林志強 胡家瑞 王林娜

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隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展,壓力容器在社會各行業(yè)的作用越來越突出,其制造生產(chǎn)要求也越來越被社會關(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,其應(yīng)用有了突出的優(yōu)勢和成功的經(jīng)驗,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)實現(xiàn)了數(shù)字化控制模式,使用不同場所、不同需要的焊接。

一、壓力容器與焊接技術(shù)概述

自從改革開放以來,我國鋼鐵產(chǎn)量逐年上升,從上個世紀(jì)八十年代的數(shù)千萬噸到今天,翻了十多倍,鋼年產(chǎn)量的快速增長為大型、重型壓力容器的制造創(chuàng)造了條件,也帶動著我國壓力容器產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,推動著焊接技術(shù)的進步。

(一)壓力容器

在當(dāng)今時代發(fā)展中,壓力容器被廣泛的應(yīng)用在社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域,尤其是在國民經(jīng)濟不斷繁榮的新時期,壓力容器制造技術(shù)要求越來越高。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)的推動下得到很大的提升,成為工業(yè)生產(chǎn)中設(shè)計、生產(chǎn)、制造企業(yè)都高度重視的技術(shù)之一。

隨著社會對壓力容器種類和質(zhì)量要求的不斷提高,焊接新技術(shù)越來越被重視,可以說焊接質(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、信息技術(shù)日趨成熟的社會環(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,由此形成了許多焊接新工藝,其中常見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)用進行分析。

(一)窄間隙焊接工藝

隨著社會對壓力容器要求的不斷提高,壓力容器的單位長度、焊接金屬充填量都在急劇上升,焊接材料的消耗越來越多,但由此引發(fā)的焊接質(zhì)量問題也越來越明顯。窄間隙焊接工藝便是在這種背景下形成的,有效緩解了這些問題。窄間隙焊接工藝的應(yīng)用針對了這些缺陷,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行焊接,通過獨立的焊接電源、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的焊絲進行焊接,在焊接的時候電流較大,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,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)勢而言,主要有:節(jié)省了焊接材料和焊接時間,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)用中采用了自動跟蹤裝置,有效減少了人工勞動量,保證了焊接整體質(zhì)量。

三、彎管內(nèi)壁堆焊技術(shù)

經(jīng)過長時間的試驗,人們發(fā)現(xiàn),在使用一段時間后,壓力容器的接管內(nèi)壁大多都會出現(xiàn)一定程度的腐蝕。因此,在實際操作生產(chǎn)過程中,為了延長壓力容器的使用壽命,需要對壓力容器的接管內(nèi)壁焊接層進行堆焊操作,將不銹鋼耐磨層堆焊在接管內(nèi)壁上。但是這樣在實際操作,彎管內(nèi)部堆焊設(shè)備的設(shè)計操作相當(dāng)復(fù)雜。在30°彎管內(nèi)壁堆焊實現(xiàn)90°彎管內(nèi)壁整體堆焊過程中,人們先將90°的彎管分為三段,分別進行內(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)壁自動堆焊設(shè)備。

(一)30°彎管堆焊技術(shù)

30°彎管內(nèi)壁自動堆焊機的運作方法為5軸協(xié)調(diào)運動,自動排列焊道。工件進行3軸運動,第一,進行勻變速旋轉(zhuǎn)運動,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,進行平移變位使下一圈焊縫圓心處于旋轉(zhuǎn)中心上。焊接機頭進行2軸運動,每完成一圈的堆焊后,焊槍后退一個位移,進行下一圈的堆焊;第三,工件每焊一圈,進行擺角變位,使下一圈焊縫處于與焊槍垂直的平面內(nèi);焊接過程中,焊槍做變擺幅運動,對應(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焊,沿著彎管母線縱向進行自動堆焊。通過安裝在二維變位機的工件的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)焊接過程;90°彎曲焊槍安裝在三位導(dǎo)軌上,是為了實現(xiàn)焊槍的自動變位;由于工件的翻轉(zhuǎn)運動使每一條焊道都處于平焊位置。

四、結(jié)束語

總之,在當(dāng)前我國壓力容器焊接技術(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步,已經(jīng)延伸出了許多新的焊接技術(shù),且伴隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步,焊接技術(shù)必然會得到更深的創(chuàng)新,能夠有效提高壓力容器焊接工作效率。