基于壓力容器的焊接工藝探析

【摘要】本文首先分析了鍋爐壓力容器的焊接工藝，然后闡述了其質(zhì)量管理問題，在工業(yè)生產(chǎn)中，非常重要的一個組成部分就是鍋爐和壓力容器，它的焊接工藝和質(zhì)量控制管理，會對鍋爐壓力容器的使用以及安全可靠運(yùn)行產(chǎn)生直接的影響，本文以下就此進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

【關(guān)鍵詞】鍋爐； 壓力容器； 質(zhì)量管理； 焊接工藝；

一、前言

隨著壓力容器焊接工藝要求的不斷提高，研究其相關(guān)內(nèi)容凸顯出重要意義。該項(xiàng)課題的研究，將會更好地提升焊接工藝的實(shí)際水平，從而有效優(yōu)化壓力容器的焊接效果。本文從概述壓力容器焊接相關(guān)內(nèi)容著手本課題的研究。

二、概述

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，石油化工及液體物料貯運(yùn)基地在全球范圍內(nèi)迅猛發(fā)展，壓力容器已成為重要設(shè)施之一。壓力容器的焊接是壓力容器制造最關(guān)鍵最重要的一個步驟，是確保容器安全運(yùn)行的重要指標(biāo)。

壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備。貯運(yùn)容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器，它在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都起著重要作用。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸，燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品。

壓力容器在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中扮演著重要角色，在石油化工工業(yè)、軍工科研、能源工業(yè)等領(lǐng)域的作用都不容小覷。而壓力容器制造的關(guān)鍵工藝師焊接，它決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率、可靠性和生產(chǎn)成本。當(dāng)前，壓力容器逐漸向多用化高壓化和大型化發(fā)展，這要求焊接技術(shù)和工藝也要向優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展。另外，我國是鋼產(chǎn)量大國，也是焊接大國，焊接主要應(yīng)用領(lǐng)域是壓力容器。所以，提高壓力容器的焊接質(zhì)量，提高焊接自動化程度，尋找焊接新技術(shù)，降低焊接成本迫在眉睫。

三、壓力容器焊接工藝程序

對壓力容器焊接進(jìn)行打底主要采用的是氬弧焊，并且在施工上要由下至上進(jìn)行施工。在焊接施工完成之后起始收尾工作需要將連接處進(jìn)行打磨處理。保證施工均衡性發(fā)展是焊接施工的重點(diǎn)內(nèi)容。在氬弧焊施工之前可以進(jìn)行試焊工作，這樣能夠明確氬氣中的質(zhì)量純度，并且在試焊過程中要將施工范圍采用圍板進(jìn)行格擋，這樣能夠避免其他因此對施工焊縫質(zhì)量產(chǎn)生相應(yīng)的影響。對焊接部位要采用角磨機(jī)進(jìn)行打磨，避免焊縫出現(xiàn)塌陷問題產(chǎn)生裂縫，同時要做好焊接工作管理保證質(zhì)量的進(jìn)一步提升。

要保證焊縫與母材交接位置的清潔度。焊縫接頭和底層焊縫接頭錯開的距離至少要在10mm以上，該層選擇直徑為3.2的焊條。中層焊縫的厚度至少是焊條直徑的0.8--1.2倍，選擇直線型的運(yùn)條方式；焊縫焊接部位不能夠進(jìn)行引弧處理。在施工完成之后就要對焊接部位進(jìn)行中層清理，只有在發(fā)現(xiàn)問題的時候在進(jìn)行重焊工作。

蓋面時同樣要選擇直徑為3.2的焊條，具體選擇時還要參考焊縫已焊厚度來決定。每根焊條的起弧位置與收弧位置均要與中層焊縫接頭錯開，不得在中層焊縫表面引弧，要保證蓋面層焊縫的表面完整性以及壓力容器的圓滑過渡，焊縫的寬度大概是蓋過坡口兩側(cè)2mm左右，焊縫加強(qiáng)高度則在1.5～2.5mm左右。蓋面層對焊縫的質(zhì)量要求也比較高，焊縫表面不得出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣以及熔合性飛濺等問題，咬邊的深度要控制在0.5mm以內(nèi)，且咬邊的長度要控制在該焊縫總長的10%以內(nèi)。對焊接部位進(jìn)行清潔處理能夠?qū)崿F(xiàn)壓力容器表面的干凈整潔，能夠避免鍋爐表面因?yàn)橹車h(huán)境的變化出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

四、壓力容器焊接中常見的質(zhì)量問題

1.裂紋

裂紋是焊接缺陷中危害性最大的一種，它將顯著減少承載面積，嚴(yán)重的是裂紋端部形成尖銳缺口，應(yīng)力高度集中，很容易擴(kuò)展導(dǎo)致破壞。冷裂紋又稱延遲裂紋，由于其延遲特性和快速脆斷特性，帶來的危害往往是災(zāi)難性的；熱裂紋是由于焊縫凝固收縮而受到拉應(yīng)力，最終開裂形成裂紋；再熱裂紋是近縫區(qū)金屬在高溫?zé)嵫h(huán)作用下，強(qiáng)化相碳化物沉積在晶內(nèi)的位錯區(qū)上，使晶內(nèi)強(qiáng)化程度大大高于晶界強(qiáng)化，由于應(yīng)力松弛而帶來的塑形變形主要由晶界金屬來承擔(dān)，于是晶界區(qū)金屬會產(chǎn)生滑動。世界上的鍋爐、壓力容器、壓力管道事故除少數(shù)是由于設(shè)計(jì)不合理，選材不當(dāng)?shù)脑蛞鸬囊酝?，絕大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。

2.氣孔

氣孔是指在焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而形成的空穴。產(chǎn)生氣孔的主要原因有：坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡；焊條或焊劑未按規(guī)定進(jìn)行烘焙，焊芯銹蝕或藥皮變質(zhì)、剝落等。此外，熔渣粘度過大，氣泡無法通過熔渣，被阻擋在焊縫金屬表面附近；電弧偏吹；低氫型焊條焊接時，電弧過長，焊接速度過快；埋弧自動焊電壓過高等，都易在焊接過程中產(chǎn)生氣孔。由于氣孔的存在，使焊縫的有效截面減小，過大的氣孔會降低焊縫的強(qiáng)度，破壞焊縫金屬的致密性。

3.咬邊

咬邊是指由于焊接工藝參數(shù)選擇不正確，或操作方法不當(dāng)，沿焊趾部位產(chǎn)生的溝槽或凹陷。產(chǎn)生咬邊的主要原因是由于作業(yè)人員操作方法不當(dāng)引起的。作業(yè)人員焊接規(guī)范選擇不正確，例如焊接電流的過大、焊接電弧的過長、作業(yè)人員運(yùn)條方式和角度不正確、在壓力容器坡口兩側(cè)停留的時間太長或太短等均有可能產(chǎn)生焊縫咬邊。

五、提高焊接質(zhì)量的措施

1.焊接前的材料選擇

進(jìn)行焊接工作時首先要把好材料選擇的關(guān)口。第一，明確材料是否具有合格的質(zhì)量證明書，是否符合國家對于此種材料制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。第二，根據(jù)壓力容器本身的力學(xué)性能設(shè)計(jì)要求，選擇適合本壓力容器設(shè)計(jì)的焊接材料。選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)和具有相關(guān)質(zhì)量證明書的材料。并仔細(xì)核查相關(guān)信息，確保材料的真實(shí)性和可靠性。

2.質(zhì)量控制檢測

在檢測鋼制壓力容器產(chǎn)品的焊接接頭性能如何時，要嚴(yán)格按照相關(guān)的檢驗(yàn)規(guī)定認(rèn)真執(zhí)行，其中涉及到焊接試板的尺寸、數(shù)量等。至于試樣截取、試驗(yàn)項(xiàng)目、合格標(biāo)準(zhǔn)和復(fù)驗(yàn)要求，同樣也要嚴(yán)格按照相關(guān)的技術(shù)操作規(guī)程認(rèn)真執(zhí)行。在檢測有色金屬制的壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量如何時，則可依據(jù)壓力容器的設(shè)計(jì)圖樣及相關(guān)要求認(rèn)真執(zhí)行。關(guān)于拉伸試樣的抗拉強(qiáng)度具體標(biāo)準(zhǔn)要求主要有兩條：一是不得小于母材材料的最低值；二是如果焊接接頭的母材材料強(qiáng)度等級不同，拉伸試樣的強(qiáng)度必須大于或等于強(qiáng)度等級低的那個。

3.坡口的加工和清理

如果有條件則可以選用等離子弧、氧乙炔等熱加工的方法對坡口進(jìn)行加工。當(dāng)坡口加工完成之后，必須對坡口表面的氧化皮、油污、熔渣和影響接頭質(zhì)量的表面層進(jìn)行清理，如果有凹凸不平的地方還應(yīng)該進(jìn)行打磨處理。

4.定位或者組對

在確認(rèn)坡口的角度正確、清理質(zhì)量合格后應(yīng)該對容器進(jìn)行組對。因?yàn)楸ＷC焊接的質(zhì)量和接頭背面成型的關(guān)鍵在于對容器進(jìn)行組對定位焊接。假如選擇了不合適的坡口形式、組對間隙和鈍邊大小的話，就很容易形成內(nèi)凹、焊瘤、未焊透等各種缺陷。另外，組對的間隙要均勻，定位的時候筒體內(nèi)壁要保證平齊，錯邊量應(yīng)該小于壁厚的25%。如果壁厚不一樣，就按照規(guī)定進(jìn)行修磨來過渡。筒體組對的時候要放置平穩(wěn)而且固定，并且要采取防止焊接過程產(chǎn)生變形的措施。

六、結(jié)束語

通過對壓力容器的焊接工藝的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)工作的開展有賴于對多項(xiàng)優(yōu)勢因素的利用，有關(guān)人員應(yīng)該從壓力容器的客觀實(shí)際需求出發(fā)，在掌握現(xiàn)有優(yōu)勢條件的基礎(chǔ)上，研究制定最為優(yōu)化可行的焊接工藝實(shí)施方案。

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