壓力容器焊接新技術(shù)及其應(yīng)用

林志強(qiáng) 胡家瑞 王林娜

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隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,壓力容器在社會(huì)各行業(yè)的作用越來(lái)越突出,其制造生產(chǎn)要求也越來(lái)越被社會(huì)關(guān)注。厚壁壓力容器作為當(dāng)今壓力容器中的重要組成,焊接工藝需重視質(zhì)量與效率的統(tǒng)一,在確保焊接質(zhì)量的前提下提高焊接效率,提高焊接效益[1]。目前,在壓力容器焊接中窄間隙埋弧焊接技術(shù)最為常見(jiàn),其應(yīng)用有了突出的優(yōu)勢(shì)和成功的經(jīng)驗(yàn),是眾多重大壓力容器焊接中的常用技術(shù),且在目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制模式,使用不同場(chǎng)所、不同需要的焊接。

一、壓力容器與焊接技術(shù)概述

自從改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量逐年上升,從上個(gè)世紀(jì)八十年代的數(shù)千萬(wàn)噸到今天,翻了十多倍,鋼年產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)為大型、重型壓力容器的制造創(chuàng)造了條件,也帶動(dòng)著我國(guó)壓力容器產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,推動(dòng)著焊接技術(shù)的進(jìn)步。

(一)壓力容器

在當(dāng)今時(shí)代發(fā)展中,壓力容器被廣泛的應(yīng)用在社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域,尤其是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷繁榮的新時(shí)期,壓力容器制造技術(shù)要求越來(lái)越高。壓力容器主要指的是盛裝氣體、液體且具備承壓能力的密封性設(shè)備,其在能源、化工、動(dòng)力、軍事、航天、科研等領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用且作用極高。

(二)焊接技術(shù)

焊接技術(shù)是在高溫或者高壓條件下,使用焊接材料將兩塊或者兩塊以上的母材或者剛才連接成一個(gè)整體的方法。焊接技術(shù)在鋼材技術(shù)和壓力容器生產(chǎn)技術(shù)的推動(dòng)下得到很大的提升,成為工業(yè)生產(chǎn)中設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造企業(yè)都高度重視的技術(shù)之一。

隨著社會(huì)對(duì)壓力容器種類(lèi)和質(zhì)量要求的不斷提高,焊接新技術(shù)越來(lái)越被重視,可以說(shuō)焊接質(zhì)量直接關(guān)系到壓力容器的生產(chǎn)質(zhì)量和效率,決定著壓力容器的使用壽命。為了提高壓力容器的生產(chǎn)質(zhì)量和效率,降低生產(chǎn)成本、縮短制造周期,當(dāng)前越來(lái)越多的容器生產(chǎn)制造企業(yè)重視焊接工藝的選擇和應(yīng)用。

二、壓力容器焊接新工藝和應(yīng)用

焊接技術(shù)在壓力容器制造中的地位十分突出,其焊接質(zhì)量和細(xì)節(jié)處理是否到位直接關(guān)系到壓力容器的使用性能和安全性。在科技高速發(fā)達(dá)、信息技術(shù)日趨成熟的社會(huì)環(huán)境下,壓力容器焊接工藝也逐漸成熟,逐漸向著高質(zhì)量、數(shù)字化、智能化方向邁進(jìn),由此形成了許多焊接新工藝,其中常見(jiàn)的有窄間隙焊接工藝、彎管內(nèi)壁堆焊工藝等,下面就這些技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

(一)窄間隙焊接工藝

隨著社會(huì)對(duì)壓力容器要求的不斷提高,壓力容器的單位長(zhǎng)度、焊接金屬充填量都在急劇上升,焊接材料的消耗越來(lái)越多,但由此引發(fā)的焊接質(zhì)量問(wèn)題也越來(lái)越明顯。窄間隙焊接工藝便是在這種背景下形成的,有效緩解了這些問(wèn)題。窄間隙焊接工藝的應(yīng)用針對(duì)了這些缺陷,根據(jù)熱輸入大小將窄間隙焊接工藝分為低熱輸入窄間隙焊接技術(shù)和高熱輸入窄間隙焊接技術(shù)兩種。

低輸入窄間隙焊接技術(shù)主要指的是焊絲在熱能輸入6千焦每厘米以下的焊接方法,其直徑通常為1.1mm左右,一般利用雙絲或者三絲進(jìn)行焊接,通過(guò)獨(dú)立的焊接電源、控制系統(tǒng)將焊絲直接送入到焊縫中[2]。這種技術(shù)在應(yīng)用中的有點(diǎn)有:首先,減少了焊縫體積,降低了應(yīng)力的發(fā)生率,降低了壓力容器變形現(xiàn)象,有效節(jié)省了焊絲消耗量。其次,這種技術(shù)焊接的壓力容器的韌性好、焊縫細(xì)小。最后,木材金屬能夠快速溶解并填充到焊縫中,放置了焊縫開(kāi)裂現(xiàn)象的發(fā)生。

高輸入窄間隙焊接工藝是采用直徑為2.5～4.8mm的焊絲進(jìn)行焊接,在焊接的時(shí)候電流較大,焊縫之間極容易形成裂縫。因此在目前壓力容器焊接中為了降低裂縫的產(chǎn)生,通常都采用脈沖電流焊接和直流正接兩種方法。

總之,窄間隙埋弧焊在壓力容器焊接工作中有著發(fā)熱小、坡口截面小的優(yōu)勢(shì),且在應(yīng)用中能有效控制變形率,使得材料性能得到更大程度的發(fā)揮。就目前焊接中這一技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)而言,主要有:節(jié)省了焊接材料和焊接時(shí)間,不僅降了生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)效率,還有效保證了焊接質(zhì)量。另外,窄間隙埋弧焊在應(yīng)用中采用了自動(dòng)跟蹤裝置,有效減少了人工勞動(dòng)量,保證了焊接整體質(zhì)量。

三、彎管內(nèi)壁堆焊技術(shù)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn),人們發(fā)現(xiàn),在使用一段時(shí)間后,壓力容器的接管內(nèi)壁大多都會(huì)出現(xiàn)一定程度的腐蝕。因此,在實(shí)際操作生產(chǎn)過(guò)程中,為了延長(zhǎng)壓力容器的使用壽命,需要對(duì)壓力容器的接管內(nèi)壁焊接層進(jìn)行堆焊操作,將不銹鋼耐磨層堆焊在接管內(nèi)壁上。但是這樣在實(shí)際操作,彎管內(nèi)部堆焊設(shè)備的設(shè)計(jì)操作相當(dāng)復(fù)雜。在30°彎管內(nèi)壁堆焊實(shí)現(xiàn)90°彎管內(nèi)壁整體堆焊過(guò)程中,人們先將90°的彎管分為三段,分別進(jìn)行內(nèi)壁堆焊后,再整體組焊成90°彎管。而現(xiàn)在人們已經(jīng)發(fā)明出了90°彎管內(nèi)壁自動(dòng)堆焊設(shè)備。

(一)30°彎管堆焊技術(shù)

30°彎管內(nèi)壁自動(dòng)堆焊機(jī)的運(yùn)作方法為5軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),自動(dòng)排列焊道。工件進(jìn)行3軸運(yùn)動(dòng),第一,進(jìn)行勻變速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),與焊槍擺幅寬窄變化一致,焊接的速度保持不變;第二,工件每焊一圈,進(jìn)行平移變位使下一圈焊縫圓心處于旋轉(zhuǎn)中心上。焊接機(jī)頭進(jìn)行2軸運(yùn)動(dòng),每完成一圈的堆焊后,焊槍后退一個(gè)位移,進(jìn)行下一圈的堆焊;第三,工件每焊一圈,進(jìn)行擺角變位,使下一圈焊縫處于與焊槍垂直的平面內(nèi);焊接過(guò)程中,焊槍做變擺幅運(yùn)動(dòng),對(duì)應(yīng)彎管的內(nèi)外母線,擺幅從小到大再到小,使堆焊層保持均勻。

(二)90°彎管堆焊技術(shù)

90°彎管內(nèi)壁堆焊采用的方法為熔化極氣體保護(hù)焊,沿著彎管母線縱向進(jìn)行自動(dòng)堆焊。通過(guò)安裝在二維變位機(jī)的工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程;90°彎曲焊槍安裝在三位導(dǎo)軌上,是為了實(shí)現(xiàn)焊槍的自動(dòng)變位;由于工件的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使每一條焊道都處于平焊位置。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之,在當(dāng)前我國(guó)壓力容器焊接技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,相比傳統(tǒng)的焊接工藝有了顯著的進(jìn)步,已經(jīng)延伸出了許多新的焊接技術(shù),且伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,焊接技術(shù)必然會(huì)得到更深的創(chuàng)新,能夠有效提高壓力容器焊接工作效率。