特种设备压力容器焊接方法 摘要:压力容器是工业生产中的常用设备,压力容器的制造需要大量进行焊接工作。由于压力容器的对精度要求很高,所以必须要使用合理的焊接方法。本文通过分析不同焊接方法的原理和优劣,对如何进行焊接方法的选择进行了研究。

关键词:特种设备;压力容器;焊接方法选择

特种设备指的是具有一定危险性的设备,这类设备的对制作的精度要求很高,否则日后的使用当中会威胁到人员生命安全。压力容器是一种典型的特种设备,对于不同的需求和使用环境,往往需要采用最为合理的方式进行焊接,才能保证压力容器的质量。

1压力容器的和焊接技术概述

1.1焊接技术对压力容器的影响

压力容器是一种能够承载单一定压力的密闭式设备,在工业生产当中,压力容器通常都用来承装气体或者液体,这使得压力容器具有一定的危险性,成为了一种特种设备[1]。再制造压力容器时,制造的技术和步骤都比较复杂,必须要精密控制整个制造过程,才能够保证压力容器的质量。制造过程中,会大量使用到焊接技术,利用和压力容器同种或者异种材料,通过高热或者高压,促使两种不同材料能够永久结合,保证压力容器的密闭性。焊接技术在压力容器的制造环节当中占据了超过40%的比重,如果是很焊接厚板压力容器,对焊接的使用会更加的频繁,超过一半的工作都是在进行焊接。焊接工作的质量关系到压力容器的质量,为了能够保证压力容器在使用过程中的安全性,必须要根据材料和压力容器的设计要求,选择最为合理的焊接技术方法。

1.2我国焊接技术的发展历程简述

我国的压力容器焊接技术从20世纪60年代起开始逐步发展,焊接技术最开始都是以手工电弧焊接制造各类压力容器,目前随着焊接技术和自动化技术的成熟,很多制造工程都开始应用自动和半自动的埋弧焊接、气体保护焊接等具有更高效率的焊接技术,并且焊接的质量相比过去也有了明显的提升[2]。目前压力容器正在朝在这大型化的方向发展,为此大量的低合高强度的钢材正在得到十分广泛的应用,使得我国在压力容器的生产上有了更高的水平。随着市场需求的和技术需要,很多企业和研究机构也开始着力发展和研究具有更高效率和质量的新型焊接技术。

2压力容器的焊接方法和应用

2.1弯管内壁堆焊接技术

压力容器在经过了长时间的时使用之后,会因为腐蚀等原因导致压力容器受到破坏,造成压力容器的使用寿命降低。为了能够避免压力容器过快受到腐蚀,提升压力容器的使用寿命,需要进行不锈钢涂层的堆焊工作。通常直管内堆焊工作设备都能够很容易的完成,但是对于弯管内壁的堆焊工作在实现上存在一定的技术难度。对于不同的弯曲角度,工作的难易程度,也有很大区别。弯管内壁堆焊一般分为两种,分别是30°弯管内壁堆焊和90°弯管内壁堆焊。30°弯管内壁进行防护层堆焊时难度比较低,但是在进行90°弯管内内壁的堆焊时难度相对很高。进行30°弯管内壁堆焊时,需要按照圆周环向的方式进行自动堆焊,由于焊接设备实现了五轴协动,所以可以利用一些特殊的数学模型来带动,从而实现焊道的自动排列。通过利用数学模型,不同的参数可以通过弯管的曲率半径和内径,设备当中的弧降压会对系统进行自动跟踪,保证在自动焊接的稳定性和整体性。对于90°弯管内壁堆焊,需要顺着弯管母线的纵向来进行自动堆焊,为此一般会选择融化极气体保护焊的方法来进行焊接。安装二维变位机时,需要保持工件的旋转状态。工件进行翻转运动时,必须要保证焊道水平,同时将焊枪安装在三维导航上,维持焊枪的自动变换位置。随着弯管内壁堆焊技术的发展,弯管内壁堆焊技术也变得比以前更加稳定,不仅能够在压力容器的制造过程中降低成本,还避免了因为生产过程而造成的浪费,使压力容器的价格有了明显的降低[3]。目前,弯管内壁堆焊技术已经在压力容器的焊接工作当中有了十分广泛的应用,并且在实际的工作当中取得了良好的效果,并且实际工作当中,使用该方法依然有很强的优势。

2.2窄间隙埋弧焊技术

制造压力容器时可能会有一些壁厚超过100mm的压力容器,这时如果仍然使用传统的U型坡口技术进行焊接,就会很难达到良好的焊接效果,不仅会造成大量的人力资源和时间上的浪费,还会损耗材料,并且最终的焊接质量也难以保证。经过研发,目前多数厂家都开始使用新型的窄间隙埋弧焊接技术,和传统的焊接技术相比,该技术虽然依然以传统的技术为基础,但是利用了特殊的焊丝和保护气体,可以利用先进的导入技术和焊缝自动跟踪技术配合来完成焊接,再利用了窄间隙焊接技术种之后,可以明显提升焊接的速度,从而提升厚壁压力容器的整体生产效率。并且在焊接的过程中,前焊道可以作为后面工序的基础,后焊道也可以对前焊道进行回火,从而保证焊接接头的整体性能,提升焊接的整体质量。并且,窄间隙埋弧焊接技术也已经实现了自动化生产,具有很高的熔敷率,让工作效率有很大的提升,还不会影响到母料影响区域的生产。但是,这种方法也是存在一定的问题时,实际的焊接工作中,厚壁压力容器的焊接必须要始终保持稳定性,一旦在焊接过程中出现缝隙等问题,就会很难修复,在比较严重时,甚至无法进行处理,这不仅提高了企业的成本投入,也严重影响到了生产效率和生产质量。

2.3接管自动焊接技术

接管自动焊接技术分为接管和筒体两部分。在进行筒体和接管之间的自动焊接时,目前使用的马鞍式埋弧焊接设备由于运动轨迹的问题,已经不能满足各种焊接工作的具体要求,并且难以在具有狭窄破口的情况下进行运用,目前都已经引进了全新的接管马鞍式埋弧焊接设备。这种焊接设备非常便捷,并且使用起来十分高效,能够有效适应不同情况下的焊接要求,随着自动化水平的提升,该焊接方法也融入了自动化控制的特点。通常情况下会使用四连杆夹紧的方式来实现满是埋弧焊接设备的基本原理,并且能够进一步实现定心的自动化。焊枪的运行轨迹焊接参数是通过筒体和接管的直径得到,利用参数化的焊接模型,能够对焊接的过程进行自动化控制[4]。实际工作当中,还可以利用人机交互界面,根据实际情况对焊接的参数进行调节,并使多道实现焊接,焊道也可以在焊接当中进行自动排列。对于接头和焊管之间的自动焊接,有两种方式的接管焊接,分别是非向心焊接和向心焊接,封头的接管埋弧共有六个运动轴,焊接时需要先利用设备处理自动定心,然后再进行自动焊接。很借枪能够在接管外壁进行自动化寻位,让接管的中心线成为焊枪的旋转重心,但是这种定位方式和人工定位的效率还有一定的差距。之后再从焊接丝的端部顺着破口底部在进行进一步的自动寻位,通过详细记录焊接高度的改变,之后在使用非向心管进行焊接。

2.4TIG焊

TIG焊即钨极填丝氩弧焊,一般用在直径较小的压力容器的焊接上,使用这种方法能够保证压力容器具有更为良好的气密性,并且能够避免压力容器在焊接时产生气孔,焊接时利用惰性气体氩气来进行保护。TIG焊法使用的热源是直流电弧,工作做时电压需要控制在10~95V作用,最大允许通过的电流为600A。在焊接工作当中,必须要保证焊接机的连接方式正确,要采用工件连接电源的正极,钨极为负极。虽然这些操作方法一定程度上能够提升工作效率,但是由于焊接的程序比较复杂,所以对工作效率的提升效果并不明显[5]。目前使用率最高的TIG焊法的焊机就是热丝自动焊接机,在填充丝送到焊接池之前,利用电压恒定的交流电提供电压,并且加热到800℃左右的高温,加快焊丝的融化速度,让封底的效果更好,保证压力容器的质量。

2.5新型激光复合焊接技术

这种焊接技术能够代替TIG焊,尤其是能够弥补TIG焊工作效率低、焊接时间长和稳定性差等问题。随着技术的发展,激光电弧复合热源焊接技术得到了十分广泛的使用,该方法能使电弧池出现金属蒸汽的小孔,并且产生等离子体,实现对电弧的引导。

2.6MIG焊法

MIG焊法通过使用融化电极,以外加气体作为电弧介质,在焊接过程中可以保护金属熔滴、焊接池和焊接区高温金属,焊接时使用氩气或者氦气作为保护气体。该方法和TIG焊法一样,焊接时也会采用在直流电弧,但区别在于以工件连接电源的负极,钨极连接正极,该方法的优势在于能够对任何位置都可以进行焊接,广泛适用于不锈钢、耐热钢质压力容器的焊接当中,可以保证压力容器的外观。

3结束语

压力容器是一种特种设备,对质量的要求比普通的设备更高,爱生产的过程中,如果没有控制好设备的质量和方法,就会在日后的使用当中给使用人员带来巨大的威胁,并影响到生产工作的进行。为此,必须要根据实际的需求选择最合理的方法进行压力容器的焊接,保证压力容器的质量,从而保证压力容器操作人员的生命安全。不同的焊接方法有着不同的优势,适用于不同的情形,实际工作时,必须要了解每种方法的利弊,保证在选择时能够找到最为合理的焊接方式。

参考文献:

[1]陈娟,霍光明,徐楠,等.压力容器焊接新技术及其应用[J].中国新技术新产品,2016(11):59-60.

[2]陈修建.压力容器焊接技术工艺的研究[J].黑龙江科技信息,2016(20):22.

[3]欧亚.浅析压力容器的焊接技术[J].化学工程与装备,2014(3):124-125.

[4]郭才宝.压力容器焊接新技术与运用实践微探[J].石化技术,2018,25(1):184.

[5]周吉军,林文举.压力容器焊接新技术及其应用[J].中国设备工程,2017(6):113-114.

作者:王毅 单位:四川省化工建设工程质量安全监督站