壓力容器焊接新技術(shù)及其應(yīng)用

程龍 申卓

摘 要：壓力容器往往是用于相關(guān)氣體或液體的盛裝，需要承載一定的壓力，在石油、化工及相關(guān)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在制造壓力容器的過(guò)程中，焊接是一種基本加工方式，焊接質(zhì)量的好壞，將會(huì)直接關(guān)系到壓力容器的耐久度與穩(wěn)定性，還會(huì)對(duì)壓力容器的外在美觀程度產(chǎn)生影響。同時(shí)，壓力容器用途不同，所采用的焊接工藝也會(huì)不同，可以說(shuō)，焊接技術(shù)將會(huì)直接影響壓力容器的生產(chǎn)質(zhì)量。隨著自動(dòng)化技術(shù)的提升，在壓力容器制造行業(yè)，往往需要使用眾多的焊接技術(shù)，并取得了舉世矚目的成就，極大地促進(jìn)了壓力容器制造水平的提升。

關(guān)鍵詞：壓力容器；焊接新技術(shù)；應(yīng)用

在制造業(yè)中，焊接技術(shù)的重要性不言而喻，在壓力容器制造中更是發(fā)揮至關(guān)重要的的作用，要保證壓力容器質(zhì)量，就必須加強(qiáng)焊接技術(shù)控制。很多危險(xiǎn)性、易燃易爆的氣體或液體物質(zhì)都是使用壓力容器進(jìn)行儲(chǔ)存。一旦壓力容器發(fā)生泄漏將會(huì)給周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。因此，深入研究焊接新技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用對(duì)于提高壓力容器的整體質(zhì)量和安全有非常積極的作用。

1壓力容器和焊接技術(shù)

壓力容器與一般儲(chǔ)存裝置不同，它具有承載壓力的能力，并且對(duì)于密封性的要求非常高。一些石油、化工企業(yè)都會(huì)用壓力容器來(lái)儲(chǔ)存一些液體或氣體。壓力容器的制造過(guò)程非常復(fù)雜，步驟非常繁瑣，主要過(guò)程大致是先將原材料進(jìn)行切割，然后對(duì)原材料進(jìn)行機(jī)械加工，之后將各部位組對(duì)、拼接，之后對(duì)其進(jìn)行焊接，最后對(duì)容器進(jìn)行壓力測(cè)試并驗(yàn)收。

焊接加工是壓力容器制造工作中的重要組成部分，壓力容器上的很多零件、結(jié)構(gòu)都是通過(guò)焊接技術(shù)連接的，例如，壓力容器的封頭、殼體等。制造壁厚較厚的壓力容器時(shí)，有一半以上的工作是通過(guò)焊接技術(shù)完成的，即使是普通的壓力容器也有40%左右的加工是通過(guò)焊接完成的。常見壓力容器焊接技術(shù)主要有氬弧焊、手工自動(dòng)焊和埋弧焊等，由于不同用途的壓力容器對(duì)于壓力承載能力的要求不同，所以要根據(jù)壓力容器的實(shí)際用途選擇相應(yīng)的焊接技術(shù)。

2壓力容器焊接技術(shù)的應(yīng)用研究

2.1接管自動(dòng)焊接技術(shù)及具體應(yīng)用

接管自動(dòng)焊接包括接管與封頭、接管與筒體兩種。接管與封頭的自動(dòng)焊接。接管與封頭之間的焊接工作可以根據(jù)操作形式的區(qū)別分為非向心焊接和向心焊接。用于接管和封頭的焊接設(shè)備是由六個(gè)不同方向的運(yùn)動(dòng)軸和一個(gè)十字型的焊接操作機(jī)組成，該設(shè)備可以完成六種不同方位的焊接工作。焊接開始之前，需要通過(guò)焊機(jī)的自動(dòng)定位系統(tǒng)完成焊接操作機(jī)的定心工作，相比于人工定心，自動(dòng)定心可以大大提高精準(zhǔn)度，之后利用焊接的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)焊絲的自動(dòng)移動(dòng)，可以使焊縫變得非常均勻。此外，由于該技術(shù)主要是通過(guò)焊機(jī)進(jìn)行自動(dòng)焊接的，所以相比于人工操作，焊接過(guò)程的穩(wěn)定性有了顯著的提高。

接管與筒體的自動(dòng)焊接。傳統(tǒng)馬鞍形焊接技術(shù)無(wú)法適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)情況，所以，新型的接管馬鞍形自動(dòng)焊技術(shù)被廣泛應(yīng)用于壓力容器的制造過(guò)程中。該技術(shù)具有較高的自動(dòng)化水平，接管內(nèi)徑通過(guò)夾緊四連桿自動(dòng)定心，焊槍的運(yùn)動(dòng)軌跡的主要通過(guò)自動(dòng)化焊機(jī)控制，焊機(jī)根據(jù)接管和筒體的直徑參數(shù)，可以建立相應(yīng)的數(shù)字模型，之后再根據(jù)模型，確定焊槍的移動(dòng)軌跡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。此外，通過(guò)在機(jī)器上輸入?yún)?shù)能實(shí)現(xiàn)多道工序的自動(dòng)焊接，包括內(nèi)馬鞍、外馬鞍和水平環(huán)焊縫的焊接。具體應(yīng)用中，利用超薄的大功率焊槍對(duì)板材較厚且間隙較窄的坡口進(jìn)行焊接，還可用一層兩道自動(dòng)埋弧焊的方法完成對(duì)板材厚度和坡口間隙適中的焊接工作。

2.2激光復(fù)合焊接技術(shù)及應(yīng)用

傳統(tǒng)的鎢極填絲氬弧焊由于熔化極無(wú)法使用純氬氣作為保護(hù)氣體，因此導(dǎo)致焊接過(guò)程中電弧具有一定的不穩(wěn)定性，進(jìn)而影響焊接質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸研發(fā)出激光電弧復(fù)合熱源焊技術(shù)，該技術(shù)在焊接過(guò)程中可以有效彌補(bǔ)鎢極填絲氬弧焊技術(shù)的不足之處。實(shí)際焊接過(guò)程中，激光復(fù)合焊接技術(shù)可以在電弧的熔池中形成孔隙，使其中充滿金屬蒸汽，并產(chǎn)生等電離子體，進(jìn)而吸引電弧，這時(shí)再利用純氬氣作為保護(hù)氣體，便可使電弧變得更加穩(wěn)定。因此，激光電弧復(fù)合熱源焊技術(shù)可以有效提高焊接質(zhì)量。數(shù)字化焊接電弧和激光復(fù)合焊接技術(shù)的出現(xiàn)，使原本焊接工作中的焊接飛濺減少，焊接過(guò)程更加穩(wěn)定，壓力容器的焊接質(zhì)量有了進(jìn)一步的提高，目前激光復(fù)合焊接技術(shù)正在慢慢地應(yīng)用于各種壓力容器的焊接工作。

2.3彎管內(nèi)壁堆焊技術(shù)及其應(yīng)用

由于工作環(huán)境的需要，某些壓力容器的內(nèi)壁要進(jìn)行防腐蝕層的焊接，對(duì)于壓力容器的直管部位，焊接相對(duì)比較容易，而彎管內(nèi)壁由于具有特殊性，在內(nèi)壁部位存在相應(yīng)的角度，增加了焊接工作的難度。對(duì)于不同角度的彎管，根據(jù)其內(nèi)壁的實(shí)際情況，需采用不同的焊接技術(shù)，目前我國(guó)對(duì)于彎管內(nèi)壁的堆焊技術(shù)研究已經(jīng)逐漸成熟。

90°彎管內(nèi)壁堆焊。90°彎管內(nèi)壁堆焊是壓力容器焊接工作中難度較大的一種焊接方式。在焊接技術(shù)還較為落后的時(shí)期，進(jìn)行90°彎管對(duì)焊時(shí)主要是仿照30°彎管堆焊的方式進(jìn)行的，焊接時(shí)需要將90°的彎管平均分成三個(gè)30°的彎管，過(guò)程十分繁瑣，焊接效率非常低，而且焊接質(zhì)量也得不到保障。如今，相關(guān)技術(shù)人員已經(jīng)研發(fā)出專門用于90°彎管內(nèi)壁堆焊的焊接設(shè)備，該設(shè)備主要是利用90°彎管母線的縱向結(jié)構(gòu)，通過(guò)二維變位機(jī)對(duì)焊接點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)焊接。這種焊接方式大大提高了壓力容器內(nèi)壁焊接的效率與質(zhì)量。

30°彎管內(nèi)壁堆焊。30°彎管的堆焊是通過(guò)借助焊機(jī)自身的五軸協(xié)調(diào)運(yùn)作完成的。焊機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行五軸運(yùn)動(dòng)自動(dòng)焊接。在焊接的過(guò)程中，工件運(yùn)作要與焊機(jī)的搖擺幅度相協(xié)調(diào)，焊劑要保證一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行速度。每當(dāng)焊接完成一圈之后，需要對(duì)擺角位置進(jìn)行變動(dòng)，在移動(dòng)焊機(jī)之后重新進(jìn)行自動(dòng)定位。在內(nèi)壁堆焊的過(guò)程中，需注意對(duì)焊機(jī)搖擺幅度的控制，一般情況下，搖擺幅度由小到大進(jìn)行調(diào)整，焊機(jī)工作進(jìn)入收尾部分時(shí)，再次將幅度調(diào)小，保證內(nèi)壁焊接的結(jié)構(gòu)和層次。在彎管內(nèi)壁堆焊時(shí)，需應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對(duì)所需的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。盡量選用具有自動(dòng)追蹤和斷點(diǎn)記憶功能的焊機(jī)，這種機(jī)械設(shè)備能夠自動(dòng)復(fù)位，保證焊接過(guò)程的順利進(jìn)行。

2.4窄間隙埋弧焊技術(shù)及其應(yīng)用

窄間隙埋弧焊技術(shù)一般是用于板材較厚的壓力容器焊接工作，這種技術(shù)在對(duì)厚度超過(guò)100mm的板材進(jìn)行焊接時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，在厚板材壓力容器焊接工作中被廣泛應(yīng)用。此外，窄間隙埋弧焊技術(shù)在焊接工作中能夠充分利用焊接材料，進(jìn)而節(jié)省焊接成本，提高焊接效率，同時(shí)焊接時(shí)間較短，能夠快速完成焊接工作，具有高效率、高質(zhì)量以及低成本的優(yōu)勢(shì)。這種技術(shù)在焊接的過(guò)程中承受的應(yīng)力小，出現(xiàn)變形的機(jī)率相對(duì)較低。窄間隙埋弧焊技術(shù)在我國(guó)壓力容器焊接領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展的相對(duì)成熟，并取得了一系列的成就。目前，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，該技術(shù)能夠有效提高壓力容器的焊接質(zhì)量，進(jìn)而保證壓力容器在實(shí)際使用中的安全性能。

結(jié)語(yǔ)

壓力容器在現(xiàn)代化工行業(yè)的生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，尤其在石油化工行業(yè)，一些油氣產(chǎn)品的儲(chǔ)存、運(yùn)輸都離不開壓力容器，因此，提高壓力容器的質(zhì)量可以大大推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，焊接技術(shù)也逐漸朝著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，因此，不論是壓力容器制造行業(yè)還是壓力容器使用行業(yè)，都需要對(duì)新型焊接技術(shù)進(jìn)行深入的研究，進(jìn)而提高壓力容器的制造水平和檢修水平，最終促進(jìn)我國(guó)石油化工行業(yè)的發(fā)展。

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