浅谈压力容器焊接热输入的控制

摘 要：压力容器对于焊接要求严格，控制好焊接热输入量是压力容器焊接质量合格的前提，是压力容器制造中的关键环节。本文就压力容器焊接热输入量的计算及基本控制方法进行了探讨。对于实际生产中的压力容器焊接可以在此基础上进行深入分析，参照控制的基本方法制定焊接热输入量的控制标准，纳入到焊接文件中执行。

关键词：焊接热输入；冲击性能；耐蚀性能；电流；电压；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.043

在生产中，压力容器焊缝对冲击性能、耐蚀性能等有特殊要求，当技术文件中对产品的冲击韧性及耐腐蚀性提出了要求后，焊接文件就应当限制焊接过程中的焊接热输入。

1 焊接热输入的影响因素

1.1 影响因素

影响焊接热输入大小的因素主要有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、预热温度、多层多道焊的层间温度、焊缝尺寸、电流特性、电流种类、焊条特性、焊接位置、焊条直径等。

焊接热输入大小根据焊接工艺评定确定，在产品制造过程中以评定时的范围为准。

1.2 计算方法

产品制造时热输入的主要有两种计算方法，一种是根据焊接、电弧、焊接速度计算，一种是根据焊缝金属体积，通过焊缝金属体积变化计算。制造过程中主要使用：焊接热输入量=热效率系数×来计算焊接热输入。

热效率系数按照焊接方法进行确定。如：焊条电弧焊热效率系数为：0.8，钨极气体保护焊为：0.6。参照标准选取合适的焊接方法后，选取热效率系数。

2 焊接热输入控制方法

2.1 压力容器制造过程中控制热输入量的基本方法

对焊接热输入量进行控制的基本方法和原则如下：

a）采用窄焊道焊接；

b）控制焊前预热温度；使温度在要求的温度范围内；

c）控制焊接工艺参数，使焊接工艺参数满足热输入工艺要求及焊接工艺要求；例如：低碳钢、低合金钢和耐热钢材料的焊接，控制焊接电流，焊接电压和焊接速度等参数，使焊接热输入量在规定范围，不得高于最大值，也不得低于最小值。奥氏体不锈钢镍合金等材料控制焊接电流、焊接电压和焊接速度使热输入量极端结果不高于最大值；

d）控制焊接层数及焊道数，不得随意减少焊接层数及道数；

e）控制摆动幅度，摆动焊接时，摆动幅度不得超出规定值；

f）控制焊条直径，焊条直径不得大于允许使用的焊条直径；

g）当焊接工艺文件无要求时，施焊过程中控制焊道宽度及厚度，使之不超过焊接工艺评定时的尺寸；

h）焊条电弧焊时，焊条的单位施焊长度不低于要求的最小值。对于平焊、横焊、仰焊等焊接位置采用直焊道焊接，立向上焊摆动幅度不得超过焊条直径3倍。避免宽焊道焊接；

i） 焊道排布满足焊接工艺要求，不允许增加焊道厚度而减少焊接层数，也不允许增加焊道宽度而减少每层焊道数量；

j）每种规格焊条的单位施焊长度不得低于规定的最小值。

2.2 不同类型钢种及焊接方法焊接时焊接热输入控制要求

手工电弧焊焊接低碳钢时，焊接热输入量对接头性能影响不大，对低合金高强度钢，焊接热输入量增大，则晶粒粗大，导致韧性下降。通过焊接工艺评定合格后，做出焊接工艺规程，合理控制焊接热输入，在保证焊接质量的前提下，适当采用较大焊接电流，可以提高生产效率。

对于压力容器焊接结构通常作焊接工艺评定的同时考虑焊接热输入量，确定焊接电流的范围，再参照焊接电流与焊条直径的关系来确定焊条直接。在焊接工艺评定时去顶焊接线能量，合格后确定焊接电流等焊接工艺参数。当焊接热输入量确定后，则确定了焊接电流，焊接电压及焊接速度等参数。

厚度较大的板材焊接时一般开坡口采用多层焊或多层多道焊，每层焊接厚度一般为5mm以内。手工电弧焊熔深约为6-8mm，每层焊接厚度为焊条直径的0.8-1.2倍时，生产效率相对较高。多层多道焊焊接热输入较小，热影响区小，接头塑性。韧性较好。当焊接低合金钢等压力容器常见钢种时，若采用大的焊接热输入量，性能会大幅下降，但是若采用的焊接热输入量过小，则会产生裂纹。因此在焊接工艺评定時选取合适的焊接热输入量，当焊接热输入量满足要求时，可选取较大范围的热输入量，以便于焊接操作。

对于自动焊，焊接时要设定好焊接电流、电弧电压、焊接速度进行焊接。对于手工焊，焊接时还要注意电弧长度、焊炬移动，以及控制好焊道的宽度及厚度。

3 结论

在焊接过程中需要填写热输入记录表来记录焊接过程的热输入量。控制好焊接热输入量才能使压力容器制造既能满足使用要求，又能提高生产效率。

参考文献：

[1]低碳钢与低合金高强度钢焊接材料[M].机械工业出版社，1987.

[2]霍立兴.焊接结构工程强度[M].机械工业出版社，1995.

[3]李海华，赵立凡，郭兴建等.应用相控阵检测实例与分析研究[J].压力容器，2008，25（08）：13-18.

作者简介：赵建宇（1975-），山东人，本科，助理工程师，研究方向：核电设备制造。