壓力容器制造及安裝高效切割與焊接技術

周家偉 王智遠

我廠始建于1963年，年處理鋼材量一萬t以上，持有國家質量監督檢驗檢疫總局頒發的A1（高壓容器）、A2（第Ⅲ類低、中壓容器）、A3（球形儲罐現場組焊及球殼板制造）、D1（第Ⅰ類壓力容器）、D2（第Ⅱ類低、中壓容器）制造許可證。我廠先后通過GB/T19001—2008質量管理體系，API Spec Q1美國石油學會質量管理體系，美國ASME壓力容器制造規范“U”鋼印資質，A1、A2、A3類壓力容器設計、制造許可證等四項質量管理體系和質量保證體系。

1. 高效焊接與切割設備的應用

我廠現有埋弧焊機、自動焊機、逆變焊機、CO2氣體保護焊機及氬弧焊機等焊接設備二百余套，各類大型數控切割機、等離子切割機、型材切割機等切割設備二十余套。

根據材料的不同規格、材質、技術要求等選用適合的焊接與切割方法，基本可達到整套流程半自動化。容器筒體部分使用數控切割機來對鋼板進行沖邊，然后使用銑邊機進行坡口制備，經卷制成形后用埋弧焊小車進行拼板縱縫的焊接，殼體環縫的焊接使用機架式自動焊機或自動焊小車進行，內臟件等板件的切割使用剪板機及數控切割機加工，小直徑壓力容器的坡口加工使用管材切割機進行管材的切割，對于較薄的不銹鋼、低合金鋼等易變形的板件通過等離子數控自動切割機進行切割。

我廠承攬了哈薩克斯坦讓納若爾油田天然氣處理及綜合利用工程第三油氣廠II、III期項目中1 7臺容器的焊接及制造。該項目中大部分容器直徑較大（φ 3200mm以上）、厚度較厚（≥32mm）、焊接量較多（殼體直縫總長272m，環縫總長532m），我廠為此制訂了一系列焊接方法和工藝，直縫采用埋弧焊，環縫根據殼體直徑大小采用不同的焊接工藝。

φ2 000mm以上殼體環縫焊接根據生產情況采用了雙機單絲同時同步外環縫焊接以及內外焊縫同時同步埋弧焊焊接工藝。

φ 2000mm 以下殼體內環縫采用自動MAG 焊（75%~80%Ar+25%~20%CO2的混合氣體保護焊），外環縫采用埋弧焊。筒體內外環焊縫同時進行焊接，（見圖1），筒體雙機組同時焊接環縫如圖2所示。

直徑＜DN500mm 的接管及配件與殼體的焊接采用半自動MAG 焊。我廠常用的是80%Ar+20%CO2的混合氣體，由于混合氣體中氬氣占的比例較大，故常稱為富氬混合氣體保護焊。在這批產品中采用MAG焊短路過渡進行焊接，包括與產品筒體接觸的正接管、斜插管、大小口和大法蘭等，從而使產品獲得穩定的焊接工藝性能和良好美觀的焊接接頭。

直徑≥DN500mm的接管為了提高生產效率還使用了馬鞍自動埋弧焊。焊接效率遠遠大于焊條電弧焊，超聲一次檢測合格率高。小直徑接管與法蘭的對接焊口使用鎢極氬弧焊焊接，單面焊雙面成形，無需打磨處理。

圖1 筒體內外環焊縫同時進行焊接

圖2 筒體雙機組同時焊接環縫

2. 對高效焊接與切割設備的需求

在日常的工作生產過程中，自動化設備的應用在節省人力的同時，也大大提高了工作效率和工作質量，并且較為關鍵的是降低了相關從業人員的勞動強度。同時由于自動化設備的穩定性和準確性，所以不僅提高了工作質量，而且用半自動焊和自動焊減少了人為造成焊接缺陷的幾率，還減少了返修成本，降低了焊材的使用。

將來大中小型自動化焊切設備將向著智能化、集成化、精準化及穩定化的方向逐步發展，提高設備的連續運行能力，并且針對各項工作內容可自動調節性能至關重要，其中集成性應包括一機多用、一崗多能，減少壓力容器制造過程中的倒運、吊裝環節，將切割、焊接、打磨、檢測等集成在一個工作位置，在提高效率的基礎上進一步降低成本。

3. 對高效焊材的需求

在全自動化設備尚未廣泛應用的情況下，如何提高生產效率與企業的命脈息息相關。就目前現狀來講，采用高效焊材來提高生產效率是一種較為經濟、實際的方法。高效焊材可以提高質量、縮短工期，從而減少了人工費用等生產成本。作為高效焊材的一種，藥芯焊絲適應性強，調整焊劑的成分和比例極為方便；工藝性能好，采用氣渣聯合保護，可獲得良好成形；熔滴過渡均勻；熔敷速度快，生產效率高，在相同焊接電流下藥芯焊絲的電流密度大、熔化速度快，其熔敷率為85%~90%，生產率比焊條電弧焊高3~5倍；可用較大焊接電流進行全位置焊接。藥芯焊絲與手工焊條和氬弧焊絲相比有明顯的優勢，主要是把斷續的焊接過程變為連續的生產方式，從而減少了焊接接頭的數目，提高了焊縫質量，也提高了生產效率，節約了能源。

由于藥芯焊絲具有的較好的熔敷性和焊接速度，我廠在大慶油田柳樹河3萬t頁巖油中試先導基地（煉廠）項目、大慶石化120萬t/年乙烯改擴建工程、哈薩克斯坦讓納若爾油田天然氣處理及綜合利用工程第三油氣廠II、III期項目、大慶煉化公司火炬系統隱患治理工程等國家優秀焊接工程項目中廣泛使用，以此代替了以往焊條電弧焊，大大提高了工作效率，可提高工效3倍。