壓力容器焊接新技術(shù)及其應(yīng)用

陳 娟 霍光明 徐 楠 吳紅英 谷延輝（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450000）

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壓力容器焊接新技術(shù)及其應(yīng)用

陳 娟 霍光明 徐 楠 吳紅英 谷延輝
（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450000）

摘 要：隨著現(xiàn)代社會發(fā)展及科技發(fā)展要求的不斷增長，我國對于壓力容器焊接等技術(shù)應(yīng)用要求逐漸提升，壓力容器作為具有定量壓力承載力的密閉設(shè)備在我國化工行業(yè)具有廣泛應(yīng)用，因此本文主要對壓力容器焊接技術(shù)進行分析，后在此基礎(chǔ)上對其具體應(yīng)用問題進行相關(guān)探討，從而促進我國焊接新技術(shù)的不斷發(fā)展及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：壓力容器；焊接技術(shù)；應(yīng)用

焊接處理是壓力容器制造過程中重要的制造環(huán)節(jié)之一，焊接處理水平的高低直接影響著壓力容器的制造質(zhì)量及后期應(yīng)用安全性，因此優(yōu)質(zhì)的壓力容器的形成與良好的焊接技術(shù)具有重要相關(guān)性。隨著現(xiàn)代信息社會的不斷發(fā)展，壓力容器焊接技術(shù)逐漸趨于數(shù)字化發(fā)展，有利于工作效率的不斷提升，促進壓力容器焊接技術(shù)的有效發(fā)展。

1 壓力容器及焊接技術(shù)作用概述

壓力容器指具有一定壓力承載力的密閉式設(shè)備，在化工等行業(yè)中用于盛裝各氣體或液體，壓力容器在具體制造及技術(shù)操作中具有相對繁雜性，其操作技術(shù)內(nèi)容中主要包含對原材料驗收、切割及應(yīng)用等等。

焊接技術(shù)是指采用高熱及高壓等形式將同種或異種材質(zhì)進行永久結(jié)合的工藝技術(shù)，在壓力容器制造各環(huán)節(jié)中均有涉獵，如在普通壓力容器制造中，焊接工作占到所工作總量的41%左右，而在厚板壓力等容器中其應(yīng)用更加廣泛，可達約51%，除此之外，焊接技術(shù)的應(yīng)用如技術(shù)選擇及接頭可靠性等均會對壓力容器質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，因此，在壓力容器制造中，人們對焊接技術(shù)的選擇及合理應(yīng)用便顯得尤為重要。

2 壓力容器焊接新技術(shù)及應(yīng)用研究

2.1 窄間隙埋弧焊技術(shù)

一般而言，在壓力容器焊接中，不同壓力容器所采用的焊接技術(shù)具有較大的差異性，如若當壓力容器壁厚超過100mm時，采用U型或V行坡口焊接易導(dǎo)致人力資源、物力資源等的浪費，不利于資源節(jié)約型社會建設(shè)。

現(xiàn)階段，隨著現(xiàn)代新焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，窄間隙埋弧焊技術(shù)逐漸產(chǎn)生，且在各行業(yè)受到廣泛關(guān)注及應(yīng)用，但現(xiàn)如今，各行業(yè)對于該項技術(shù)的認知仍存在不完善性，一般情況下，人們認為厚壁壓力容器在焊接時，首先需考慮其效率問題，因此在焊接時應(yīng)將間隙控制為越小越好，但在實際情況中，厚壁容器在焊接時焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性非常重要，焊接中多易出現(xiàn)焊接缺失，由于間隙過小，導(dǎo)致了焊縫修復(fù)更加困難，從而需將整焊縫切斷重新加工，造成了資源浪費。

窄間隙埋弧焊技術(shù)在我國應(yīng)用已逐漸廣泛，我國第一重型機械集團焊接制造了2個壁厚均為337mm的世界最大及最重加氫反應(yīng)器，該容器在制造時采用我國所研發(fā)的“雙絲窄間隙埋弧焊”技術(shù)，該反應(yīng)器每條焊縫不停焊接需用時約5天4夜，全部焊縫一次探傷合格。

窄間隙埋弧焊設(shè)備功能具有多種多樣性，除具有一般基礎(chǔ)功能外，同時還具有關(guān)鍵功能，如具備雙側(cè)橫向與高度自動跟蹤功能，保證每一焊道與坡口側(cè)壁均勻熔合且可合理有效地控制木材金屬融入，具有較高熔敷效率但不會損害母材熱影響區(qū)性能。該項技術(shù)設(shè)備基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

現(xiàn)階段，窄間隙埋弧焊技術(shù)雖在我國容器焊接應(yīng)用中具有一定的高效性，但窄間隙氣體保護焊方法其坡口過窄，無法實現(xiàn)自動跟蹤且其跟蹤不可靠，因此在具體應(yīng)用中，各焊接工作者需注重焊絲硬度均勻性及焊接缺陷控制，不斷促進該技術(shù)合理性發(fā)展及完善應(yīng)用。

2.2 接管自動焊接技術(shù)

2.2.1 接管與筒體自動焊接

之前，我國傳統(tǒng)接管馬鞍形埋弧自動焊設(shè)備其焊接馬鞍形運動軌跡多以機械仿形形式實現(xiàn)，該操作形式在具體應(yīng)用中具有厚度較大、窄間隙坡口過大等焊接缺陷，因此隨著現(xiàn)代焊接新技術(shù)的發(fā)展，接管馬鞍形埋弧自動焊設(shè)備逐漸出現(xiàn)，且利用信息技術(shù)不斷實現(xiàn)其應(yīng)用的高效性及廣泛性。

該焊接設(shè)備在具體應(yīng)用時主要利用接管內(nèi)徑后夾緊四連桿后自動定心，焊槍馬鞍形軌跡依托于數(shù)學模型后自動生成，在該設(shè)備操作中直接輸入相關(guān)參數(shù)可實現(xiàn)多層多道連續(xù)焊接，同時具斷點記憶及自動復(fù)位功能，可分別完成對內(nèi)馬鞍、外馬鞍及水平環(huán)焊縫自動焊接。

圖1

2.2.2 接管與封頭自動焊接

該項焊接主要包含向心接管及非向心接管兩種形式。在采用封頭接管埋弧自動焊機前需對該設(shè)備進行自動定心，焊槍自動尋位外壁，旋轉(zhuǎn)中心自動定位于中心線，后焊絲端部坡口底部自動尋位，記錄焊縫高度方向變化，該設(shè)備在應(yīng)用時采用現(xiàn)代化技術(shù)可有效實現(xiàn)自動定位，避免傳統(tǒng)人工定位導(dǎo)致的各問題出現(xiàn)，有利于焊接高效性增長，除此以外，該設(shè)備具有橫向跟蹤功能，因此在進行自動焊接時，可對接管外壁進行跟蹤，從而保證焊接過程中坡口側(cè)壁及焊絲其距離保持一致。

2.3 彎管內(nèi)壁堆焊技術(shù)

設(shè)備焊接工藝具有相對復(fù)雜性，不同的壓力容器其技術(shù)需求具有差異性，壓力容器在長期應(yīng)用后，其接管內(nèi)壁會產(chǎn)生一定的腐蝕，因此一般情況下，壓力容器接管內(nèi)壁可實現(xiàn)不銹鋼耐磨層堆焊，從而保證設(shè)備合理應(yīng)用。在對容器接管內(nèi)壁堆焊設(shè)備應(yīng)用時，彎管內(nèi)壁堆焊設(shè)備較直管內(nèi)壁堆焊設(shè)備具有一定應(yīng)用復(fù)雜性，之前在對彎管內(nèi)壁堆焊時采用將90°彎管分割為3斷后進行焊接，在操作結(jié)束后再將其進行連接，該類操作其過程較為繁瑣且效率低，無法滿足現(xiàn)代發(fā)展需求。但目前，針對此類彎管需求已實現(xiàn)90°彎管內(nèi)壁自動堆焊設(shè)備制作。

30°彎管內(nèi)壁堆焊在操作時主要是指利用對焊機自身5軸實現(xiàn)協(xié)調(diào)運動，后在數(shù)學模型下實現(xiàn)焊槍排列保持工件3軸運動，勻變速旋轉(zhuǎn)運動，焊接速度保持不變且與焊槍擺幅寬窄相匹配，后在一圈焊接結(jié)束后擺角變位，下圈圓心處旋轉(zhuǎn)中心。焊接機頭2軸運動，一圈堆焊結(jié)束，焊槍變擺幅（由小變大再變?。┍３謨?nèi)部各層厚度相一致，對應(yīng)彎管曲率半徑及內(nèi)徑進行運功參數(shù)計算。

90°彎管內(nèi)壁堆焊行彎管母線縱向自動堆焊，采用二維變位機旋轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)對各焊道的焊接，在該操作時，可對90°彎曲焊槍予以安裝，從而可在堆焊過程中保證焊槍自動變位。

2.4 新型激光復(fù)合焊接技術(shù)

新型激光復(fù)合焊接技術(shù)可取代鎢極填絲氬弧焊，后者在傳統(tǒng)壓力容器焊接中由于焊接質(zhì)量高、無飛濺等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于各行業(yè)工藝焊接中，而該技術(shù)在具體應(yīng)用中其效率較低，長時間以來，由于熔化極氣體保護焊無法用純氬氣為保護氣體，電弧在純氬氣中難以有效控制且具一定的不穩(wěn)定性導(dǎo)致各問題出現(xiàn)，現(xiàn)階段，隨著社會科技的不斷發(fā)展，激光電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)出現(xiàn)并逐漸被廣泛應(yīng)用，該項技術(shù)在應(yīng)用中可在電弧熔池中形成小孔使其充滿金屬蒸汽，同時還可產(chǎn)生等離子體，可對電弧產(chǎn)生吸引及引導(dǎo)作用，故在激光電弧復(fù)合熱源焊接中，純氬為保護氣體時電弧可穩(wěn)定燃燒，對容器焊接產(chǎn)生一定的高效性，有利于容器焊接質(zhì)量提升。

現(xiàn)階段，隨著信息化科技的不斷發(fā)展，全數(shù)字化焊接電弧及激光復(fù)合焊接技術(shù)的出現(xiàn)，該技術(shù)在具體應(yīng)用中其焊接過程中的飛濺少，焊接穩(wěn)定且成型質(zhì)量高，因此該類技術(shù)現(xiàn)已逐漸引起人們的廣泛關(guān)注，并逐漸開始應(yīng)用于各容器焊接。

結(jié)語

綜上所述，隨著我國現(xiàn)代經(jīng)濟及科技的不斷發(fā)展，焊接技術(shù)作為各行業(yè)中應(yīng)用極為廣泛的技術(shù)，其新技術(shù)已逐漸產(chǎn)生并實現(xiàn)快速發(fā)展及應(yīng)用，其中包含窄間隙埋弧焊技術(shù)、接管自動焊接技術(shù)、彎管內(nèi)壁堆焊技術(shù)、新型激光復(fù)合焊接技術(shù)等等，該類技術(shù)在具體應(yīng)用時，還需加強各應(yīng)用部分的協(xié)調(diào)發(fā)展，在新技術(shù)自身完善性條件下，實現(xiàn)我國焊接技術(shù)的不斷發(fā)展。

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中圖分類號：TQ051

文獻標識碼：A