壓力容器焊接新技術(shù)及其應(yīng)用

周吉軍，林文舉

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

壓力容器焊接新技術(shù)及其應(yīng)用

周吉軍，林文舉

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

在壓力容器焊接領(lǐng)域中，對(duì)高壓厚壁的容器進(jìn)行焊接時(shí)，要充分考慮容器自身的質(zhì)量與效率的關(guān)系，以充分保障焊接的質(zhì)量，而相對(duì)落后的焊接技術(shù)在一定程度上制約著壓力容器的制造。隨著焊接技術(shù)在壓力容器焊接方面的不斷研究，雙絲窄間隙埋弧技術(shù)問(wèn)世并獲得了廣泛的應(yīng)用。本文根據(jù)當(dāng)前焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)壓力容器焊接新技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并就其應(yīng)用發(fā)展提出看法。

窄間隙焊接；接管；堆焊；彎管；激光復(fù)合焊；重型壓力容器

壓力容器質(zhì)量的主要影響因素是焊接技術(shù)。因此，壓力容器制造企業(yè)非常注重焊接技術(shù)的發(fā)展和提升，當(dāng)前焊接新技術(shù)的問(wèn)世及廣泛應(yīng)用，對(duì)壓力容器制造企業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。壓力容器從生產(chǎn)到正式投入使用，要經(jīng)歷多個(gè)環(huán)節(jié)共同才得以完成，而焊接技術(shù)作為眾多環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，要用較好的技術(shù)水準(zhǔn)以保證壓力容器在實(shí)際生產(chǎn)生活中的正常運(yùn)用。近些年來(lái)，科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，使得制造壓力容器的多項(xiàng)控制技術(shù)逐漸達(dá)到了自動(dòng)化、智能化水平，在一定程度上提高了壓力容器的制造水平，降低了壓力容器的制造難度。在下面的介紹中，將對(duì)用于壓力容器制造的焊接新技術(shù)進(jìn)行介紹分析，以提高大家對(duì)新技術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解。

1 壓力容器焊接新技術(shù)

1.1 窄間隙埋弧焊技術(shù)

傳統(tǒng)的焊接技術(shù)主要適用于100mm以下的壓力容器焊接，而且可以取得較好的效果。但當(dāng)容器厚度超過(guò)100mm 后，如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)，則壓力容器的質(zhì)量會(huì)大大降低，窄間隙埋弧焊技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

大部分企業(yè)為擺脫困境，積極引進(jìn)新技術(shù)用于厚壁壓力容器的制造。但在厚壁容器焊接的認(rèn)識(shí)上，大多數(shù)企業(yè)存在一定的誤區(qū)，如有不少企業(yè)認(rèn)為應(yīng)該將制造厚壁容器的效率放在第一位，盡可能縮短焊接的間隙。而在厚壁壓力容器的焊接上，容器的穩(wěn)定性和質(zhì)量才是最重要，因此企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)壓力容器焊接技術(shù)的認(rèn)識(shí)，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。窄間隙埋弧焊設(shè)備不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)焊接技術(shù)的不足，用于厚壁壓力容器的焊接，還有一些其他的優(yōu)勢(shì)。例如，保證了雙側(cè)橫向的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了跟蹤的自動(dòng)化；在進(jìn)行焊接的過(guò)程中，保證了坡口側(cè)壁各處焊接的均勻性；改善了傳統(tǒng)焊接技術(shù)下熱粗晶區(qū)的不足，對(duì)焊接焊道做到了全面的熱處理；對(duì)母材的溶解較為充分，提高了焊接的效率和質(zhì)量等。

窄間隙埋弧焊技術(shù)的發(fā)明問(wèn)世，將壓力容器焊接帶上了一個(gè)發(fā)展的新臺(tái)階，改進(jìn)了傳統(tǒng)焊接技術(shù)的不足。

1.2 接管自動(dòng)焊接技術(shù)

接管自動(dòng)焊接技術(shù)主要是通過(guò)接管插入的方式，與壓力容器的筒體或封頭進(jìn)行焊接的一種新型技術(shù)。

（1）接管與筒體的自動(dòng)焊接。

在壓力容器的焊接工作中，對(duì)壓力容器的焊接厚度、質(zhì)量提出了更高的要求。新的發(fā)展形勢(shì)下，傳統(tǒng)的馬鞍形埋弧焊接設(shè)備在各個(gè)方面都已經(jīng)不能滿足社會(huì)發(fā)展的要求。因此，在實(shí)際工作中，可以應(yīng)用新型的接管自動(dòng)焊接技術(shù)，以避免傳統(tǒng)技術(shù)下的弊端，提高焊接的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了焊接過(guò)程中的靈活調(diào)整，同時(shí)操作控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于控制。接管的內(nèi)徑是自動(dòng)化馬鞍形埋弧焊接設(shè)備的主要工作參數(shù)指標(biāo)，在焊接設(shè)備的定心問(wèn)題上主要借助四連桿來(lái)解決；在自動(dòng)化焊接設(shè)備進(jìn)行接管與筒體的焊接工作時(shí)，二者的直徑是重要的參數(shù)指標(biāo)，自動(dòng)化設(shè)備通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)，即可自動(dòng)進(jìn)行一定的焊接工作；通過(guò)人員根據(jù)相關(guān)參數(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，可以使焊接設(shè)備完成更加復(fù)雜的工作，提高工作效率和水平。自動(dòng)化技術(shù)在接管與筒體的焊接中具有傳統(tǒng)焊接技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，如自動(dòng)化焊接中可以實(shí)現(xiàn)焊道的自動(dòng)排列組合，提高了焊接的效率；實(shí)現(xiàn)了馬鞍形焊接過(guò)程中自動(dòng)復(fù)位；可以完成厚度較大的焊接工作，改進(jìn)傳統(tǒng)焊接技術(shù)下的不足。

（2）接管與封頭的自動(dòng)焊接。

接管與封頭的焊接根據(jù)操作形式的不同分為向心接管和非向心接管兩種形式。封頭接管的埋弧自動(dòng)焊機(jī)由一個(gè)“十字”的操作機(jī)和六個(gè)運(yùn)動(dòng)軸作為主要的工作系統(tǒng)。在焊接工作開(kāi)始前，首先要完成自動(dòng)焊機(jī)的定心，定心工作可以依靠焊機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)準(zhǔn)確快捷的完成，提高定心工作的準(zhǔn)確率，在這一項(xiàng)工作上，人工無(wú)論是在定心的準(zhǔn)確度還是速度上，都不能實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化焊機(jī)的超越；然后由焊絲端自動(dòng)跟蹤，焊縫在整個(gè)焊接工作過(guò)程中的變化，實(shí)現(xiàn)非向心的焊接；同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)化焊機(jī)，可以保證焊接工作中的橫向距離始終保持相同，避免了人工焊接中的不穩(wěn)定性。

（3）彎管內(nèi)壁堆焊技術(shù)。

壓力容器在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)各種腐蝕破壞的現(xiàn)象，降低其使用壽命。因此，為了在最大限度上減慢壓力容器腐蝕破壞的速度，在其正式投入使用前，應(yīng)先進(jìn)行不銹鋼涂層的堆焊工作，降低企業(yè)的成本。直管內(nèi)的堆焊設(shè)備可以簡(jiǎn)單輕松的完成，但彎管內(nèi)壁的堆焊工作則存在較大的技術(shù)困難。根據(jù)彎管的角度不同，工作的難易程度也存在一定的差異，對(duì) 30°彎管內(nèi)壁進(jìn)行防護(hù)層的堆焊時(shí)難度相對(duì)較低；由于我國(guó) 90°彎管內(nèi)壁堆焊技術(shù)的不成熟，造成我國(guó)在進(jìn)行 90°彎管內(nèi)壁堆焊工作時(shí)，要將其分成三個(gè) 30°，即通過(guò)反復(fù)三次進(jìn)行30°彎管內(nèi)壁的堆焊工作，工作量大，效率低，造成了人力和財(cái)力的大量浪費(fèi)。隨著當(dāng)前焊接技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，我國(guó)在 90°彎管內(nèi)壁堆焊技術(shù)上取得了一定的進(jìn)展。

① 30°彎管內(nèi)壁堆焊設(shè)備。30°彎管內(nèi)壁堆焊設(shè)備主要是通過(guò)填絲或弱壓縮的方式進(jìn)行地做圓周運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)堆焊。其在工作中實(shí)現(xiàn)了工件3軸和焊接機(jī)頭2軸的協(xié)調(diào)統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)。工件3軸主要包括：第一，做協(xié)調(diào)統(tǒng)一的勻速運(yùn)動(dòng)，保證焊接速度統(tǒng)一性；第二，每完成一圈的焊接工作，自動(dòng)調(diào)整角度，保證焊槍與焊縫處始終保持垂直關(guān)系；第三，完成一圈焊接工作后，自動(dòng)改變位置，保證焊縫處始終處于中心位置。焊接機(jī)頭2軸工作主要涉及到完成一圈焊接工作后，焊槍做自動(dòng)向后移位進(jìn)行后續(xù)工作；焊接工作中，焊槍要隨著有規(guī)律的擺動(dòng)，保證焊接的不銹鋼涂層堆焊厚度的一致性。30°彎管內(nèi)壁堆焊設(shè)備的自動(dòng)化工作，主要是借助相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)其工作過(guò)程中的自動(dòng)轉(zhuǎn)變，以保證工作的質(zhì)量。

② 90°彎管內(nèi)壁堆焊。90°彎管內(nèi)壁堆焊相對(duì)于 30°彎管的堆焊有著更大的技術(shù)難度，其主要采用縱向方式完成內(nèi)壁的堆焊工作。通過(guò)安裝在二維變位機(jī)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，保證焊道維持在平焊位置；通過(guò)安裝在三維導(dǎo)軌上的 90°彎曲焊槍?zhuān)Ｕ虾笜屧诤附舆^(guò)程中的變位需求。

2 壓力容器焊接新技術(shù)應(yīng)用

傳統(tǒng)的存在弊端的焊接技術(shù)在未來(lái)將被新技術(shù)所取代。傳統(tǒng)焊接技術(shù)工作效率過(guò)低，而且由于技術(shù)的落后，使得純氬氣無(wú)法作為保護(hù)氣體用于焊接技術(shù)中，成為阻礙傳統(tǒng)焊接技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的重要因素。

當(dāng)前，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)的全面進(jìn)步，激光電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)得以問(wèn)世并被大范圍的應(yīng)用，其在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)產(chǎn)生的金屬蒸汽和各種離子體，增加對(duì)電弧的吸引作用，并將純氬作為保護(hù)氣體，保證焊接過(guò)程中有較為穩(wěn)定的熱源，提高了焊接的效率，同時(shí)保障了焊接的質(zhì)量。

在社會(huì)快速發(fā)展中，融合了全數(shù)字化以及激光復(fù)合技術(shù)的焊接技術(shù)，以其飛濺少、穩(wěn)定性強(qiáng)、效率高等優(yōu)勢(shì)，使各容器制造企業(yè)意識(shí)到其發(fā)展的巨大優(yōu)勢(shì)，積極將其引進(jìn)，以此提高自身企業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，以保證在激烈的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)贏得發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)和工業(yè)發(fā)展中，壓力容器起著不容忽視的作用。但我國(guó)的焊接技術(shù)還處于發(fā)展階段，在各方面的發(fā)展上還存在一定的欠缺，雖然近些年我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平不斷進(jìn)步發(fā)展，帶動(dòng)了我國(guó)焊接技術(shù)全面發(fā)展，促進(jìn)了壓力容器的進(jìn)一步發(fā)展，但是在焊接設(shè)備的制造方面，各方面的聯(lián)系還相對(duì)不足，阻礙著焊接設(shè)備的發(fā)展，需要在日后的發(fā)展中不斷加以改進(jìn)。

上文介紹了多種焊接新技術(shù)，及其在人們生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用。在日后的發(fā)展中，我們應(yīng)不斷提高焊接的技術(shù)水平，促進(jìn)我國(guó)焊接領(lǐng)域的整體發(fā)展，帶動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，提升我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。

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