壓力容器焊接方法及其性能指標對比分析

侯連清

摘要：工業生產的壓力容器是一種特殊設備，在制造過程中有大量焊接工作，并要求嚴格的精度。因此，必須選擇適當的焊接方法。本文研究了壓力容器的焊接工藝和性能指標比較，供有關人員參考。

關鍵詞：壓力容器;焊接方法;性能指標

壓力容器是工業制造的重要設備，直接影響到作業的安全性和可靠性。制造合格的優質設備需要許多過程。設備主體的主要結構大多是全焊結構，因此壓力容器的焊接工藝和程序對于確保壓力容器的安全性和可靠性至關重要。如果焊接質量得不到保證，很有可能影響設備的使用壽命和安全操作。

一、壓力容器的焊接特點

壓力容器具有較高的強度。本體由殼體材料C、Mn、Nb等低合金鋼組成，鍋爐的強度較高。如果使用的剛度過高，可能會出現裂縫。此外，焊接后，許多元素仍留在奧氏體，使得焊縫處的焊縫容易開裂，并影響到壓力容器設計的壽命。壓力容器的尺寸和壁厚相對較高。在特定焊接工藝中，焊接前需要預熱。在焊件預熱、微觀察和焊縫觀察方面存在問題。由于焊接難度，必須保證焊接工藝的合理應用和焊接方法的合理選擇，以保證焊接質量。

二、壓力容器的焊接方法

壓力容器的焊接方法直接影響設備的可靠性。必須進行選取以確保焊接品質。下面簡要介紹了幾種焊接方法。

1.手工電弧焊接。在此焊接方法的應用中，電弧焊接產生的高溫主要有助于焊接過程熔化。電極是焊條和焊件件用，電弧產生的熱量用于熔化焊條及焊件，焊縫生產。此方法是手動執行的，該方法雖然較為靈活，但由于操作人員的技術狀況，焊縫質量受到嚴重影響，效率并不理想。

2.埋弧焊。沿焊接方向將引燃電弧、送絲、電弧至焊接收尾的整個過程由機械設備完成。生產率、良好的操作條件、簡單的維護、穩定性和高焊接質量。主要焊接廣泛應用于主體焊縫，適用于批量生產。

3.氣體保護電弧焊。焊接工藝采用保護氣，在應用程序中非常簡單，可用于自動和全方位焊接。這種實用的新型焊接工藝成本低、效率高、操作方便、質量穩定。

4.等離子弧焊。這是一種混合焊接方法，使用高密度離子束作為焊接源，具有能量密度、高生產率、焊接速度、電孤穩定性等特性。它特別適用于焊接各種難熔、氧化和熱敏感性金屬材料，焊接例如鎢、銅、鎳、鈦等。

三、試件性能試驗及分析

1.外觀檢查焊縫。焊縫外觀的質量控制包括焊縫余高，錯邊量，咬邊。使用壓力容器時，焊縫承受可變載荷，如低溫容器要求余高必須為零，以避免錯邊及咬邊。實驗是余高較大的焊條電弧焊，2.8mm實測值;第二個是埋弧焊，1.5 mm實測值，等離子弧焊0.5mm最小焊縫余高。各焊接咬邊、錯邊等未產生。從焊縫表示中可以看出，等離子焊縫看起來整齊有序，焊縫看起來最好。

2.無損檢測焊縫。無損檢測是壓力容器的主要檢測方法，不危害設備的完整性。每種焊接方法都使用射線和滲透。使用XXH-3005射線探傷，探傷檢測使用單壁單影法。700毫米焦距，180kV電壓，3mA電流強度，3分鐘曝光時間，采用探傷劑Ⅱc-d的滲透探傷，滲透和顯像時間10分鐘。使用目視檢測，表面缺陷這三種焊接方法都沒有發現。射線探傷過程中，在焊條電弧焊中發現了氣孔1mm。檢驗板符合本標準的要求是Ⅰ級合格。未發現任何符合標準Ⅰ級合格的缺陷。焊條電弧焊是手動焊接。手工焊焊接對焊工的能力的影響很大，且重復頻率較低。因此，接過技術存在缺陷，而機動焊有埋弧焊與等離子弧焊。一旦正確設置了設備參數，就可以實現正常、重復、高裝配精度、保證焊縫質量而不會出現焊接缺陷。

3.焊接拉伸。拉伸測試是焊縫力學性能的重要指標。S30408不銹鋼符合GB/T 24511的要求，抗拉強度RM≥520 MPa。力學性能性能拉伸試樣的制備和評價必須符合NB/T 47014標準的要求。取樣準備如下：移除余高以齊平母材，試樣的厚度等于其厚度（8 mm）、寬度20 mm和橫截面160 mm2。試驗采用WAW-1000D測量儀控制PC上的電磁伺服驅動。根據拉伸試驗結果可知，采用焊條電弧焊進行

焊接的試樣，塑性斷裂位于焊縫處，位于94.88 kN斷裂載荷、拉伸強度為593 MPa的焊縫上;如果符合NB/T 47014要求的母材拉伸強度是同一金屬材料的規范，則拉伸強度不得低于本標準中母材的最小拉伸強度。埋弧焊的抗拉強度下降，塑性斷裂于焊縫處，斷裂載荷85.28 kN，533 MPa抗拉強度;如果符合NB/T 47014抗拉強度標準，則抗拉強度不得低于該標準規定的最小抗拉強度;如果抗拉強度符合同一金屬材料的規范，則抗拉強度不得低于該標準規定的最小抗拉強度。該值，即拉伸強度（520 MPa）。105kN斷裂載荷、656 MPa抗拉強度如果符合NB/T 47014要求的母材拉伸強度是同一金屬材料的規范，則拉伸強度不得低于本標準中母料的最小強度（520 MPa）。試件對三種拉伸強度焊接方法的拉伸強度滿足標準的下限值，但試驗材料的拉伸強度可能不同。等離子弧焊（656MPa）的拉伸強度最強，其次是焊條電弧焊（593MPa）和強度值最小是埋弧焊（533MPa）。焊接接頭的機械特性主要與焊接過程的熱組織有關。焊接過程中的熱量供應決定了焊接過程中的熱力和動態。焊縫可以分為縫區、熔合區和熱影響。根據熱輸入標準，每個區域對于晶粒可能有不同的大小。當熱供應增加，焊接過程中晶粒增加時，顆粒厚度是影響材料動力學性能的重要因素。分析表明，隨著熱輸入的增加，焊縫同一點的峰值溫度上升，延長高溫停留的時間有利于晶體的生長和厚度。探測焊縫的熱輸入如下：28 kJ/cm埋弧焊，25 kJ/cm焊條電弧焊，13 kJ/cm等離子弧焊。埋弧焊點輸入大，焊接顆粒大，力學性能差;接下來是焊條電弧焊。弧焊盡管熱量不足，但集中在線能量和電弧束上。它們小熱影響，細晶粒，組織有序，力學性能好。

4.試驗焊縫彎曲。彎曲試驗是焊接塑性的參數。制備彎曲試樣評估必須滿足NB/T 47014的要求。對于不同的焊接方法，使用背彎、面彎各2個，彎曲試樣4個，試樣為8mm厚度，為38mm寬度，直徑為32mm。按標準將彎曲至180°，測試后，拉伸曲面和熱區域中的焊縫在任何方向上都沒有超過3mm的開口缺陷。結果表明，采用三種焊接方法焊接的材料形狀良好。

通過試驗不同焊接方法生成的焊縫的外觀質量、無損質量和力學性能。離子弧焊焊縫外觀整齊、美觀，焊條電弧焊重復差異在很大程度上取決于焊工的技能，不能保證密集操作的質量。其他兩種焊接方法重復且有效。經射線探傷后確認焊縫無缺陷、質量優良。埋弧焊熱輸入大，焊接顆粒大，力學性能差;其次是焊條電弧焊，等離子弧焊具有線性能量電弧束集中，熱影響面積小，細晶粒，組織、力學性能好。通過比較幾種弧焊的不同性能，可以看出等離子弧焊在各個方面表現良好，應用前景廣闊。

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