壓力容器焊接方法及其性能指標(biāo)對比分析

侯連清

摘要：工業(yè)生產(chǎn)的壓力容器是一種特殊設(shè)備，在制造過程中有大量焊接工作，并要求嚴(yán)格的精度。因此，必須選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒?。本文研究了壓力容器的焊接工藝和性能指?biāo)比較，供有關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：壓力容器;焊接方法;性能指標(biāo)

壓力容器是工業(yè)制造的重要設(shè)備，直接影響到作業(yè)的安全性和可靠性。制造合格的優(yōu)質(zhì)設(shè)備需要許多過程。設(shè)備主體的主要結(jié)構(gòu)大多是全焊結(jié)構(gòu)，因此壓力容器的焊接工藝和程序?qū)τ诖_保壓力容器的安全性和可靠性至關(guān)重要。如果焊接質(zhì)量得不到保證，很有可能影響設(shè)備的使用壽命和安全操作。

一、壓力容器的焊接特點(diǎn)

壓力容器具有較高的強(qiáng)度。本體由殼體材料C、Mn、Nb等低合金鋼組成，鍋爐的強(qiáng)度較高。如果使用的剛度過高，可能會出現(xiàn)裂縫。此外，焊接后，許多元素仍留在奧氏體，使得焊縫處的焊縫容易開裂，并影響到壓力容器設(shè)計(jì)的壽命。壓力容器的尺寸和壁厚相對較高。在特定焊接工藝中，焊接前需要預(yù)熱。在焊件預(yù)熱、微觀察和焊縫觀察方面存在問題。由于焊接難度，必須保證焊接工藝的合理應(yīng)用和焊接方法的合理選擇，以保證焊接質(zhì)量。

二、壓力容器的焊接方法

壓力容器的焊接方法直接影響設(shè)備的可靠性。必須進(jìn)行選取以確保焊接品質(zhì)。下面簡要介紹了幾種焊接方法。

1.手工電弧焊接。在此焊接方法的應(yīng)用中，電弧焊接產(chǎn)生的高溫主要有助于焊接過程熔化。電極是焊條和焊件件用，電弧產(chǎn)生的熱量用于熔化焊條及焊件，焊縫生產(chǎn)。此方法是手動執(zhí)行的，該方法雖然較為靈活，但由于操作人員的技術(shù)狀況，焊縫質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，效率并不理想。

2.埋弧焊。沿焊接方向?qū)⒁茧娀?、送絲、電弧至焊接收尾的整個過程由機(jī)械設(shè)備完成。生產(chǎn)率、良好的操作條件、簡單的維護(hù)、穩(wěn)定性和高焊接質(zhì)量。主要焊接廣泛應(yīng)用于主體焊縫，適用于批量生產(chǎn)。

3.氣體保護(hù)電弧焊。焊接工藝采用保護(hù)氣，在應(yīng)用程序中非常簡單，可用于自動和全方位焊接。這種實(shí)用的新型焊接工藝成本低、效率高、操作方便、質(zhì)量穩(wěn)定。

4.等離子弧焊。這是一種混合焊接方法，使用高密度離子束作為焊接源，具有能量密度、高生產(chǎn)率、焊接速度、電孤穩(wěn)定性等特性。它特別適用于焊接各種難熔、氧化和熱敏感性金屬材料，焊接例如鎢、銅、鎳、鈦等。

三、試件性能試驗(yàn)及分析

1.外觀檢查焊縫。焊縫外觀的質(zhì)量控制包括焊縫余高，錯邊量，咬邊。使用壓力容器時，焊縫承受可變載荷，如低溫容器要求余高必須為零，以避免錯邊及咬邊。實(shí)驗(yàn)是余高較大的焊條電弧焊，2.8mm實(shí)測值;第二個是埋弧焊，1.5 mm實(shí)測值，等離子弧焊0.5mm最小焊縫余高。各焊接咬邊、錯邊等未產(chǎn)生。從焊縫表示中可以看出，等離子焊縫看起來整齊有序，焊縫看起來最好。

2.無損檢測焊縫。無損檢測是壓力容器的主要檢測方法，不危害設(shè)備的完整性。每種焊接方法都使用射線和滲透。使用XXH-3005射線探傷，探傷檢測使用單壁單影法。700毫米焦距，180kV電壓，3mA電流強(qiáng)度，3分鐘曝光時間，采用探傷劑Ⅱc-d的滲透探傷，滲透和顯像時間10分鐘。使用目視檢測，表面缺陷這三種焊接方法都沒有發(fā)現(xiàn)。射線探傷過程中，在焊條電弧焊中發(fā)現(xiàn)了氣孔1mm。檢驗(yàn)板符合本標(biāo)準(zhǔn)的要求是Ⅰ級合格。未發(fā)現(xiàn)任何符合標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級合格的缺陷。焊條電弧焊是手動焊接。手工焊焊接對焊工的能力的影響很大，且重復(fù)頻率較低。因此，接過技術(shù)存在缺陷，而機(jī)動焊有埋弧焊與等離子弧焊。一旦正確設(shè)置了設(shè)備參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)正常、重復(fù)、高裝配精度、保證焊縫質(zhì)量而不會出現(xiàn)焊接缺陷。

3.焊接拉伸。拉伸測試是焊縫力學(xué)性能的重要指標(biāo)。S30408不銹鋼符合GB/T 24511的要求，抗拉強(qiáng)度RM≥520 MPa。力學(xué)性能性能拉伸試樣的制備和評價必須符合NB/T 47014標(biāo)準(zhǔn)的要求。取樣準(zhǔn)備如下：移除余高以齊平母材，試樣的厚度等于其厚度（8 mm）、寬度20 mm和橫截面160 mm2。試驗(yàn)采用WAW-1000D測量儀控制PC上的電磁伺服驅(qū)動。根據(jù)拉伸試驗(yàn)結(jié)果可知，采用焊條電弧焊進(jìn)行

焊接的試樣，塑性斷裂位于焊縫處，位于94.88 kN斷裂載荷、拉伸強(qiáng)度為593 MPa的焊縫上;如果符合NB/T 47014要求的母材拉伸強(qiáng)度是同一金屬材料的規(guī)范，則拉伸強(qiáng)度不得低于本標(biāo)準(zhǔn)中母材的最小拉伸強(qiáng)度。埋弧焊的抗拉強(qiáng)度下降，塑性斷裂于焊縫處，斷裂載荷85.28 kN，533 MPa抗拉強(qiáng)度;如果符合NB/T 47014抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，則抗拉強(qiáng)度不得低于該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度;如果抗拉強(qiáng)度符合同一金屬材料的規(guī)范，則抗拉強(qiáng)度不得低于該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度。該值，即拉伸強(qiáng)度（520 MPa）。105kN斷裂載荷、656 MPa抗拉強(qiáng)度如果符合NB/T 47014要求的母材拉伸強(qiáng)度是同一金屬材料的規(guī)范，則拉伸強(qiáng)度不得低于本標(biāo)準(zhǔn)中母料的最小強(qiáng)度（520 MPa）。試件對三種拉伸強(qiáng)度焊接方法的拉伸強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)的下限值，但試驗(yàn)材料的拉伸強(qiáng)度可能不同。等離子弧焊（656MPa）的拉伸強(qiáng)度最強(qiáng)，其次是焊條電弧焊（593MPa）和強(qiáng)度值最小是埋弧焊（533MPa）。焊接接頭的機(jī)械特性主要與焊接過程的熱組織有關(guān)。焊接過程中的熱量供應(yīng)決定了焊接過程中的熱力和動態(tài)。焊縫可以分為縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響。根據(jù)熱輸入標(biāo)準(zhǔn)，每個區(qū)域?qū)τ诰Я？赡苡胁煌拇笮?。?dāng)熱供應(yīng)增加，焊接過程中晶粒增加時，顆粒厚度是影響材料動力學(xué)性能的重要因素。分析表明，隨著熱輸入的增加，焊縫同一點(diǎn)的峰值溫度上升，延長高溫停留的時間有利于晶體的生長和厚度。探測焊縫的熱輸入如下：28 kJ/cm埋弧焊，25 kJ/cm焊條電弧焊，13 kJ/cm等離子弧焊。埋弧焊點(diǎn)輸入大，焊接顆粒大，力學(xué)性能差;接下來是焊條電弧焊?；『副M管熱量不足，但集中在線能量和電弧束上。它們小熱影響，細(xì)晶粒，組織有序，力學(xué)性能好。

4.試驗(yàn)焊縫彎曲。彎曲試驗(yàn)是焊接塑性的參數(shù)。制備彎曲試樣評估必須滿足NB/T 47014的要求。對于不同的焊接方法，使用背彎、面彎各2個，彎曲試樣4個，試樣為8mm厚度，為38mm寬度，直徑為32mm。按標(biāo)準(zhǔn)將彎曲至180°，測試后，拉伸曲面和熱區(qū)域中的焊縫在任何方向上都沒有超過3mm的開口缺陷。結(jié)果表明，采用三種焊接方法焊接的材料形狀良好。

通過試驗(yàn)不同焊接方法生成的焊縫的外觀質(zhì)量、無損質(zhì)量和力學(xué)性能。離子弧焊焊縫外觀整齊、美觀，焊條電弧焊重復(fù)差異在很大程度上取決于焊工的技能，不能保證密集操作的質(zhì)量。其他兩種焊接方法重復(fù)且有效。經(jīng)射線探傷后確認(rèn)焊縫無缺陷、質(zhì)量優(yōu)良。埋弧焊熱輸入大，焊接顆粒大，力學(xué)性能差;其次是焊條電弧焊，等離子弧焊具有線性能量電弧束集中，熱影響面積小，細(xì)晶粒，組織、力學(xué)性能好。通過比較幾種弧焊的不同性能，可以看出等離子弧焊在各個方面表現(xiàn)良好，應(yīng)用前景廣闊。

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