等離子自動焊在壓力容器上的應用

唐純鑫

（上海姚成輕工機械有限公司，上海 201411）

1 等離子焊接工藝的概念及優勢

等離子焊接指的是利用等離子槍將陽極和陰極之間的自由電弧壓縮成高溫、高能量密度、高電離度及高焰流速度的電弧，使母材熔化形成冶金結合的焊接技術。相比一般的電弧焊接工藝，等離子焊接工藝具有眾多的優勢：（1）能量密度大，等離子電弧方向性和融透能力均較強，可一次焊透8～10mm的不銹鋼鋼板，且其焊接速度較快。（2）電弧攪動性好，等離子焊熔池溫度高，電弧攪動性好，有助于釋放熔池內氣體。（3）壓縮效應高，等離子焊對焊接電流的要求較低，即使在0．1A的小電流狀態下，也能達到穩定的電弧燃燒，因此，其非常適用于微型緊密零件的焊接。（4）小孔效應穩定，等離子電弧可產生穩定的小孔效應，通過小孔效應，僅在正面焊接便可達到雙面成型效果。（5）焊接成本低，相比一般的氬弧焊，等離子焊可省1/3～1/2的電和1/2～2/3的氣，且在較小的焊接厚度情況下，也不需填絲，從而能降低焊接成本。（6）擴散角小和挺直度好，等離子焊擴散角小、挺直度好，易獲得優質的焊接接頭，因此，非常適用于壓力容器、鍋爐等對焊接接頭要求較高的產品制造。

2 等離子焊機設備組成、技術參數及主要焊接方法

2.1 等離子焊機設備組成

為了提高上海姚成輕工機械有限公司容器的焊接質量和焊接效率，我公司新購置了一臺上海朗志等離子自動焊機，等離子焊機設備主要由等離子焊槍、氬弧焊槍、焊接電源、AVC+OSC焊接控制器、離子視頻監控系統、焊接操作機、冷卻水箱、HGJ20-C可調式滾輪架等設備組成，工件直徑范圍為400～4000mm，焊接鋼板理論上厚度為3～20mm，最大不可超過20mm，對筒體縱、環縫等焊接均可適用，這些焊縫的可靠性、質量均較高，因此，其對焊接設備的要求也更加嚴格，不僅能夠對焊接電流、脈沖的時間進行精確的控制和調整，且還能對提前送氣、滯后送氣的時間進行精準的控制和改變，且還需對焊接行程進行精確的控制和改變，使其在完成焊接后能自動衰減。另外，還需確保焊接設備操作靈活、簡便，焊接參數穩定、可靠，重復性良好

2.2 焊接工藝評定

壓力容器產品焊接前需對等離子自動焊+氬弧焊（P+T）的焊接方法進行焊接工藝評定，首先，根據NB/T 47014-2011《承壓設備焊接工藝評定》編制預焊接工藝規程（pWPS），可采用尺寸為400mm×150mm×10mm的單塊試板兩塊進行焊接效果評定，即將焊接引弧板和熄弧板加在試板的兩端，然后，按照預焊接工藝規程(pWPS)參數進行試板焊接，完成試板焊接后，需對試板的焊縫外觀進行檢查，確保內外焊縫成形良好，無明顯缺陷，再按照NB/T47013-2015《承壓設備無損檢測》進行X射線照相，在X射線照相合格部位按NB/T 47014-2011制取試樣，拉伸試驗按規定的試驗方法測定焊接接頭的抗拉強度，每個試樣的抗拉強度應不低于標準規定的母材抗拉強度，彎曲試驗檢驗結果顯示α=180°，且背彎、面彎無裂縫，有沖擊試驗要求的應按規定制取沖擊試樣，所有試驗合格則可將焊接工藝評定為合格，從而形成焊接工藝評定報告（PQR）。

2.3 等離子焊接工藝的主要焊接方法

等離子焊接工藝的焊接方法主要包含縱縫焊接和環縫焊接兩種。（1）縱縫焊接，兩端焊接100×50mm的引弧板和熄弧板，由于縱縫的間隙和錯邊量均較小，采用等離子焊接工藝對其進行焊接，不僅能有效保證組對質量，且還能引出可能產生的焊接缺陷。（2）環縫焊接，起弧和收弧是保證環縫等離子弧焊工藝質量的關鍵，其中，起弧指的是從引燃等離子弧至形成正常熔池的過程，這一過程不僅會對焊接能否正常進行產生直接的影響，同時還會影響等離子弧焊收弧質量，因此，焊接人員應對起弧部位進行合理的選擇，一般選擇錯邊量少、間隙小等環縫組對質量較好的部位起弧，并且，還需采用預熱、離子氣流量遞增的方式起弧，也即先將非轉移小弧引燃和熱通離子氣以對焊件進行預熱，然后，將轉移大弧引燃和電流加大，同時對離子氣進行遞增，延時后轉動焊件，形成“小孔效應”后進行焊接。

3 等離子自動焊在壓力容器上應用

3.1 焊接前的技術要求

在壓力容器上應用等離子自動焊主要是采用等離子自動焊打底、氬弧焊自動焊蓋面的焊接方法進行，材料厚度和坡口形式不同，設置的坡口角度、鈍邊P范圍也具有一定的差異，如材料厚度≤8mm，坡口形式為I型，不設置間隙；材料厚度為10～12mm，坡口形式為外Y形時，坡口角度設置為70°～75°，鈍邊P范圍為(5±0．5)mm；材料厚度為＞12mm，坡口形式為外Y形時，坡口角度設置為80°～85°，鈍邊P范圍為(5±0．5)mm，這有這樣才能確保坡口加工滿足焊接要求，從而才能順利進行焊接。

3.2 等離子自動焊的焊接步驟

（1）操作人員安全防護。焊工面罩（10#或更高的防護玻璃）-防弧光打眼和對臉部的保護；工作服-棉的阻燃防止燒壞衣服或本人；工作鞋-鋼頭防砸、絕緣；護目鏡-防止打砂輪時對眼的傷害。

（2）焊道前準備。首先檢查點焊點是否氧化，若有氧化，先用砂輪片打磨干凈，再用布砂輪進行光潔處理，防止磨痕內殘留物影響工件焊接質量和焊接效果，然后檢查是否仍有氧化現象未處理，若處理干凈，就用鋼絲刷進行最后處理。

（3）焊機準備。①對鎢棒進行打磨，打磨的錐形頂端到底部不得少于6毫米，不得有毛刺、裂紋。②裝等離子槍火嘴，型號與焊接母材厚度相對應，詳細見焊接參數表。③裝氬弧焊槍焊磁嘴，選用規則：6mm以下用8#磁嘴，6mm以上用10#磁嘴。④打開中心氣體鋼瓶，氣瓶氣壓不得低于2MPa，我司選用“氫氬混合氣”，比例氬氣97%，氫氣為3%，選用氫氬混合氣可以提高焊接效率，成品率和成型效果；打開焊槍保護氣氣體鋼瓶，氣壓不得低于3．5MPa，我司選用的是“氫氬混合氣”；打開面保和背保氣體，我司用保護氣為99．99%以上的純氬，保證兩個氣瓶內氣壓足夠可供焊接過程之中使用。⑤檢查冷卻壓縮機和水泵是否工作，顯示燈是否點亮。⑥焊絲盤裝置在架子上。

（4）開始焊接。采用等離子自動焊對縱縫焊接前，焊接人員需讓槍頭空走一遍，通過焊接槍頭和工件水平和垂直偏差調整工件以達到焊接最佳位置；采用等離子自動焊對環縫焊接前，需通過空轉對組對質量進行仔細檢查，并對錯邊和間隙大的位置進行標記，在具體操作時合理調整電流和槍頭離工件的位置，從而達到良好的焊接效果。

3.3 等離子自動焊常見的問題分析

（1）偏弧。一般因為“火嘴老化”、“鎢極損壞”、“鎢極打磨偏心”等問題所引起。

（2）等離子外焊道成型咬邊。一般因為焊槍安裝傾斜度過大、焊接速度過快、焊槍中心磁環破損、鎢極打磨偏心、等離子中心氣體過大等問題所引起的。

（3）等離子外焊道鋸齒狀。一般因為火嘴老化、電流過大、環焊焊槍位置擺放過后、鎢極損壞、內保氣體過大、水路堵塞焊槍溫度過高、氣體不純等問題所引起。

（4）等離子內焊道成型過大。一般因為火嘴型號過大、焊接速度過慢、氣體比例不正確、焊縫拼接間隙過大、電流過大等問題所引起。

（5）等離子內焊道成型尖銳。一般因為等離子中心氣體過大、焊接速度過快、火嘴型號太小等問題所引起。

（6）等離子外焊道高低不平。一般因為母材前處理問題、焊道拼接間隙不均勻、氣體不穩定、焊機航道有拖掛等問題所引起。

4 結語

我司通過引進等離子自動焊，它焊接速度快，效率高得到充分發揮，大大提高了本公司容器環、縱縫的焊接效率，一定程度上降低了公司的用工成本，焊接操作人員在不斷摸索，不斷提高自身的焊接技能，一次探傷通過率達到99．5%，不僅焊接質量得到了保證，并且表面成型效果要比手工焊接美觀，客戶對產品的焊道質量大為贊賞，因此，相關企業可積極采用該項技術進行壓力容器產品的生產和制造。隨著等離子自動焊在壓力容器行業上及其他行業上廣泛應用，會使得焊機更加優化，更加高效，焊接的母材厚度也會越來越厚。