試論壓力容器的焊接技術(shù)與對策

楊鳴宇

（溫州市四方制藥設(shè)備成套有限公司，溫州 325000）

引言

壓力容器（Pressure Vessel）是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備。我國為了更有效地實施科學(xué)管理和安全監(jiān)檢，出具了《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》。該規(guī)程根據(jù)工作壓力、介質(zhì)危害性及容器作用將壓力容器分為三類，并對每類壓力容器設(shè)計和制造過程、檢驗項目、檢驗內(nèi)容和檢驗方式做出了不同的規(guī)定。目前生產(chǎn)條件下，各企業(yè)基本均能滿足相關(guān)規(guī)定，所以對壓力容器的焊接技術(shù)與對策加以分析對企業(yè)的發(fā)展有一定的現(xiàn)實意義。

1 壓力容器的焊接技術(shù)

1.1 多絲多弧焊接技術(shù)

多絲多弧焊接技術(shù)可以提高工作效率、增加熔敷率，廣泛應(yīng)用于各類弧焊方法中。目前較為常見的是熔化極焊接法。該方法下的多絲多弧焊接技術(shù)可以分為兩大類，一類是多絲共電，另一類為多絲多電。多絲共電是多根焊絲共用一個電源和一個導(dǎo)電設(shè)備，而多絲多電是每一根焊絲應(yīng)用一個電源，送絲結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)設(shè)備也均是獨立工作的。多絲多電情況下，技術(shù)人員可以通過改變焊絲位置進行焊接作業(yè)，完成一道、多道焊縫的同步施工。多絲共電可以用于中板、厚板、長焊縫焊接，焊接速度可以達到4～5m/min的水平，可以滿足三根以上、六根以下焊絲的同步工作，熔敷率能達到100kg/h以上的水平。

1.2 窄間隙焊接技術(shù)

窄間隙焊接技術(shù)主要用于厚板焊接，能夠滿足大焊接量作業(yè)，也能有效的保證焊接質(zhì)量。在壓力容器的制作中，一般材料越厚，質(zhì)量越好，容器的性能也就越出色，但厚板材加工難度也較大。窄間隙焊接技術(shù)解決了厚板材加工難度大的問題，例如，80～280mm的厚板材，將其間隙標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為12mm，如果采用多絲多弧等焊接方式則存在加工上的難度，無法滿足作業(yè)要求，但是可以應(yīng)用窄間隙焊接技術(shù)進行加工。通常窄間隙焊接技術(shù)的加工效率可以提升40%以上，熟練技術(shù)工人可以提升加工效率70%，焊絲消耗降低約30%～45%，焊劑也可以對應(yīng)減少50%～60%。

1.3 氣體保護焊接技術(shù)

壓力容器焊接涉及到一個基本問題，即焊接過程中的金屬氧化。為解決這一問題，氣體保護焊接技術(shù)得到重視，目前最常用的保護氣體是二氧化碳。應(yīng)用二氧化碳進行焊接保護，成本較低且材料形變小，可以借助設(shè)備實現(xiàn)高度自動化作業(yè)。以焊絲作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，將常用二氧化碳保護焊接技術(shù)劃分為藥芯焊絲保護焊和實心焊絲保護焊兩種。以藥芯焊為例，該方式能夠滿足不同鋼材的焊接作業(yè)，具有較高的適應(yīng)性，而且焊劑的比例可以方便快速的調(diào)節(jié)，在焊接過程中應(yīng)用氣渣實現(xiàn)聯(lián)合保護使熔滴過渡均勻。此外，藥芯焊的熔敷率高、速度快，在相同焊接電流下藥芯焊絲的電流密度大，其熔敷率為85%～90%,生產(chǎn)率比焊條電弧焊高3～5倍。目前壓力容器的制備中，美國、德國、日本均大量應(yīng)用藥芯焊絲保護，占其生產(chǎn)總比例的25%以上。

1.4 熱絲填充技術(shù)

熱絲填充技術(shù)也被稱為熱絲等離子弧堆焊技術(shù)，是一種以等離子弧為熱源,以一定成分的合金粉末作為填充金屬的表面強化技術(shù)。該技術(shù)優(yōu)點突出，加工精度高而且費用相對較低，能夠很好的保證原設(shè)計尺寸，保證壓力結(jié)構(gòu)的高結(jié)合強度，而且，殘余應(yīng)力極小，幾乎可以忽略不計。熱絲填充技術(shù)應(yīng)用的過程中，一般要求電壓波動較小，因此往往選取恒壓直流電，同時應(yīng)保證電流較大，具備良好的可控性和保護能力。額定電流為1500～25O0A。焊劑在熱絲填充技術(shù)的應(yīng)用中也較為重要，由于輸出電流較大，要求焊劑導(dǎo)電性能出色，電導(dǎo)率應(yīng)大于普通焊劑至少4倍。磁控裝置上，考慮到磁收縮效應(yīng)，一般要求應(yīng)用外加磁場防治咬邊（咬邊情況如圖1所示），該方式也被稱為磁控方式。

圖1 壓力容器焊接的咬邊情況

1.5 金屬粉添加技術(shù)

在焊接過程中，應(yīng)用金屬粉末的主要目的是提升熔敷率。壓力容器的制造與常規(guī)容器不同，必須嚴格控制其精度。熔敷率越高，焊接過程中的小縫隙越能得到有效的控制，容器的性能越出色。金屬粉末添加技術(shù)一般應(yīng)用于埋弧焊。焊接過程中，保持電弧能量的穩(wěn)定，通過持續(xù)添加金屬粉末，可以提升熔敷率40%～50%，將多絲埋弧焊和金屬粉末結(jié)合使用能夠獲取更好的效果。

此外，常見的壓力容器焊接技術(shù)還包括自動脈沖氬弧焊、真空釬焊等，不同方法各具優(yōu)劣勢，適用范圍也有所不同，加工作業(yè)時可以結(jié)合實際情況選取合適的方法。

2 壓力容器的焊接對策

2.1 推行自動化焊接技術(shù)

壓力容器焊接技術(shù)的優(yōu)化是大勢所趨，其核心發(fā)展方向之一則是自動化。上文所述的氣體保護焊接法中二氧化碳的應(yīng)用就是通過機械設(shè)備自動控制進行的。后續(xù)工作中，企業(yè)可以根據(jù)設(shè)備特點添加自動化模塊，應(yīng)用智能技術(shù)實現(xiàn)焊接技術(shù)的強化[1]。對壓力容器的制造過程進行分析，不難發(fā)現(xiàn)所有工藝下的生產(chǎn)都是流程化、模式化的，這也意味著自動化焊接技術(shù)擁有廣闊的實現(xiàn)空間。以金屬粉添加技術(shù)為例，在進行壓力容器焊接的過程中，金屬粉末是不斷消耗的，用法用量都存在一定要求，設(shè)計人員可以收集不同加工對象下金屬粉末的添加量、添加時間，將其作為默認參數(shù)輸入智能設(shè)備，與自動化設(shè)備實現(xiàn)兼容。在生產(chǎn)過程中，由傳感器收集加工對象的信息，并傳輸給智能控制端，智能模塊再將所獲信息與默認程序進行匹配，下達對應(yīng)指令，明確金屬粉末的添加量、添加時間，進行加工作業(yè)，完成自動化焊接。

2.2 焊接設(shè)備更新

焊接設(shè)備的更新是各企業(yè)提升生產(chǎn)能力的主要手段，要求不同企業(yè)在資金條件允許的情況下采買先進的焊接設(shè)備，采用更新的焊接工藝，降低焊接作業(yè)的成本，提升生產(chǎn)效率。目前，較為常見的加工設(shè)備除了國產(chǎn)機械外，以德制和日制為主。德制設(shè)備的使用價值最為突出，能夠滿足長時間、高精度作業(yè)要求，且設(shè)備的老化程度較為理想，但是德制設(shè)備的價格較為昂貴，而且維護成本較高。日制設(shè)備在性能上與德制設(shè)備接近，但在長期作業(yè)的情況下會出現(xiàn)誤差問題，此外，部分壓力容器制造廠家反應(yīng)，日制設(shè)備電壓、電流波動較大，工作穩(wěn)定性較德制設(shè)備略差，但是日制設(shè)備維護費用較低。國產(chǎn)設(shè)備近5年來取得了一定發(fā)展，但在加工精度、設(shè)備剛度上與德制、日制設(shè)備仍有差距[2]。

壓力容器制備工藝的進步，也需要國內(nèi)各相關(guān)企業(yè)加大投資力度，積極參與新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的研發(fā)，及時了解材料、技術(shù)的新發(fā)展。以龍頭企業(yè)或者政府部門為核心，啟動科研項目。政府投資作為引導(dǎo)，企業(yè)、企業(yè)聯(lián)盟投入更多資金用于技術(shù)的后續(xù)研發(fā)，當(dāng)獲取研究成果后，各參與研發(fā)的企業(yè)均可因此獲益，壓力容器制造行業(yè)總體水平也能獲得提升。

3 總結(jié)

通過分析壓力容器的焊接技術(shù)與對策，得到相關(guān)理論。壓力容器功能特殊，對焊接要求也較高，目前常見的焊接技術(shù)包括多絲多弧焊接技術(shù)、窄間隙焊接技術(shù)、氣體保護焊接技術(shù)、熱絲填充技術(shù)、金屬粉添加技術(shù)等。為保證焊接工作的質(zhì)量，還要求推行相關(guān)對策，如自動化焊接技術(shù)的應(yīng)用、設(shè)備更新、技術(shù)研發(fā)等。后續(xù)工作中，各企業(yè)也應(yīng)重視壓力容器焊接技術(shù)的應(yīng)用，提升工作水平。