壓力容器焊接新技術及其應用

林志強 胡家瑞 王林娜

1.中國能源建設集團黑龍江能源建設有限公司 黑龍江 哈爾濱 150046

2.哈爾濱熱電有限責任公司 黑龍江 哈爾濱 150046

3.華電能源佳木斯熱電廠 黑龍江 佳木斯 154005

隨著我國社會經濟的飛速發展,壓力容器在社會各行業的作用越來越突出,其制造生產要求也越來越被社會關注。厚壁壓力容器作為當今壓力容器中的重要組成,焊接工藝需重視質量與效率的統一,在確保焊接質量的前提下提高焊接效率,提高焊接效益[1]。目前,在壓力容器焊接中窄間隙埋弧焊接技術最為常見,其應用有了突出的優勢和成功的經驗,是眾多重大壓力容器焊接中的常用技術,且在目前已經實現了數字化控制模式,使用不同場所、不同需要的焊接。

一、壓力容器與焊接技術概述

自從改革開放以來,我國鋼鐵產量逐年上升,從上個世紀八十年代的數千萬噸到今天,翻了十多倍,鋼年產量的快速增長為大型、重型壓力容器的制造創造了條件,也帶動著我國壓力容器產業的迅速發展,推動著焊接技術的進步。

(一)壓力容器

在當今時代發展中,壓力容器被廣泛的應用在社會生產的各個領域,尤其是在國民經濟不斷繁榮的新時期,壓力容器制造技術要求越來越高。壓力容器主要指的是盛裝氣體、液體且具備承壓能力的密封性設備,其在能源、化工、動力、軍事、航天、科研等領域被廣泛的應用且作用極高。

(二)焊接技術

焊接技術是在高溫或者高壓條件下,使用焊接材料將兩塊或者兩塊以上的母材或者剛才連接成一個整體的方法。焊接技術在鋼材技術和壓力容器生產技術的推動下得到很大的提升,成為工業生產中設計、生產、制造企業都高度重視的技術之一。

隨著社會對壓力容器種類和質量要求的不斷提高,焊接新技術越來越被重視,可以說焊接質量直接關系到壓力容器的生產質量和效率,決定著壓力容器的使用壽命。為了提高壓力容器的生產質量和效率,降低生產成本、縮短制造周期,當前越來越多的容器生產制造企業重視焊接工藝的選擇和應用。

二、壓力容器焊接新工藝和應用

焊接技術在壓力容器制造中的地位十分突出,其焊接質量和細節處理是否到位直接關系到壓力容器的使用性能和安全性。在科技高速發達、信息技術日趨成熟的社會環境下,壓力容器焊接工藝也逐漸成熟,逐漸向著高質量、數字化、智能化方向邁進,由此形成了許多焊接新工藝,其中常見的有窄間隙焊接工藝、彎管內壁堆焊工藝等,下面就這些技術的具體應用進行分析。

(一)窄間隙焊接工藝

隨著社會對壓力容器要求的不斷提高,壓力容器的單位長度、焊接金屬充填量都在急劇上升,焊接材料的消耗越來越多,但由此引發的焊接質量問題也越來越明顯。窄間隙焊接工藝便是在這種背景下形成的,有效緩解了這些問題。窄間隙焊接工藝的應用針對了這些缺陷,根據熱輸入大小將窄間隙焊接工藝分為低熱輸入窄間隙焊接技術和高熱輸入窄間隙焊接技術兩種。

低輸入窄間隙焊接技術主要指的是焊絲在熱能輸入6千焦每厘米以下的焊接方法,其直徑通常為1.1mm左右,一般利用雙絲或者三絲進行焊接,通過獨立的焊接電源、控制系統將焊絲直接送入到焊縫中[2]。這種技術在應用中的有點有:首先,減少了焊縫體積,降低了應力的發生率,降低了壓力容器變形現象,有效節省了焊絲消耗量。其次,這種技術焊接的壓力容器的韌性好、焊縫細小。最后,木材金屬能夠快速溶解并填充到焊縫中,放置了焊縫開裂現象的發生。

高輸入窄間隙焊接工藝是采用直徑為2.5～4.8mm的焊絲進行焊接,在焊接的時候電流較大,焊縫之間極容易形成裂縫。因此在目前壓力容器焊接中為了降低裂縫的產生,通常都采用脈沖電流焊接和直流正接兩種方法。

總之,窄間隙埋弧焊在壓力容器焊接工作中有著發熱小、坡口截面小的優勢,且在應用中能有效控制變形率,使得材料性能得到更大程度的發揮。就目前焊接中這一技術的應用優勢而言,主要有:節省了焊接材料和焊接時間,不僅降了生產成本,提高了生產效率,還有效保證了焊接質量。另外,窄間隙埋弧焊在應用中采用了自動跟蹤裝置,有效減少了人工勞動量,保證了焊接整體質量。

三、彎管內壁堆焊技術

經過長時間的試驗,人們發現,在使用一段時間后,壓力容器的接管內壁大多都會出現一定程度的腐蝕。因此,在實際操作生產過程中,為了延長壓力容器的使用壽命,需要對壓力容器的接管內壁焊接層進行堆焊操作,將不銹鋼耐磨層堆焊在接管內壁上。但是這樣在實際操作,彎管內部堆焊設備的設計操作相當復雜。在30°彎管內壁堆焊實現90°彎管內壁整體堆焊過程中,人們先將90°的彎管分為三段,分別進行內壁堆焊后,再整體組焊成90°彎管。而現在人們已經發明出了90°彎管內壁自動堆焊設備。

(一)30°彎管堆焊技術

30°彎管內壁自動堆焊機的運作方法為5軸協調運動,自動排列焊道。工件進行3軸運動,第一,進行勻變速旋轉運動,與焊槍擺幅寬窄變化一致,焊接的速度保持不變;第二,工件每焊一圈,進行平移變位使下一圈焊縫圓心處于旋轉中心上。焊接機頭進行2軸運動,每完成一圈的堆焊后,焊槍后退一個位移,進行下一圈的堆焊;第三,工件每焊一圈,進行擺角變位,使下一圈焊縫處于與焊槍垂直的平面內;焊接過程中,焊槍做變擺幅運動,對應彎管的內外母線,擺幅從小到大再到小,使堆焊層保持均勻。

(二)90°彎管堆焊技術

90°彎管內壁堆焊采用的方法為熔化極氣體保護焊,沿著彎管母線縱向進行自動堆焊。通過安裝在二維變位機的工件的旋轉運動實現焊接過程;90°彎曲焊槍安裝在三位導軌上,是為了實現焊槍的自動變位;由于工件的翻轉運動使每一條焊道都處于平焊位置。

四、結束語

總之,在當前我國壓力容器焊接技術已經相當成熟,相比傳統的焊接工藝有了顯著的進步,已經延伸出了許多新的焊接技術,且伴隨著國民經濟的發展和科學技術的進步,焊接技術必然會得到更深的創新,能夠有效提高壓力容器焊接工作效率。