壓力容器焊接技術(shù)分析

趙建民

（天津華能北方熱力設(shè)備有限公司，天津 301900）

0 引言

壓力容器的作用是存在特殊的液體或者是氣體，這些物資都具備一定程度上的揮發(fā)性和腐蝕性，所以對(duì)壓力容器的密閉性要求較高。這就體現(xiàn)出焊接技術(shù)的重要性，因?yàn)槿萜鞣且惑w式的鑄造，都需要經(jīng)過焊接工藝來達(dá)到其密閉性的要求，也可以說焊接技術(shù)的優(yōu)劣，直接決定了壓力容器密閉性的優(yōu)劣。而從我國(guó)焊接技術(shù)的發(fā)展來看，因國(guó)家工業(yè)發(fā)展較晚，各項(xiàng)技術(shù)和應(yīng)用都存在一些弊端，尤其是焊接材料和焊接技術(shù)起步晚，影響到了當(dāng)下的焊接效果。基于此，沒本文主要從焊接技術(shù)存在缺陷進(jìn)行分析，并進(jìn)一步探究焊接工藝的新技術(shù)。

1 壓力容器生產(chǎn)中焊接特征

壓力容器的衡量標(biāo)準(zhǔn)，通常是指工作壓力≥0.1MPa（表壓），而且壓力與容積的乘積≥2.5MPa·L 的氣體、液化氣體，以及最高溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的固定式容器、移動(dòng)式容器；承裝工作壓力≥0.2MPa（表壓），且壓力與容積的乘積≥1.0MPa·L 的氣體、液化氣和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)≤60℃的液體氣瓶、高壓氧艙等。這就導(dǎo)致多數(shù)的壓力容器，在工作中需要具備耐高壓、耐高溫的特性，因?yàn)橐坏毫θ萜靼l(fā)生為，都會(huì)產(chǎn)生一定程度上的沖擊，嚴(yán)重的會(huì)造成人員財(cái)產(chǎn)的損失。

基于此，壓力容器在生產(chǎn)的過程中，焊接技術(shù)的優(yōu)劣會(huì)直接影響到容器的質(zhì)量，這就有必要增強(qiáng)焊接技術(shù)的工藝和質(zhì)量控制，以此來達(dá)到壓力容器的生產(chǎn)符合安全要求。一般的焊接技術(shù)在生產(chǎn)壓力容器時(shí)，都會(huì)存在一些問題，例如工藝不嚴(yán)謹(jǐn)，焊接操作不規(guī)范、焊工施焊不合格等，這些問題如果不能及時(shí)的處理，勢(shì)必會(huì)造成生產(chǎn)的壓力容器的最終質(zhì)量。

隨著我國(guó)社會(huì)的高速、高質(zhì)量發(fā)展，當(dāng)前國(guó)內(nèi)的焊接技術(shù)得到了跨越式的發(fā)展，在生產(chǎn)壓力容器中表現(xiàn)出一定的特點(diǎn)，首先是壓力容器在社會(huì)的應(yīng)用面不斷的拓寬；其次是焊接技術(shù)已經(jīng)成為常見的連接技術(shù)，各種新型焊接設(shè)備不斷推廣應(yīng)用；最后是焊接技術(shù)在不斷的實(shí)踐中積累，其自身的技術(shù)得到了完善，技術(shù)的含量越來越高，已經(jīng)成為制造業(yè)的重要技術(shù)之一，起到了推動(dòng)工業(yè)發(fā)展的地位。

2 鍋爐壓力容器常見問題

2.1 腐蝕裂紋

在工業(yè)生產(chǎn)壓力容器、壓力管道等設(shè)備時(shí)，存在著較多的化學(xué)反應(yīng)操作，在各類化學(xué)反應(yīng)和技術(shù)工藝的運(yùn)行中，有一部分殘余物會(huì)在容器壁和管道壁上聚集，在使用中會(huì)出現(xiàn)一定的腐蝕現(xiàn)象。在根據(jù)容器的工作要和存儲(chǔ)的物質(zhì)的化學(xué)特性，在長(zhǎng)期的高溫、高壓下，這些腐蝕現(xiàn)象會(huì)造成壓力管道的裂縫問題。分析其腐蝕對(duì)于裂縫的影響，是壓力管道裂紋演變周期長(zhǎng)，主要出現(xiàn)在閥門和轉(zhuǎn)接等區(qū)域，這類因殘留物造成的腐蝕，會(huì)對(duì)壓力容器和管道在運(yùn)行中存在安全隱患，嚴(yán)重的造成嚴(yán)重的危害[1]。

2.2 焊接裂紋

鍋爐壓力容器和壓力管道，在工程架構(gòu)中涉及大量的焊接工序，分析其原因是焊接施工中，操作人員的技術(shù)不嚴(yán)謹(jǐn)造成的，也存在因焊接材質(zhì)、焊接技術(shù)和焊條材料等因素，這些因素造成的焊接裂紋問題較為常見，也存在檢測(cè)驗(yàn)收的問題。

焊接裂紋的出現(xiàn)會(huì)對(duì)容器和管道過程的應(yīng)用質(zhì)量產(chǎn)生影響，存在極大的安全隱患，影響了企業(yè)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.3 應(yīng)力結(jié)構(gòu)性裂紋

壓力容器和連接管道在工程建構(gòu)中，也涉及較多的結(jié)構(gòu)性問題，在連接區(qū)域特殊的形狀中，特別是人字型、之字型、工字型等形狀的管道連接處。而這類特殊型管道應(yīng)用在作業(yè)中，氣管道之間一定存在相互應(yīng)力的現(xiàn)象。眾所周知，相互應(yīng)力想象的平衡難以掌握，無法保障管道工程的安全穩(wěn)定。特別是在后期運(yùn)行中，因長(zhǎng)期的工作讓管道處于疲勞期，結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化不大，而壓力管道卻逐漸老化，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力結(jié)構(gòu)性裂紋，我們分析結(jié)構(gòu)型裂紋問題，要分析其管道材質(zhì)、演變周期等因素，如果管道材質(zhì)不達(dá)標(biāo)，相應(yīng)的演變周期短，這時(shí)對(duì)于裂紋問題就不可控。

3 壓力容器焊接工藝的流程和技術(shù)缺陷

3.1 壓力容器的焊接流程

壓力容器的焊接技術(shù)流程，主要包括對(duì)于焊接設(shè)備的應(yīng)用，工作檢測(cè)、材料管理等方面，看是簡(jiǎn)單，但是焊接技術(shù)主要看操作人員技術(shù)和技能的掌握程度，要想提升壓力容器的耐用性，就必須將工作量化，做好前期的準(zhǔn)備工作，要將焊接設(shè)備定期的養(yǎng)護(hù)，確保在工作中的隨時(shí)處于良好狀態(tài)。另外，焊接工作，也是對(duì)電流的一種應(yīng)用，還需要定期維護(hù)和檢查電流表和電壓表，這些都是確保設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。在焊接工作中，除了設(shè)備還有焊接材料，技術(shù)人員要選擇適合的焊接材料，選擇材料必須符合壓力容器的技術(shù)要求，要避免出現(xiàn)材料混亂、選擇錯(cuò)誤等情況的出現(xiàn)。最后，工作人員要掌握一種符合自身和技術(shù)的操作感覺，要精準(zhǔn)的控制焊接走向、速度、時(shí)間、溫度等情況，要嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)化管理模式，將數(shù)據(jù)牢記于心，焊接工作完成后，要進(jìn)行嚴(yán)格的無傷檢查，確保壓力容器的抗壓力和密閉性，確實(shí)生產(chǎn)的壓力容器完好率穩(wěn)步提升[2]。

3.2 壓力容器焊接技術(shù)的缺陷

焊接技術(shù)發(fā)展到今天，行業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)了大量的先進(jìn)人才，但是在行業(yè)生產(chǎn)大范圍內(nèi)看，壓力容器的焊接往往存在一定的缺陷，在施工中也出現(xiàn)過錯(cuò)邊和角變形等問題，這些情況都是因?yàn)樵诤附又?，焊接材料發(fā)生錯(cuò)位所造成的，這回對(duì)生產(chǎn)的壓力容器產(chǎn)生影響。另外，在焊接工作開展中，因電流的調(diào)整不符合要求，或者是電流速度過快等原因，會(huì)造成壓力容器出現(xiàn)缺陷、咬邊等，這不但會(huì)影響焊接工作的接續(xù)性，也會(huì)度壓力容器的質(zhì)量產(chǎn)生影響，注重人工操作的技術(shù)，往往會(huì)出現(xiàn)操作失誤的問題出現(xiàn)，留下過多的殘留渣滓，這些小問題也會(huì)對(duì)壓力容器的密閉性產(chǎn)生影響，也有焊接接口的金屬?zèng)]有完全融合，也是壓力容器存現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵因素。

4 焊接技術(shù)在壓力容器制造中的應(yīng)用

4.1 窄間隙埋弧焊接技術(shù)

在壓力容器的制造過程中，為了達(dá)到更好的壓力承載能力，不斷提升工藝水平，而為了更好的達(dá)到壓力的要求，往往在設(shè)計(jì)筒壁時(shí)，需要將壁的厚度提升到100mm 以上，而筒壁厚度的增加，導(dǎo)致傳統(tǒng)的焊接技術(shù)無法焊的透徹，而工作量也勢(shì)必增加。厚度的增加也會(huì)導(dǎo)致夾渣、氣孔等問題出現(xiàn)，且返修的處理工作難度也相應(yīng)提升，因容器的制作成本較高，如果不能達(dá)到運(yùn)行的要求，勢(shì)必戶對(duì)企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)上的損失，如果強(qiáng)行使用，那么在運(yùn)行中接伴隨較高的風(fēng)險(xiǎn)。因此，窄間隙埋弧焊接技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，這類焊接技術(shù)專門針對(duì)這類壓力容器，在應(yīng)用中具備較大的價(jià)值。窄間隙埋弧焊接技術(shù)，適用于教厚筒壁的壓力容器，在焊接的過程中表現(xiàn)出加好的熔敷效率，從而保障壓力容器焊接后的性能，避免了焊接后出現(xiàn)缺陷。此外，在窄間隙埋弧焊接技術(shù)在應(yīng)用中，還可以針對(duì)粗晶區(qū)進(jìn)行改善，促使其性能更為優(yōu)越，在焊接后呈現(xiàn)出根為理想的焊縫，相鄰的焊道在處理上，也更加井然有序，而且預(yù)熱的效果也相對(duì)突出。隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，這種窄間隙埋弧焊接技術(shù)與自動(dòng)化相結(jié)合，能夠提升焊接的效率。但是該技術(shù)也存在一定的缺陷，該技術(shù)在焊接后沒再壓力容器的長(zhǎng)期的運(yùn)行中，出現(xiàn)故障的概率較高，而且修補(bǔ)的效果不好，這也為操作的技術(shù)人員提出了更多要求。以為該技術(shù)在焊接中，出現(xiàn)任何一點(diǎn)偏差，都會(huì)直接影響最終的焊接效果?；诖耍谖磥淼膲毫θ萜骱附庸ぷ髦?，應(yīng)用技術(shù)的工作人員，要掌握該技術(shù)的技術(shù)要點(diǎn)、操作規(guī)范，不斷地總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探尋到壓力容器達(dá)到最完美的狀態(tài)。這就要求，要加強(qiáng)焊接中的自動(dòng)跟蹤功能，確保監(jiān)控有效[3]。

4.2 彎管內(nèi)壁堆焊技術(shù)

在化工行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，壓力容器是必須的生產(chǎn)存儲(chǔ)設(shè)備，這類存儲(chǔ)設(shè)備需要具備較高的耐腐蝕性，因?yàn)槿萜鏖L(zhǎng)期裝載化學(xué)物質(zhì)，在使用過程中總是離不開腐蝕，為了延長(zhǎng)壓力容器的使用壽命，并且防治因化學(xué)物質(zhì)長(zhǎng)期腐蝕造成的安全隱患，需要對(duì)壓力容器的內(nèi)壁，進(jìn)行耐腐蝕的處理。通常情況下，壓力容器防腐蝕需要對(duì)內(nèi)壁表面進(jìn)行處理，這就增加了工作難度，例如在彎頭表面處理上，區(qū)管的角度從30 曲面和90 曲面進(jìn)行處理。這時(shí)需要采用彎管堆焊，該技術(shù)具備五軸協(xié)動(dòng)功能，可構(gòu)建簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模式，可以更加整齊的內(nèi)壁焊道焊接。主要用TIG 和等離子弧焊接。焊接工藝是沿著彎頭內(nèi)壁進(jìn)行自動(dòng)焊接。

4.3 接管自動(dòng)焊接技術(shù)

在壓力容器焊接技術(shù)中，自動(dòng)化焊接技術(shù)是一種先進(jìn)的焊接技術(shù)。采用自動(dòng)化焊接技術(shù)，通常有兩種不同的情況。如接管和簡(jiǎn)化焊接；接管和焊接與密封件，兩種形式的接管刀片。在大厚和窄間隙胡須壓力容器的焊接，通常采用鞍形弧焊設(shè)備，該設(shè)備是自動(dòng)焊接與人機(jī)合作的自動(dòng)化技術(shù)，在鞍形空間曲線焊接中具有良好的應(yīng)用。但是自動(dòng)化焊接的發(fā)展受到了阻礙，但是相信隨著容器制造的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化焊接技術(shù)會(huì)越來越受市場(chǎng)的歡迎，通過自動(dòng)化技術(shù)提升壓力容器焊接效果也指日可待，自動(dòng)焊接技術(shù)一定會(huì)提高壓力容器的制造效率和質(zhì)量。

4.4 光復(fù)合焊接技術(shù)

壓力容器在焊接工程中，采用激光復(fù)合焊接技術(shù)，能夠有效提升焊接質(zhì)量，并且沒有飛濺。該技術(shù)在當(dāng)前的壓力容器生產(chǎn)中有相應(yīng)范圍的應(yīng)用。但是改機(jī)在操作中，由于熔化極氣體保護(hù)焊無法用純氬氣為保護(hù)氣體，導(dǎo)致電弧在純氬氣中控制效果不好，出現(xiàn)了很多技術(shù)弊端，解決的方式是，在弧形焊接池中制造小孔，讓空間內(nèi)充滿金屬蒸汽，從而起到保護(hù)電弧的作用，最終達(dá)到壓力容器焊接的質(zhì)量[4]。

5 對(duì)于新焊接技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用分析

5.1 壓力容器的新焊接工藝分析

壓力容器在我們的日常生活相當(dāng)普及，它的應(yīng)用范圍十分的廣泛，而在應(yīng)用的過程中，人么對(duì)于壓力容器的質(zhì)量要求也在逐步的提升。為了實(shí)現(xiàn)和更好地滿足市場(chǎng)需求，行業(yè)的從業(yè)者們要不斷提升技術(shù)的應(yīng)用，探索技術(shù)的要點(diǎn)，創(chuàng)新技術(shù)的增加。上面我們介紹了很多焊接技術(shù)，在生產(chǎn)操作中，有手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、氬弧焊等技術(shù)的選擇，但是未來焊接技術(shù)一定不斷革新的技術(shù)，只有革新的技術(shù)才能策劃歸成為今后的主要焊接技術(shù)，因?yàn)槭袌?chǎng)的原因?qū)е?，只有技術(shù)能夠符合市場(chǎng)的發(fā)展規(guī)律，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)焊接設(shè)備的安全性和易操作性，并且相應(yīng)的減少焊接失誤，才符合時(shí)代的需求。

5.2 壓力容器焊接技術(shù)的完善與實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)則制度

壓力容器的焊接，在操作中印材料的原因，常常會(huì)出現(xiàn)變形。特別是一些教厚的焊接材料，這是我們可以采用錯(cuò)位焊接法，用過角度的調(diào)整實(shí)現(xiàn)我們的目的。而焊接中會(huì)產(chǎn)生一定的雜質(zhì)和有害的氣體，氣體能夠消散，而雜質(zhì)不會(huì)，這就需要借助一些物品，以此保障成功率。

5.3 不銹鋼復(fù)合板壓力容器的焊接技術(shù)

這種技術(shù)需要固定的焊接材質(zhì)，以不銹鋼為復(fù)層的雙金屬?gòu)?fù)合板，雙金屬?gòu)?fù)合的焊接有爆炸法、冷軋法，爆炸冷軋法制成的產(chǎn)品，具備較強(qiáng)的耐腐蝕性，并且成本更低，具備較高的應(yīng)用價(jià)值，廣泛的使用于冶煉、石油、化工等領(lǐng)域的塔槽設(shè)備。復(fù)合板的焊接不同于單金屬的焊接，是對(duì)兩種具有大的物理性能、化學(xué)成分和組織的材料進(jìn)行焊接。由于兩種金屬的膨脹系數(shù)不同，因此在焊縫附近會(huì)引起焊接熱應(yīng)力[5]。

5.4 承裝腐蝕介質(zhì)的壓力容器焊接技術(shù)

當(dāng)前的焊接技術(shù)表面處理方式，采用電渣表面處理技術(shù)，與以前的帶極埋弧堆焊表面處理技術(shù)，它的有點(diǎn)事融合率較高，在均勻滲透和稀釋方面有明顯的優(yōu)點(diǎn)，而且表面處理的效果能夠達(dá)到技術(shù)要求，同時(shí)也相應(yīng)的減少了一定的工作量，表面處理層形成優(yōu)良，并且不容易產(chǎn)生夾渣、表面質(zhì)量差、平坦度低等缺陷。在操作中，組焊劑只要保持良好的方向，進(jìn)行正面的遮蓋即可，而埋弧焊必須用焊劑覆蓋整個(gè)焊接區(qū)域。

6 結(jié)語

綜上所述，我國(guó)壓力容器和管道的制造技術(shù)、焊接技術(shù)有著明顯的進(jìn)步，但是與世界先進(jìn)的焊接技術(shù)還存在一定的差異。我國(guó)的焊接技術(shù)存在巨大的提升空間。為了滿足未來的工業(yè)發(fā)展，我國(guó)需要逐步提升壓力容器的技術(shù)投入，通過專業(yè)人才培養(yǎng)，建立相關(guān)的專業(yè)院校，引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)理念和設(shè)備，卡站高新技術(shù)的合作，逐步融合出適合我國(guó)時(shí)代發(fā)展的道路，將焊接技術(shù)與自動(dòng)化、信息化相連接，加大焊接材料的研發(fā)，相信我國(guó)的焊接技術(shù)會(huì)越來越完善。