淺談氣瓶的生產工藝和焊接

劉順強

【摘 ?要】本文介紹了氣瓶的結構特點，氣瓶制造時所采用的工藝流程以及焊接的工藝要求和方法。詳細說明了幾種氣瓶焊接方法的優(yōu)缺點。為更好的氣瓶焊接具有指導意義。

【關鍵詞】 氣瓶;工藝流程;焊接方法

引言

氣瓶用于存儲和輸送易燃易爆液體或氣體。因此它在工作時將時刻處于高壓或超高壓的狀態(tài)中，而氣瓶的重要材料是鋼，所以要求氣瓶所用的鋼材料應具備良好的沖壓成型性、低的屈強比以及良好焊接性能。隨著工業(yè)和科技的快速發(fā)展，對氣瓶的設計，制造，焊縫質量和氣瓶在焊后的尺寸精度都提出了更多新的要求。本文重點對氣瓶的生產工藝和焊接進行了詳細的闡述。

1.生產工藝分析

1.1成分設計

氣瓶外由鋼材料組成而瓶內由充滿多孔硅酸鈣填料構成，并通過沖壓和焊接工藝生產的。在此過程中，母材的化學成份直接影響焊縫及熱影響區(qū)的性能。所用的鋼應滿足三個重要指標：良好的沖壓成型性;較高的強度和韌性指標;低的屈強比以及良好焊接性能，這三個條件缺一不可。國產20號冷軋鋼板具有含碳量低，磷硫雜質少，熱影響區(qū)淬硬傾向小、可焊接性良好等優(yōu)點，是常用的氣瓶原料。碳是鋼中有效的強化元素，能大幅提高鋼的強度，但由于碳 含量增加，相變后珠光體含量增加，使鋼的塑性降低。如果含量過多會直接影響成型性能和焊接性能，所以碳含量應控制在0.14%～0.17%。硅是固溶強化元素，如果含量過高，會使鋼中易形成帶狀組織，導致橫向性能低于縱向性能，而且在鋼板沖壓成型過程中易引起裂紋，使屈服強度增加。所以含量應控制在 0.07% 以下; 錳是弱碳化物形成元素，不僅可以增加強度而且可通過細化晶粒的方式有效提高鋼的韌性，但當含量過高時會增加屈強比，因此應控制在 0.7%～0.8%。為了提高鋼的塑韌性，可以在鋼中加入一定量的鈦。因為鈦在鋼中易和 碳、氮元素結合形成 Ti C、Ti N，它們分別以彌散分布的狀態(tài)起到細化鐵素體晶粒和彌散強化的作用。

1.2冶煉工藝

氣瓶的冶煉包括三個重要過程，分別是磷的控制、終點控制和脫氧合金化。在出鋼過程中，溫度應控制在1630 ℃～1680 ℃并嚴格控制出鋼口下渣，以防回磷。終點各成分比為Al≥0.020%， C≥0.08% ， P≤0.010%。分別使用高碳錳和鋼芯鋁和硅錳作為脫氧合金化，以此保證沉淀脫氧完全。在制造過程中控制鋼中的夾雜物和氣體含量是焊接鋼瓶的關鍵。為了提高鋼水的純凈度，首先要進行鐵水預處理。通過噴吹鎂粉，可將硫降低到18 × 10-6以下，為后續(xù)的轉爐少渣精煉提供基礎。接下來是轉爐冶煉技術，通過自動化煉鋼可以大大提高鋼水成分和溫度的命中率。鑄坯采用動態(tài)輕壓下技術，盡量減少偏析、疏松、縮孔等，提高鑄坯芯部凝固質量。研究表明，為保證成品各項性能指標，把過渡坯改判。通過冶煉工藝中一系列控制，可以很好的保證鋼水純凈度、夾雜物控制和鑄坯質量。

1.3軋制工藝

為了提高氣瓶的強度和成型性能，使產品達到標準要求。對軋制制度進行一個準確的工藝參數(shù)設計是必不可少的。軋制制度是根據(jù)減輕帶狀組織（根據(jù)成品厚度變化和成品道次壓下量，可以消除或減輕帶狀組織）、低屈強比、細化晶粒等效果進行制定。氣瓶鋼的重要性能指標是屈強比，對高強度焊瓶鋼而言，屈強比越低，材料從開始塑性變形到最后斷裂的形變容量越大，也就是說低屈強比的材料在鋼中是比較安全的，能否控制好屈強比對軋制制度和使用安全性的確定有著至關重要的作用，為了氣瓶鋼既有高的強度，又有低的屈強比，一般要求屈強比<0.80。另一個重要因素是終軋溫度對屈強比的影響，終軋溫度提高，有利于屈強比降低，終軋溫度為 840～880 ℃。終軋溫度的升高會導致屈強度呈下降趨勢，但屈服強度下降的速率相對于抗拉強度而言，是比較大的。這主要是因為隨著終軋溫度的升高，晶粒相對粗化速率加大，而晶粒大小對屈服的影響要大于對抗拉強度的影響。根據(jù)工藝要求，為了保證合金的充分固溶，鑄坯加熱制度要求板坯的出爐溫度為 1180～1220 ℃。最適宜的出爐溫度為1210℃。控制軋制分為兩個重要階段，一個是采用奧氏體再結晶區(qū)，另外一個是采用奧氏體未再結晶區(qū)，通過軋制工藝這個重要環(huán)節(jié)，可以保證HP295的晶粒和組織的均勻化。

1.4冷卻工藝

冷卻采用兩段式冷卻工藝。通過一段冷卻可以增加過冷度，當鋼材冷卻到有利于鐵素體轉變的臨界溫度區(qū)域時，要終止冷卻并持續(xù)短時間的空冷，這樣可以提高相變驅動力，并有效促進了鐵素體的大量析出、增加了鋼中鐵素體含量，以此來獲得相對均勻的等軸鐵素體; 相變后組織結構是鐵素體晶粒為 9.5 級～10級的鐵素體+珠光體，晶粒大小均勻，這樣既保證了鋼的強度又保證了低屈強比的要求。卷曲溫度的高低對相變后組織結構及晶粒度有重要的影響。卷曲溫度高，相變后組織晶粒粗大，強度低，卷曲溫度低，則相變后晶粒細小，卷曲溫度的合理控制，也是獲得良好性能的關鍵。鐵素體析出量的增大必然使鐵素體中的碳向未轉變的奧氏體中富集，因此兩段式冷卻過程可以有效抑制鐵素體的繼續(xù)長大，也可以促進高碳濃度奧氏體的珠光體相變過程，從而獲得強度較高且彌散分布的珠光體組織。

2.氣瓶的焊接

2.1對氣瓶結構的認識

在焊接之前，首先要對氣瓶結構進行一個完整的認識。根據(jù)GB 5100-2011《鋼質焊接氣瓶》的要求，對于溶解乙炔氣瓶來說，它的凸面承壓封頭與筒體的焊接可以使用角接和搭接的方式。不僅如此，在設計該種氣瓶的時候還要進行疲勞驗證試驗，具體操作方法必須嚴格按照GB/T9252-2001《氣瓶疲勞試驗方法》執(zhí)行。

2.2焊接的工藝要求

在實際生產和氣瓶焊接過程中，我們往往忽略了對塞座、閥座等角的焊縫，僅僅依靠水壓試驗來驗證，從而使其成為泄露隱患點。這就要求在焊縫的具體過程中焊縫根部不僅要焊透而且焊縫金屬和熱影響區(qū)不得有裂紋。除此之外，在將焊接的氣瓶投入使用之前，應對其進行型式試驗驗證，以保證其焊接后的氣瓶是否能具備一定的安全性。應該明確的是，所焊接氣瓶的型式試驗在滿足GB5100-2011《鋼質焊接氣瓶》的同時，還要滿足TSGR7002-2009《氣瓶型式試驗規(guī)則》的要求。在眾多的影響焊接質量的因素中，除了工藝參數(shù)外就是焊接機械裝備。焊接工作臺在結構上要滿足兩點：第一點是焊接夾具要能將上下封頭對接的銷邊量控制在規(guī)定范圍內; 第二點是尾座可在導軌上移動而不影響裝配精度，且具有自鎖的功能。在功能上應滿足裝配效率和焊接質量可以有較高的工作效率。

2.3焊接方法

氣瓶的焊接方法有很多種，常用的方法有焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣保焊。 鎢極氬弧焊的特點是熱量較集中，有利于縮小熱影響區(qū)寬度，從而獲得細晶組織，以此來提高焊接接頭的力學性能和抗裂性。另外，雖然鎢極氬弧焊的焊接效率較低，但它的焊縫氫含量遠遠低于埋弧焊和焊條電弧焊，能有效地防止氫致延遲裂紋的產生。熔化極富氬型混合氣體保護焊（MIG）保留了其他三個弧焊技術的焊縫氫含量極低，焊接效率高的優(yōu)點，在提高了電弧穩(wěn)定性的同時降低了電弧輻射強度。焊接完成后一定要進行氣密性試驗。具體操作過程是將引流管上的閥門關緊后看引流管焊縫處是否有漏氣現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.結論

本文通過改變夾雜物形態(tài)，保證鋼水純凈度，連鑄過程獲得良好的鑄坯內部質量。通過采用軋制工藝，滿足氣瓶鋼對強度和低的屈強比以及良好焊接性能的要求。實驗表明： 我們所確定的工藝方案及焊接過程是完全正確可行的， 關鍵工藝及所用的鋼材料能夠滿足氣瓶的性能要求。

參考文獻

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