉合的區(qū)域進(jìn)行填充，接著對焊接接頭圖進(jìn)行標(biāo)注，編輯尺寸標(biāo)注程序，尺寸標(biāo)注主要包括對齊標(biāo)注，半徑標(biāo)注，角度標(biāo)注。依照VBA語言來編程，編圖程序初步完成后，運(yùn)行，看程序是否正常運(yùn)行，如果運(yùn)行出現(xiàn)錯誤，則系統(tǒng)會自動提示，需進(jìn)行調(diào)試；如果運(yùn)行正常，則可得到接CAD圖，然后觀察該圖與圖庫的圖是否相差很多，如果相差很多，則再通過改變坐標(biāo)作調(diào)整，最終得到符合要求的程序。

目前，大多數(shù)焊接工藝都是記錄在本上的，當(dāng)用戶查找數(shù)據(jù)時會帶來諸多不便，維護(hù)起來也不方便。成功設(shè)計出該焊接工藝系統(tǒng)將會減少因焊接工藝規(guī)范太過復(fù)雜而造成生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。使用Access作為記錄數(shù)據(jù)的后臺數(shù)據(jù)庫，AutoCAD中的VBA作為程序開發(fā)語言，設(shè)計出一套可以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的焊接工藝專家系統(tǒng)。它不僅能夠條理地，系統(tǒng)地整理和存儲焊接工藝數(shù)據(jù)，而且界面方便簡潔，可以使用戶快速地查詢焊接工藝參數(shù)并進(jìn)行有效合理的數(shù)據(jù)管理。通過研究，了解壓力容器的分類及其焊接工藝；將所學(xué)的知識進(jìn)行條理化，提高綜合運(yùn)用專業(yè)知識分析和解決實(shí)際問題的能力。對壓力容器焊接結(jié)構(gòu)過程有一個整體認(rèn)識及運(yùn)用，如焊接強(qiáng)度計算、材料的選擇、焊接接頭的設(shè)計、焊接方法的選擇、工藝參數(shù)的確定等；制作焊接工藝卡；學(xué)習(xí)運(yùn)用 Access 數(shù)據(jù)庫對焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類整理；掌握 AutoCAD 繪圖方法和 VBA 語言二次開發(fā)技術(shù)等。

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吳召波（1981-），男，山東費(fèi)縣人，碩士研究生，機(jī)械工程師，研究方向：換熱器制造。