简述压力容器焊接新技术及其应用

简述压力容器焊接新技术及其应用

莫忠敬

中国能源建设集团广东火电工程有限公司 广东广州 510700

摘要：压力容器在我国的电力、化工等行业中被广泛使用，盛装某些气体和液体且具有一定压力或温度的密闭设备。在压力容器的制造过程中，由于所用介质的危险，制造过程中的如存在质量问题不仅会引起安全事故，而且还会造成很大的财产损失。本文介绍了压力容器及其应用的新焊接技术。

关键词：压力容器；焊接技术；新技术；应用

引 言

我国焊接技术的不断发展，虽然有效地解决了压力容器焊接中的一些缺陷，但是，目前压力容器焊接仍存在一系列缺陷和问题，尚未得到有效改善和完善。这包括许多因素，例如焊接材料的类型、焊接操作办法，焊接过程中工艺参数设置等，这些因素不利地影响了焊接过程的整体质量。

1. 压力容器与焊接技术的作用以及含义

压力容器是一种能承受一定压力或温度的封闭设备。该装置的主要功能是在电力、化工中盛装气体或液体的密闭容器。由于压力容器制造工艺复杂，材料选择，安装、焊接、检测等涉及多个环节。焊接技术主要是指同一种或不同种材料在通过加热或加压或两者并用,来达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程，这项技术用于压力容器的设计和生产。在电力行业发电厂建设过程中，压力容器的制造中，由于压力容器材料、规格、壁厚受设计机组大小，使用环境和场合的不同而不同。在大型机组建设过程中，往往压力容器材料要求高、规格大，筒壁厚，焊接量大，生产过程中，选择焊接办法和工艺不当，容易造成，工期长、施工难度大、焊接质量下降等。在压力容器生产许可过程中，选择正确、先进的焊接办法和工艺措施，可以有效避开不利的影响因素，提高焊接焊缝质量，确保压力容器运行安全和生产经济效益。

2. 压力容器焊接技术存在的问题

时代在进步，技术不断创新，对压力容器用的钢材和焊接技术要求不断提高，且压力容器设计变的更长、更宽、更高、更重。由于型压力容器，体积大、重量重，不便交通运输、施工现场受场地、环境，特别是焊接技术限制，在施工过程中采用高线能量和高效率的输入焊接技术，随着输入焊接热量的不断增加，这种焊接技术降低了热影响区的强度和强度，并且韧性也降低了，这对产品质量产生了严重影响。

目前，大型的压力容器都是工厂制造完成后，通过海运或陆运到施工现场，没有最优的焊接工艺技术在施工现场开展组合焊接生产，增加了施工成本和施工工期。因此，为了加速进一步的发展，有必要有效地克服热影响区所面临的问题，不断改善压力容器的焊接工艺。

3. 焊接新技术在压力容器中的应用

1. 窄间隙埋弧焊技术及应用

在压力容器制造中，由于压力容器工况不同（压力、温度）、壁厚不同、材质不同，所选择的焊接工艺技术也不同。在压力容器壁厚小于100mm时，多采用U型或双V型焊接坡口，控制焊缝宽度，从而保证焊接质量。在压力容器壁厚超过100mm时，使用传统U或V型破口形式很难达到满足要求焊接效果，不仅浪费资源，而且影响容器的焊缝质量。如使用窄间隙埋弧焊技术，可以解决这一系列问题。窄间隙埋弧焊技术是在传统的焊接工艺和焊接方法的基础上发展起来的，其利用特殊的焊丝和保护气体，引用先进的导入技术和焊缝跟踪技术来完成焊接作业。窄间隙埋弧焊技术具有节约资源、速度快、生产效率高、熔敷效率高、生产成本低的特点，在目前制造业中得到了广泛的应用。在实际焊接过程中，前道工序可以为后道工序进行预热，后道工作可以很好地为前道工序回火，从而保证了焊接接头的机械性能，降低残余应力降低容器变形，但该技术也存在一定缺陷，比如对焊接人员技术水平要求极高，装配周期较长，焊缝要求确保一次性检测合格，否则后期如发现缺陷处理难度大等。另外在窄间隙埋弧焊技术应用中，由于对这种技术认识不完善，认为间隙越小越好，但是实际情况是间隙越小，修复越困难，所以在实际应用中，需要正确认识窄间隙埋弧焊技术，从而更好地进行利用。

2. 弯管内壁堆焊技术及应用

在一般情况下，压力容器的制造过程中，弯管内壁需要进行堆焊作业有两种类型，其一，30°弯管内壁堆焊，其二，90°弯管内壁堆焊。30°弯管内壁堆焊技术是按照圆周环向方向进行自动堆焊作业的，并实现五轴协调运作，设备在既定数学模型的引导下，在压力容器的制造中能够实现焊道自动排列。在数学模型指导下，弯管堆焊多项参数能够作用在过弯管曲率半径以及内径的作业上，由于设备携带的弧压降会自动跟踪系统数据，进而确保自动弯管堆焊工作能够稳定、顺利进行。90°弯管内壁堆焊作业方式能够顺着弯管母线纵向进行自动堆焊作业。在一般情况下，压力容器制造会采用熔化极气体保护焊的方式进行不同材质的对接。在安装二维变位机时，工件会保持正常运作状态。同时，在工件保持正常运转时，必须使焊道稳定在水平状态，焊枪也需要精准安装在三维导航的既定位置上。随着科技发展，压力容器设备制造的弯管内部堆焊技术也取得了长足的发展，弯管内部焊接工艺也不断地稳定完善起来，在实际工作当中也能够有效地缩减压力容器的生产成本，从而在一定限度上降低了市场价格，即减少了资源浪费，同时也能够有效地提升压力容器在市场上的竞争力。压力容器弯管内部堆焊技术在现阶段得到了广泛采纳，同时在行业内也取得了一定的成果，在压力容器制造的弯管内部堆焊作业中也提供了巨大的帮助。

3. 接管自动焊接技术及应用

压力容器接管与筒体或封头焊接部位易发生开裂或泄漏等其他的质量问题，尤其在传统手工焊接作业中更加明显，故目前压力容器制造过程中多采用自动焊完成该工序操作。自动焊接技术包括两类，分别是接管与筒体焊接，接管与封头焊接，以上两种工艺通常都采用插入式接管。接管与筒体焊接技术中多采用接管马鞍形埋弧焊自动设备，目前基本淘汰原有采用机械仿形焊抢的马鞍形运功轨迹方法，多采用数字化控制方法，不仅精度高、适应性强、操作方便，而且对于厚度大或者窄间隙破口也同样适用。焊接过程中根据筒体和接管直径确定焊抢的运动轨迹，通过相应参数，建立数学模型，从而实现焊接过程的自动化。接管与封头自动焊接包括向心接管和偏心接管两类，自动焊接前关键工作是对埋弧机进行自动定位利用，利用焊抢在接管外壁自动寻找并定位到接管中心线上，再利用焊丝端部对破口高度进行自动跟踪。焊接设备上带有跟踪传感器，控制破口侧面与焊丝的距离，使该距离始终保持一致。一般坡口形式为单面坡口，通过调整相应工艺参数，实现多层多到坡口连续焊接。该方法定位效率高，同时解决人工定位偏差大的缺陷。

4. 新型激光复合焊接工艺

在传统的压力容器焊接中，填充钨极氩弧焊在某种程度上已被使用，因为它在焊接过程中不会散开并且焊接质量相对较高，但是随着社会经济的不断发展，由于使用该项技术在一定程度上影响了焊接的效率，在焊接过程中，氩气作为焊接保护气体，但在使用过程氩气保护不到位，导致在焊接过程中容易发生气孔、夹渣等焊接缺陷；在此基础上，创新了一种新型的激光混合焊接技术的工艺会产生几种相关离子，这些离子可以引导和吸引电弧，此过程使用纯氩作为保护气体，以确保电弧稳定燃烧，速度快、熔池深、变形小，逐渐取代了钨极氩弧焊在薄壁材料中的应用，从而提高了容器的焊接质量和施工效率，但充氩弧焊工艺中飞溅更少，用于焊接各种容器，被广泛使用。

5. 人工智能系统

人工智能系统主要是将压力容器的每一个部分焊接工序按照严格的焊接工艺参数输入到控制模块之中，结合埋弧焊加热的时间，这样在进行焊接制作时，导通开关后系统可以自动运行并实现控制功能。人工智能系统可以保证焊接迈向流水阶段，各项作业严格按照相应流程进行操作。焊接操作员利用设备就可以了解现场焊接情况。同时，人工智能系统可以模拟人工操作与控制流程，控制手段更加灵活多样，可以及时满足和响应需求，实现对多个部分的同时焊接，提高工作效率。在焊接时，各部分有统一的标准，提高焊接的质量和效率。

4. 压力容器焊接质量控制对策

1. 控制焊接材料的采购环节

影响压力容器焊接质量的重要因素是选用合适的焊接材料进行焊接工艺评定合格后，根据施工工作量和工期情况策划进行定量和分批采购，以免过剩浪费或资金周转困难。在存储焊接材料时，必须严格按照焊接材料的存储要求进行存储，以使外部环境不会对焊接材料造成特定的腐蚀。在焊接压力容器之前，采用焊条必须进行烘焙方可使用，其它焊材必须保持干燥、清洁，方可使用。

2. 焊接工艺的选择

压力容器的焊接前，应根据压力容器的钢材特性，板厚，母材，工况等因素，选择焊接工艺时，必须确保焊接工艺参数能够达到设备应用的强度和良好的安全性，使压力容器的焊接质量达到设计要求，运行安全可靠性，完成焊接工艺评定报告试验工作。其二，依据国家和行业相关的压力容器焊接标准和设计技术文件要求，科学合理编制焊接施工方案，焊接施工过程中，根据方案内容认真做好安全质量交底。在压力容器焊接方案选择中，可以选择埋弧焊进行结构件的容器焊接，也可选择气体保护焊相结合的焊接办法来进行更精确的压力容器施工。在压力容器焊接方案选择时，若是进行结构件的容器焊接，可以选择埋弧焊，而精度较高的压力容器进行焊接时，可以进行气体保护焊。在压力容器的具体焊接头进行焊接时，可以在立焊、平焊、仰焊中选择。而一些特殊的压力容器，为了确保焊接的质量，可以

采取“一枪三焊”的方式，提高焊接头的性能与质量。

结束语

随着科学技术的不断发展，新的焊接技术得到了不断的应用，压力容器的质量有了明显的提高。我们成功应用了我国自主研发的各种先进焊接技术，但我国的压力容器焊接技术与发达国家之间仍然存在一定差距。有必要进一步加强研发，缩短与发达国家的距离，进一步提高压力容器的焊接质量和施工效率。

参考文献

1. 压力容器焊接新技术与运用实践微探[J].郭才宝.石化技术.2018(01)

2. 厚壁12Cr2Mo1R材料双丝窄间隙埋弧焊试验研究[J].徐成,张峥,张丽莹,张洪涛,李祺.石油化工设备.2019(06)

3. 压力容器点装焊接[J].胡建玥.福建质量技术监督.2019(12)

4. 自动化焊接新技术在机械制造中的应用探究[J].张雷.内燃机与配件.2019(23)

5. 压力容器焊接新技术及其应用[J].董红瑞.时代农机.2019(10)

6. 压力容器焊接新技术及其应用[J].钟基康.化工设计通讯.2019(05)

7. 压力容器制造中焊接实用技术应用分析[J].林思甜,肖飞.科技风.2018(32)

8. 压力容器焊接新技术及其应用分析[J].王丹阳.中国设备工程.2019(19)