等離子自動(dòng)焊在壓力容器上的應(yīng)用

唐純鑫

（上海姚成輕工機(jī)械有限公司，上海 201411）

1 等離子焊接工藝的概念及優(yōu)勢(shì)

等離子焊接指的是利用等離子槍將陽(yáng)極和陰極之間的自由電弧壓縮成高溫、高能量密度、高電離度及高焰流速度的電弧，使母材熔化形成冶金結(jié)合的焊接技術(shù)。相比一般的電弧焊接工藝，等離子焊接工藝具有眾多的優(yōu)勢(shì)：（1）能量密度大，等離子電弧方向性和融透能力均較強(qiáng)，可一次焊透8～10mm的不銹鋼鋼板，且其焊接速度較快。（2）電弧攪動(dòng)性好，等離子焊熔池溫度高，電弧攪動(dòng)性好，有助于釋放熔池內(nèi)氣體。（3）壓縮效應(yīng)高，等離子焊對(duì)焊接電流的要求較低，即使在0．1A的小電流狀態(tài)下，也能達(dá)到穩(wěn)定的電弧燃燒，因此，其非常適用于微型緊密零件的焊接。（4）小孔效應(yīng)穩(wěn)定，等離子電弧可產(chǎn)生穩(wěn)定的小孔效應(yīng)，通過(guò)小孔效應(yīng)，僅在正面焊接便可達(dá)到雙面成型效果。（5）焊接成本低，相比一般的氬弧焊，等離子焊可省1/3～1/2的電和1/2～2/3的氣，且在較小的焊接厚度情況下，也不需填絲，從而能降低焊接成本。（6）擴(kuò)散角小和挺直度好，等離子焊擴(kuò)散角小、挺直度好，易獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，因此，非常適用于壓力容器、鍋爐等對(duì)焊接接頭要求較高的產(chǎn)品制造。

2 等離子焊機(jī)設(shè)備組成、技術(shù)參數(shù)及主要焊接方法

2.1 等離子焊機(jī)設(shè)備組成

為了提高上海姚成輕工機(jī)械有限公司容器的焊接質(zhì)量和焊接效率，我公司新購(gòu)置了一臺(tái)上海朗志等離子自動(dòng)焊機(jī)，等離子焊機(jī)設(shè)備主要由等離子焊槍、氬弧焊槍、焊接電源、AVC+OSC焊接控制器、離子視頻監(jiān)控系統(tǒng)、焊接操作機(jī)、冷卻水箱、HGJ20-C可調(diào)式滾輪架等設(shè)備組成，工件直徑范圍為400～4000mm，焊接鋼板理論上厚度為3～20mm，最大不可超過(guò)20mm，對(duì)筒體縱、環(huán)縫等焊接均可適用，這些焊縫的可靠性、質(zhì)量均較高，因此，其對(duì)焊接設(shè)備的要求也更加嚴(yán)格，不僅能夠?qū)附与娏?、脈沖的時(shí)間進(jìn)行精確的控制和調(diào)整，且還能對(duì)提前送氣、滯后送氣的時(shí)間進(jìn)行精準(zhǔn)的控制和改變，且還需對(duì)焊接行程進(jìn)行精確的控制和改變，使其在完成焊接后能自動(dòng)衰減。另外，還需確保焊接設(shè)備操作靈活、簡(jiǎn)便，焊接參數(shù)穩(wěn)定、可靠，重復(fù)性良好

2.2 焊接工藝評(píng)定

壓力容器產(chǎn)品焊接前需對(duì)等離子自動(dòng)焊+氬弧焊（P+T）的焊接方法進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，首先，根據(jù)NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》編制預(yù)焊接工藝規(guī)程（pWPS），可采用尺寸為400mm×150mm×10mm的單塊試板兩塊進(jìn)行焊接效果評(píng)定，即將焊接引弧板和熄弧板加在試板的兩端，然后，按照預(yù)焊接工藝規(guī)程(pWPS)參數(shù)進(jìn)行試板焊接，完成試板焊接后，需對(duì)試板的焊縫外觀進(jìn)行檢查，確保內(nèi)外焊縫成形良好，無(wú)明顯缺陷，再按照NB/T47013-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行X射線照相，在X射線照相合格部位按NB/T 47014-2011制取試樣，拉伸試驗(yàn)按規(guī)定的試驗(yàn)方法測(cè)定焊接接頭的抗拉強(qiáng)度，每個(gè)試樣的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的母材抗拉強(qiáng)度，彎曲試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果顯示α=180°，且背彎、面彎無(wú)裂縫，有沖擊試驗(yàn)要求的應(yīng)按規(guī)定制取沖擊試樣，所有試驗(yàn)合格則可將焊接工藝評(píng)定為合格，從而形成焊接工藝評(píng)定報(bào)告（PQR）。

2.3 等離子焊接工藝的主要焊接方法

等離子焊接工藝的焊接方法主要包含縱縫焊接和環(huán)縫焊接兩種。（1）縱縫焊接，兩端焊接100×50mm的引弧板和熄弧板，由于縱縫的間隙和錯(cuò)邊量均較小，采用等離子焊接工藝對(duì)其進(jìn)行焊接，不僅能有效保證組對(duì)質(zhì)量，且還能引出可能產(chǎn)生的焊接缺陷。（2）環(huán)縫焊接，起弧和收弧是保證環(huán)縫等離子弧焊工藝質(zhì)量的關(guān)鍵，其中，起弧指的是從引燃等離子弧至形成正常熔池的過(guò)程，這一過(guò)程不僅會(huì)對(duì)焊接能否正常進(jìn)行產(chǎn)生直接的影響，同時(shí)還會(huì)影響等離子弧焊收弧質(zhì)量，因此，焊接人員應(yīng)對(duì)起弧部位進(jìn)行合理的選擇，一般選擇錯(cuò)邊量少、間隙小等環(huán)縫組對(duì)質(zhì)量較好的部位起弧，并且，還需采用預(yù)熱、離子氣流量遞增的方式起弧，也即先將非轉(zhuǎn)移小弧引燃和熱通離子氣以對(duì)焊件進(jìn)行預(yù)熱，然后，將轉(zhuǎn)移大弧引燃和電流加大，同時(shí)對(duì)離子氣進(jìn)行遞增，延時(shí)后轉(zhuǎn)動(dòng)焊件，形成“小孔效應(yīng)”后進(jìn)行焊接。

3 等離子自動(dòng)焊在壓力容器上應(yīng)用

3.1 焊接前的技術(shù)要求

在壓力容器上應(yīng)用等離子自動(dòng)焊主要是采用等離子自動(dòng)焊打底、氬弧焊自動(dòng)焊蓋面的焊接方法進(jìn)行，材料厚度和坡口形式不同，設(shè)置的坡口角度、鈍邊P范圍也具有一定的差異，如材料厚度≤8mm，坡口形式為I型，不設(shè)置間隙；材料厚度為10～12mm，坡口形式為外Y形時(shí)，坡口角度設(shè)置為70°～75°，鈍邊P范圍為(5±0．5)mm；材料厚度為＞12mm，坡口形式為外Y形時(shí)，坡口角度設(shè)置為80°～85°，鈍邊P范圍為(5±0．5)mm，這有這樣才能確保坡口加工滿足焊接要求，從而才能順利進(jìn)行焊接。

3.2 等離子自動(dòng)焊的焊接步驟

（1）操作人員安全防護(hù)。焊工面罩（10#或更高的防護(hù)玻璃）-防弧光打眼和對(duì)臉部的保護(hù)；工作服-棉的阻燃防止燒壞衣服或本人；工作鞋-鋼頭防砸、絕緣；護(hù)目鏡-防止打砂輪時(shí)對(duì)眼的傷害。

（2）焊道前準(zhǔn)備。首先檢查點(diǎn)焊點(diǎn)是否氧化，若有氧化，先用砂輪片打磨干凈，再用布砂輪進(jìn)行光潔處理，防止磨痕內(nèi)殘留物影響工件焊接質(zhì)量和焊接效果，然后檢查是否仍有氧化現(xiàn)象未處理，若處理干凈，就用鋼絲刷進(jìn)行最后處理。

（3）焊機(jī)準(zhǔn)備。①對(duì)鎢棒進(jìn)行打磨，打磨的錐形頂端到底部不得少于6毫米，不得有毛刺、裂紋。②裝等離子槍火嘴，型號(hào)與焊接母材厚度相對(duì)應(yīng)，詳細(xì)見(jiàn)焊接參數(shù)表。③裝氬弧焊槍焊磁嘴，選用規(guī)則：6mm以下用8#磁嘴，6mm以上用10#磁嘴。④打開(kāi)中心氣體鋼瓶，氣瓶氣壓不得低于2MPa，我司選用“氫氬混合氣”，比例氬氣97%，氫氣為3%，選用氫氬混合氣可以提高焊接效率，成品率和成型效果；打開(kāi)焊槍保護(hù)氣氣體鋼瓶，氣壓不得低于3．5MPa，我司選用的是“氫氬混合氣”；打開(kāi)面保和背保氣體，我司用保護(hù)氣為99．99%以上的純氬，保證兩個(gè)氣瓶?jī)?nèi)氣壓足夠可供焊接過(guò)程之中使用。⑤檢查冷卻壓縮機(jī)和水泵是否工作，顯示燈是否點(diǎn)亮。⑥焊絲盤裝置在架子上。

（4）開(kāi)始焊接。采用等離子自動(dòng)焊對(duì)縱縫焊接前，焊接人員需讓槍頭空走一遍，通過(guò)焊接槍頭和工件水平和垂直偏差調(diào)整工件以達(dá)到焊接最佳位置；采用等離子自動(dòng)焊對(duì)環(huán)縫焊接前，需通過(guò)空轉(zhuǎn)對(duì)組對(duì)質(zhì)量進(jìn)行仔細(xì)檢查，并對(duì)錯(cuò)邊和間隙大的位置進(jìn)行標(biāo)記，在具體操作時(shí)合理調(diào)整電流和槍頭離工件的位置，從而達(dá)到良好的焊接效果。

3.3 等離子自動(dòng)焊常見(jiàn)的問(wèn)題分析

（1）偏弧。一般因?yàn)椤盎鹱炖匣?、“鎢極損壞”、“鎢極打磨偏心”等問(wèn)題所引起。

（2）等離子外焊道成型咬邊。一般因?yàn)楹笜尠惭b傾斜度過(guò)大、焊接速度過(guò)快、焊槍中心磁環(huán)破損、鎢極打磨偏心、等離子中心氣體過(guò)大等問(wèn)題所引起的。

（3）等離子外焊道鋸齒狀。一般因?yàn)榛鹱炖匣?、電流過(guò)大、環(huán)焊焊槍位置擺放過(guò)后、鎢極損壞、內(nèi)保氣體過(guò)大、水路堵塞焊槍溫度過(guò)高、氣體不純等問(wèn)題所引起。

（4）等離子內(nèi)焊道成型過(guò)大。一般因?yàn)榛鹱煨吞?hào)過(guò)大、焊接速度過(guò)慢、氣體比例不正確、焊縫拼接間隙過(guò)大、電流過(guò)大等問(wèn)題所引起。

（5）等離子內(nèi)焊道成型尖銳。一般因?yàn)榈入x子中心氣體過(guò)大、焊接速度過(guò)快、火嘴型號(hào)太小等問(wèn)題所引起。

（6）等離子外焊道高低不平。一般因?yàn)槟覆那疤幚韱?wèn)題、焊道拼接間隙不均勻、氣體不穩(wěn)定、焊機(jī)航道有拖掛等問(wèn)題所引起。

4 結(jié)語(yǔ)

我司通過(guò)引進(jìn)等離子自動(dòng)焊，它焊接速度快，效率高得到充分發(fā)揮，大大提高了本公司容器環(huán)、縱縫的焊接效率，一定程度上降低了公司的用工成本，焊接操作人員在不斷摸索，不斷提高自身的焊接技能，一次探傷通過(guò)率達(dá)到99．5%，不僅焊接質(zhì)量得到了保證，并且表面成型效果要比手工焊接美觀，客戶對(duì)產(chǎn)品的焊道質(zhì)量大為贊賞，因此，相關(guān)企業(yè)可積極采用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行壓力容器產(chǎn)品的生產(chǎn)和制造。隨著等離子自動(dòng)焊在壓力容器行業(yè)上及其他行業(yè)上廣泛應(yīng)用，會(huì)使得焊機(jī)更加優(yōu)化，更加高效，焊接的母材厚度也會(huì)越來(lái)越厚。