壓力容器用薄錐接管焊接防變形技術

白崇陽, 白崇暉，張正棠

（1. 甘肅省城鄉發展投資集團有限公司，甘肅 蘭州 730000；2. 中國石化銷售股份有限公司甘肅石油分公司， 甘肅 蘭州 730030；3. 甘肅省特種設備檢驗檢測研究院， 甘肅 蘭州 730050）

目前，隨著市場競爭日益激烈的環境下，為了提高壓力容器防腐蝕性能，壓力容器用不銹鋼產品被廣泛使用，不銹鋼制品大到工業設備、管道等重型機械的使用，小到生活中的用品、用具、家電產品、裝潢設施等日用品。隨著科學技術的不斷創新和國民經濟的日益繁榮，不銹鋼以優異的耐腐蝕性應用范圍將更加擴大。

不銹鋼具有諸多優勢，其中主要的優勢在于根據不同介質抗腐蝕性能優越，不銹鋼的力學性能和工藝性能也非常好，并且不銹鋼還具有耐高溫的特點，被廣泛應用在耐熱鋼、耐腐蝕、低溫用鋼和非磁性材料中。而且在許多大型設備上都用到不銹鋼，諸如石化行業中壓力容器、壓力管道、反應器、反應釜、蒸發冷等設備；以及其他方面的應用如吸收塔、熱交換器；冶金工業中的波紋管；電力工業中的渦輪葉片、熱氣管道；儀表工業中的彈性敏感元件；輕紡工業中洗染槽；造紙、木材的加工設備；醫療工業中的醫療容器、刀具；食品工業中的食品加工設備。不銹鋼還被應用在一些高端領域中，如核反應、軍工、航空航天、石油化工、制造、紡織食品加工等各個領域中。

壓力容器不銹鋼的應用挑戰也越來越高，在設備制造中對生產周期、產品的質量以及性能提出了巨大的挑戰，特別是對焊接工藝的要求越來越高。在焊接過程中最危險的就是焊接變形和焊接裂紋，焊接變形將直接影響產品尺寸、精度及外觀，它的出現最終會降低設備的承載能力，縮短設備使用壽命。焊接變形一旦形成將會通過各種各樣的辦法進行矯正，矯正過程費工、費時，增加了成本，有些變形無法矯正將導致設備直接報廢。因此，對于任何一個設備要嚴格控制焊接變形，有些設備焊接變形大小，直接影響產品質量、增加施工難度、降低生產效率，最終影響經濟效益。因此，在焊接中，嚴格執行焊接工藝，及時控制焊接變形并掌握它的變化規律，并采取相應的防變形措施，就會達到減小焊接變形的目的。如果對焊接工藝進行改進的話，將對生產制造起著推動的作用，減輕作業難度、節省作業時間、提高焊接質量。

一般對于不銹鋼焊接變形主要原因是：沒有嚴格執行焊接工藝，對不銹鋼焊接工藝不熟練，不銹鋼焊接熱量傳遞慢，很容易產生較大的內應力，一定要控制焊接速度，熱量一旦輸出不及時容易產生內應力，內應力的作用很容易產生變形。本文主要基于工廠實際生產中，在不銹鋼上焊接薄錐接管后變性較大，進而提出一種新方法來改善此缺陷，進而通過焊接技術改善后與改善前焊接后接管變形做一對比，從中發現存在在焊接變形中的一些問題。并針對該問題做了分析。

1 工藝技術及產品規格介紹

在技術改善前產品的規格為：產品為40908H不銹鋼、椎體厚度6 mm、設備錐體開孔接管多、開孔孔徑大。

1.1 改進前技術介紹

焊接過程中預防變形尤為重要，原工藝需將椎體與筒體焊接完后進行接掛組焊，焊接過程中為防變形需要內部打支撐、外部焊接，焊接完成后探傷內部清根，而且在接管內部仰焊難度大，操作不便，質量難以保證。

圖1 是技術改善前對錐體開孔、焊接、內部打支撐、清根、外部焊接、內部仰焊、焊接完后進行掛組焊等工藝圖片，圖1 所示，該工藝難度較大，關鍵點不好掌握

圖1 焊接變形改進前

1.2 焊接工藝改進

基于以上問題，通過技術、焊接工藝的改進，提出一種新的技術改進方案，即：將椎體周邊點焊在鋼板防止錐體整體下塌變形，可預防整體變形，再用楔鐵將三個大人孔接管端部分四點對稱用不銹鋼楔死，以主體材料為不銹鋼，所以在筒體上的楔鐵也為不銹鋼，然后采取小焊條小電流焊接，并且電流穩定，并采用水冷焊縫措施。焊接后再將錐翻過來將里面清根焊接，通過焊接工藝的改進，對各個工序的控制難易程度大大降低，質量方面也能很好的控制，節約時間、節約成本，提高效率，圖2為改進后的照片。

圖2 焊接變形改進后

2 改進前后對比

通過對焊接工藝、技術上的改進，改善前對于筒體上開孔接管多而且開孔孔徑大的焊接工作，在焊接完后要保證變形在一定范圍內是很困難的，其工作量和工作難度普遍較大，而且最重要的是焊接變形過程中的預防變形沒法控制。在原工藝中，需將錐體與筒體焊接完后進行接掛組焊、內部要打支撐、外部焊接、內部清根、內部仰焊，這些工作在實際操作車間難度相當大，工作中質量難以保證，因此，針對上述情況需要對工藝進行改進，改進后將大大減少罐體內部作業難度和時間，焊接質量也大大提高，這對往后的生產制造過程中，對焊接工藝提升有明顯的效果，焊后變形、質量和效率均有大幅度提升。

3 防止不銹鋼變形建議

不銹鋼件跟普通碳鋼不一樣，不銹鋼件焊接需要專門場地，避免其他雜質及氯離子等污染，從而影響不銹鋼件焊接質量，故焊接前必須對場地及焊接環境嚴格控制，及時清理附著在不銹鋼件焊接坡口上的油污、灰塵等雜物。若不銹鋼件焊接厚度較小時盡量采用氬弧焊焊接，這樣可以減小焊接變形，提高焊接質量，如采用手工電弧焊，焊接時應盡量減小電流輸入，快速焊，避免擺動。不銹鋼焊接時嚴禁在不銹鋼本體上引弧，防止電弧擦傷。焊接過程還應采取防焊接飛濺措施。焊接工作結束后采用不銹鋼工具清理焊接過程中的熔渣和附著在焊縫兩邊的飛濺。

如果不銹鋼厚度較厚，焊接工藝應采用多層焊，多層焊時嚴格控制每層間的溫度，及時清除污染物。焊接過程中應嚴格掌握預熱和層間溫度，一般不銹鋼層間溫度不宜超過60 ℃。

不銹鋼焊縫中的有害元素一般有氫，氧，氮，硫，磷等。焊縫中夾雜過多的有害元素會使的焊縫脆化，氫、硫的含量過高將會引起焊接裂紋。焊條和焊劑長時間放置在空氣中會吸收空氣中的水分使得焊劑和焊條受潮，在電弧高溫作用下焊縫內部產生氮、氫、氧等雜質直接影響焊接接頭質量。其中氮和氫會溶入金屬本體，產生的氧與金屬會發生氧化反應而形成金屬氧化物也會影響焊縫質量。母材和焊接材料在熔合反應中還會帶入硫，磷等雜質，這些雜質都會影響焊縫質量，因此，焊接過程中嚴格控制雜質元素非常重要。控制雜質進入焊縫的方法可以通過焊接前及時清除待焊工件坡口處的銹、水、油污，嚴格按照工藝規程，及時將焊條烘干，焊接完剩余焊條及時回收。

焊接完后的焊接接頭應按照工藝進行修磨，最終保證焊縫表面平整、光滑，焊縫不得有影響焊接質量的缺陷，焊縫與母材應圓滑過渡，焊縫高度不得低于母材。

不銹鋼件大多采用氬弧焊焊接，對氬弧焊機要及時清理，氬氣純正，焊接所用卡具均采用不繡鋼卡具，焊縫打磨、拋光都應采用專用拋光機、拋光片。

不銹鋼薄板的焊接過程中大多都是有變形的，主要的根據是是否影響使用質量，區分變形量的大小。通常情況下，不銹鋼焊接都會使用一些防止焊接變形的工裝來保證焊接質量，從而控制焊接變形，焊接后一般都要對不銹鋼件的焊縫、平面度等進行檢查，總體要求是將變形量控制在盡可能小的范圍內，一旦變形超過規定范圍，還要進一步對不銹鋼件進行整形。。

4 結論

1）在實際生產操作中對不銹鋼筒體上焊接薄錐接管焊接后變形的問題進行改進，最終使得焊接變形控制在標準范圍以內，通過對防變形技術改進使得工作量和技術難度大大降低，提高工作效率。

2）通過該不銹鋼焊接防變形技術改進的應用，對今后不銹鋼的應用具有推動作用，可以用該工藝控制類似的焊接工藝，尤其是在不銹鋼上的焊接，防止變形中具有重要的實際意義。