壓力容器焊接新技術(shù)及其應(yīng)用

李彬彬

摘要：壓力容器是指盛裝氣體或者液體，并承載一定壓力的密閉設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、化工以及其他相關(guān)企業(yè)。焊接是壓力容器制造過程中的基本加工方式，焊接質(zhì)量決定著壓力容器的耐久度、壓力穩(wěn)定性、外觀美觀程度以及價格等，此外，從節(jié)省制造成本的角度來看，不同用途的壓力容器會采取不同的焊接工藝，所以焊接技術(shù)對于壓力容器的制造來說至關(guān)重要。隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的焊接新技術(shù)被應(yīng)用到壓力容器制造行業(yè)，并且取得了一系列的成就，大大提高了我國壓力容器的制造水平。

關(guān)鍵詞：壓力容器；焊接新技術(shù)；應(yīng)用

焊接技術(shù)在制造行業(yè)發(fā)展中占據(jù)著重要的地位，尤其在壓力容器制造過程中發(fā)揮著重要作用，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量是提高壓力容器整體質(zhì)量的有效措施。壓力容器一般會儲存一些危險性較大、易燃易爆以及容易揮發(fā)的氣體或液體，一旦壓力容器發(fā)生泄漏將會給周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，對人們的生命財產(chǎn)安全造成威脅。因此，深入研究焊接新技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用對于提高壓力容器的整體質(zhì)量和安全有非常積極的作用。

1 壓力容器和焊接技術(shù)

壓力容器與一般儲存裝置不同，它具有承載壓力的能力，并且對于密封性的要求非常高。一些石油、化工企業(yè)都會用壓力容器來儲存一些液體或氣體。壓力容器的制造過程非常復(fù)雜，步驟非常繁瑣，主要過程大致是先將原材料進(jìn)行切割，然后對原材料進(jìn)行機(jī)械加工，之后將各部位組對、拼接，之后對其進(jìn)行焊接，最后對容器進(jìn)行壓力測試并驗收。

焊接加工是壓力容器制造工作中的重要組成部分，壓力容器上的很多零件、結(jié)構(gòu)都是通過焊接技術(shù)連接的，例如，壓力容器的封頭、殼體等。制造壁厚較厚的壓力容器時，有一半以上的工作是通過焊接技術(shù)完成的，即使是普通的壓力容器也有40%左右的加工是通過焊接完成的。常見壓力容器焊接技術(shù)主要有氬弧焊、手工自動焊和埋弧焊等，由于不同用途的壓力容器對于壓力承載能力的要求不同，所以要根據(jù)壓力容器的實際用途選擇相應(yīng)的焊接技術(shù)。

2 壓力容器焊接技術(shù)的應(yīng)用研究

2.1接管自動焊接技術(shù)及具體應(yīng)用

接管自動焊接包括接管與封頭、接管與筒體兩種。接管與封頭的自動焊接。接管與封頭之間的焊接工作可以根據(jù)操作形式的區(qū)別分為非向心焊接和向心焊接。用于接管和封頭的焊接設(shè)備是由六個不同方向的運動軸和一個十字型的焊接操作機(jī)組成，該設(shè)備可以完成六種不同方位的焊接工作。焊接開始之前，需要通過焊機(jī)的自動定位系統(tǒng)完成焊接操作機(jī)的定心工作，相比于人工定心，自動定心可以大大提高精準(zhǔn)度，之后利用焊接的自動跟蹤系統(tǒng)實現(xiàn)焊絲的自動移動，可以使焊縫變得非常均勻。此外，由于該技術(shù)主要是通過焊機(jī)進(jìn)行自動焊接的，所以相比于人工操作，焊接過程的穩(wěn)定性有了顯著的提高。

接管與筒體的自動焊接。傳統(tǒng)馬鞍形焊接技術(shù)無法適應(yīng)實際生產(chǎn)情況，所以，新型的接管馬鞍形自動焊技術(shù)被廣泛應(yīng)用于壓力容器的制造過程中。該技術(shù)具有較高的自動化水平，接管內(nèi)徑通過夾緊四連桿自動定心，焊槍的運動軌跡的主要通過自動化焊機(jī)控制，焊機(jī)根據(jù)接管和筒體的直徑參數(shù)，可以建立相應(yīng)的數(shù)字模型，之后再根據(jù)模型，確定焊槍的移動軌跡，進(jìn)而實現(xiàn)自動化焊接。此外，通過在機(jī)器上輸入?yún)?shù)能實現(xiàn)多道工序的自動焊接，包括內(nèi)馬鞍、外馬鞍和水平環(huán)焊縫的焊接。具體應(yīng)用中，利用超薄的大功率焊槍對板材較厚且間隙較窄的坡口進(jìn)行焊接，還可用一層兩道自動埋弧焊的方法完成對板材厚度和坡口間隙適中的焊接工作。

2.2激光復(fù)合焊接技術(shù)及應(yīng)用

傳統(tǒng)的鎢極填絲氬弧焊由于熔化極無法使用純氬氣作為保護(hù)氣體，因此導(dǎo)致焊接過程中電弧具有一定的不穩(wěn)定性，進(jìn)而影響焊接質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸研發(fā)出激光電弧復(fù)合熱源焊技術(shù)，該技術(shù)在焊接過程中可以有效彌補鎢極填絲氬弧焊技術(shù)的不足之處。實際焊接過程中，激光復(fù)合焊接技術(shù)可以在電弧的熔池中形成孔隙，使其中充滿金屬蒸汽，并產(chǎn)生等電離子體，進(jìn)而吸引電弧，這時再利用純氬氣作為保護(hù)氣體，便可使電弧變得更加穩(wěn)定。因此，激光電弧復(fù)合熱源焊技術(shù)可以有效提高焊接質(zhì)量。數(shù)字化焊接電弧和激光復(fù)合焊接技術(shù)的出現(xiàn)，使原本焊接工作中的焊接飛濺減少，焊接過程更加穩(wěn)定，壓力容器的焊接質(zhì)量有了進(jìn)一步的提高，目前激光復(fù)合焊接技術(shù)正在慢慢地應(yīng)用于各種壓力容器的焊接工作。

2.3彎管內(nèi)壁堆焊技術(shù)及其應(yīng)用

由于工作環(huán)境的需要，某些壓力容器的內(nèi)壁要進(jìn)行防腐蝕層的焊接，對于壓力容器的直管部位，焊接相對比較容易，而彎管內(nèi)壁由于具有特殊性，在內(nèi)壁部位存在相應(yīng)的角度，增加了焊接工作的難度。對于不同角度的彎管，根據(jù)其內(nèi)壁的實際情況，需采用不同的焊接技術(shù)，目前我國對于彎管內(nèi)壁的堆焊技術(shù)研究已經(jīng)逐漸成熟。

90°彎管內(nèi)壁堆焊。90°彎管內(nèi)壁堆焊是壓力容器焊接工作中難度較大的一種焊接方式。在焊接技術(shù)還較為落后的時期，進(jìn)行90°彎管對焊時主要是仿照30°彎管堆焊的方式進(jìn)行的，焊接時需要將90°的彎管平均分成三個30°的彎管，過程十分繁瑣，焊接效率非常低，而且焊接質(zhì)量也得不到保障。如今，相關(guān)技術(shù)人員已經(jīng)研發(fā)出專門用于90°彎管內(nèi)壁堆焊的焊接設(shè)備，該設(shè)備主要是利用90°彎管母線的縱向結(jié)構(gòu)，通過二維變位機(jī)對焊接點進(jìn)行旋轉(zhuǎn)焊接。這種焊接方式大大提高了壓力容器內(nèi)壁焊接的效率與質(zhì)量。

30°彎管內(nèi)壁堆焊。30°彎管的堆焊是通過借助焊機(jī)自身的五軸協(xié)調(diào)運作完成的。焊機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行五軸運動自動焊接。在焊接的過程中，工件運作要與焊機(jī)的搖擺幅度相協(xié)調(diào)，焊劑要保證一個相對穩(wěn)定的運行速度。每當(dāng)焊接完成一圈之后，需要對擺角位置進(jìn)行變動，在移動焊機(jī)之后重新進(jìn)行自動定位。在內(nèi)壁堆焊的過程中，需注意對焊機(jī)搖擺幅度的控制，一般情況下，搖擺幅度由小到大進(jìn)行調(diào)整，焊機(jī)工作進(jìn)入收尾部分時，再次將幅度調(diào)小，保證內(nèi)壁焊接的結(jié)構(gòu)和層次。在彎管內(nèi)壁堆焊時，需應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對所需的參數(shù)進(jìn)行計算。盡量選用具有自動追蹤和斷點記憶功能的焊機(jī)，這種機(jī)械設(shè)備能夠自動復(fù)位，保證焊接過程的順利進(jìn)行。

2.4窄間隙埋弧焊技術(shù)及其應(yīng)用

窄間隙埋弧焊技術(shù)一般是用于板材較厚的壓力容器焊接工作，這種技術(shù)在對厚度超過100mm的板材進(jìn)行焊接時具有明顯的優(yōu)勢，因此，在厚板材壓力容器焊接工作中被廣泛應(yīng)用。此外，窄間隙埋弧焊技術(shù)在焊接工作中能夠充分利用焊接材料，進(jìn)而節(jié)省焊接成本，提高焊接效率，同時焊接時間較短，能夠快速完成焊接工作，具有高效率、高質(zhì)量以及低成本的優(yōu)勢。這種技術(shù)在焊接的過程中承受的應(yīng)力小，出現(xiàn)變形的機(jī)率相對較低。窄間隙埋弧焊技術(shù)在我國壓力容器焊接領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展的相對成熟，并取得了一系列的成就。目前，經(jīng)過大量的實際生產(chǎn)驗證，該技術(shù)能夠有效提高壓力容器的焊接質(zhì)量，進(jìn)而保證壓力容器在實際使用中的安全性能。

結(jié)語

壓力容器在現(xiàn)代化工行業(yè)的生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，尤其在石油化工行業(yè)，一些油氣產(chǎn)品的儲存、運輸都離不開壓力容器，因此，提高壓力容器的質(zhì)量可以大大推動相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，焊接技術(shù)也逐漸朝著自動化、智能化的方向發(fā)展，因此，不論是壓力容器制造行業(yè)還是壓力容器使用行業(yè)，都需要對新型焊接技術(shù)進(jìn)行深入的研究，進(jìn)而提高壓力容器的制造水平和檢修水平，最終促進(jìn)我國石油化工行業(yè)的發(fā)展。

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