HR-2鋼壓力容器激光焊接工藝研究

摘 要：本文對HR-2某型號壓力容器殼體進行激光焊接工藝研究，結(jié)果表明，采用焦距181-187mm，速度0.02-0.025m/s，功率1560-1860W焊接參數(shù)所焊焊縫內(nèi)部質(zhì)量更好，滿足客戶要求。在此基礎(chǔ)上進行了試驗件及產(chǎn)品的焊接，所焊產(chǎn)品經(jīng)X光檢查合格，氣密試驗考核合格，滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：HR-2;壓力容器;激光焊接工藝

本文中所研究的奧氏體型HR-2不銹鋼制壓力容器，由上件和下件兩個帶有止口（止口厚度1mm）、壁厚2.5mm的近似半橢球體采用激光焊接組焊而成，底部不允許焊透，兩端口徑較小，內(nèi)部熱量不易散發(fā)，變形不易控制，焊接難度較大，技術(shù)要求也很高，具體的技術(shù)要求見表1。

1 試驗條件及方法

1.1 試驗設(shè)備

本次試驗過程采用的設(shè)備為6KW的光纖激光焊接機器人工作站，應(yīng)用立臥兩用變位機和6軸KUKA KR-60型機器人進行配合實現(xiàn)環(huán)縫焊接，激光器為美國IPG公司所生產(chǎn)的YLS-6000型光纖激光器，最大激光功率為6300W，配備Precitec標準焊接頭，聚焦鏡片焦距200mm，傳輸光纖芯徑300μm。

1.2 試驗材料

HR-2材料較為少見，且價格昂貴。因此我們擬采用與其化學成分最為接近的304不銹鋼進行工藝參數(shù)調(diào)試，二者化學成分及力學性能對比如表2所示。

1.3 試驗過程

試驗主要分為試板堆焊、試驗件焊接兩個階段。試板堆焊階段主要是鎖定參數(shù)的范圍，試驗件焊接主要是優(yōu)化軌跡程序和起收弧參數(shù)。

1.3.1 試板堆焊

本階段采用板厚為2.5mm的304不銹鋼平板堆焊的方式進行焊接工藝參數(shù)的摸索，使用單因素變量法對焦距、功率、速度三個因素進行實驗，對得到的數(shù)據(jù)進行分析比對，依次得到其相對應(yīng)的最佳值，對這個最佳值進行穩(wěn)定性試驗，確保它處于范圍的中心，再對這個參數(shù)進行拉偏試驗，得到優(yōu)化后具體的焊接參數(shù)范圍，以最大程度的滿足焊縫的外觀和氣孔要求。

焊縫X射線檢測結(jié)果見表3，通過對比發(fā)現(xiàn)YL031006號試板的焊接參數(shù)最符合技術(shù)要求，因此我們對該焊接參數(shù)分別進行穩(wěn)定性試驗和拉偏試驗，最終鎖定了焊接工藝參數(shù)的范圍焦距181-187mm，速度0.02-0.025m/s，功率1560-1860W，具體的試驗過程見表4。

1.3.2 試驗件焊接

本階段采用對試驗件實施環(huán)縫焊接的方式進行軌跡編程的調(diào)整和優(yōu)化。將試驗件裝卡到變位機上，采用變位機轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)30度角取一個示教點的方式記錄整條環(huán)縫的軌跡，以達到盡可能最精確的焊縫軌跡，得到均勻規(guī)整的環(huán)焊縫，通過分析得到最優(yōu)參數(shù)焦距183mm，速度0.023m/s，功率1680W。

2 產(chǎn)品的焊接及檢測

2.1 產(chǎn)品的焊接

按照前述的工藝方法，以及根據(jù)之前焊接參數(shù)的工藝試驗，采用最優(yōu)參數(shù)組合，完成了五件產(chǎn)品的焊接。

2.2 焊后的檢測情況

按表1要求對5件產(chǎn)品進行了各項檢測，以下是檢測結(jié)果：

（1）產(chǎn)品焊縫區(qū)域外觀光滑、平整。

（2）產(chǎn)品X射線檢測結(jié)果如圖1所示，焊縫內(nèi)部無裂紋、氣孔密集區(qū)及大于Φ0.5mm的單個氣孔，無焊漏焊偏現(xiàn)象。

（3）氣密性檢測方案如圖2所示，利用6根雙頭螺桿和兩個堵蓋，從外面壓緊壓力容器的接口與密封圈來達到密封的目的。檢測現(xiàn)場見圖3，我們提高了設(shè)計圖紙要求的強度考核，采用每隔5分鐘加壓0.1MPa的方式，加壓到1.2MPa，保壓了15min，期間無任何氣泡冒出。

3 結(jié)論

（1）通過工藝試驗發(fā)現(xiàn)，采用焦距181-187mm，速度0.02-0025m/s，功率1560-1860W焊接參數(shù)所焊焊縫內(nèi)部質(zhì)量更好，滿足客戶要求。

（2）通過試驗件的焊接獲得了最優(yōu)參數(shù)焦距183mm，速度0.023m/s，功率1680W，應(yīng)用在5件產(chǎn)品的焊接上，所焊產(chǎn)品焊縫X光檢測符合用戶要求，尺寸檢測符合用戶要求，通過了12MPa氣密試驗的強度考核。

參考文獻：

[1]雷華東，黃文榮，郭鵬，等.抗氫不銹鋼的激光焊接性及氣孔成因初探[J].焊接技術(shù)，2002，31（3）：8-10.

[2]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊：第2卷：材料的焊接性[J].北京：機械工業(yè)出版社，1992.

作者簡介：鄧鑫（1993-），男，漢族，河南洛陽人，本科，研究方向：激光焊接。