压力容器焊接新技术及其应用

林志强 胡家瑞 王林娜

1.中国能源建设集团黑龙江能源建设有限公司 黑龙江 哈尔滨 150046

2.哈尔滨热电有限责任公司 黑龙江 哈尔滨 150046

3.华电能源佳木斯热电厂 黑龙江 佳木斯 154005

随着我国社会经济的飞速发展,压力容器在社会各行业的作用越来越突出,其制造生产要求也越来越被社会关注。厚壁压力容器作为当今压力容器中的重要组成,焊接工艺需重视质量与效率的统一,在确保焊接质量的前提下提高焊接效率,提高焊接效益[1]。目前,在压力容器焊接中窄间隙埋弧焊接技术最为常见,其应用有了突出的优势和成功的经验,是众多重大压力容器焊接中的常用技术,且在目前已经实现了数字化控制模式,使用不同场所、不同需要的焊接。

一、压力容器与焊接技术概述

自从改革开放以来,我国钢铁产量逐年上升,从上个世纪八十年代的数千万吨到今天,翻了十多倍,钢年产量的快速增长为大型、重型压力容器的制造创造了条件,也带动着我国压力容器产业的迅速发展,推动着焊接技术的进步。

(一)压力容器

在当今时代发展中,压力容器被广泛的应用在社会生产的各个领域,尤其是在国民经济不断繁荣的新时期,压力容器制造技术要求越来越高。压力容器主要指的是盛装气体、液体且具备承压能力的密封性设备,其在能源、化工、动力、军事、航天、科研等领域被广泛的应用且作用极高。

(二)焊接技术

焊接技术是在高温或者高压条件下,使用焊接材料将两块或者两块以上的母材或者刚才连接成一个整体的方法。焊接技术在钢材技术和压力容器生产技术的推动下得到很大的提升,成为工业生产中设计、生产、制造企业都高度重视的技术之一。

随着社会对压力容器种类和质量要求的不断提高,焊接新技术越来越被重视,可以说焊接质量直接关系到压力容器的生产质量和效率,决定着压力容器的使用寿命。为了提高压力容器的生产质量和效率,降低生产成本、缩短制造周期,当前越来越多的容器生产制造企业重视焊接工艺的选择和应用。

二、压力容器焊接新工艺和应用

焊接技术在压力容器制造中的地位十分突出,其焊接质量和细节处理是否到位直接关系到压力容器的使用性能和安全性。在科技高速发达、信息技术日趋成熟的社会环境下,压力容器焊接工艺也逐渐成熟,逐渐向着高质量、数字化、智能化方向迈进,由此形成了许多焊接新工艺,其中常见的有窄间隙焊接工艺、弯管内壁堆焊工艺等,下面就这些技术的具体应用进行分析。

(一)窄间隙焊接工艺

随着社会对压力容器要求的不断提高,压力容器的单位长度、焊接金属充填量都在急剧上升,焊接材料的消耗越来越多,但由此引发的焊接质量问题也越来越明显。窄间隙焊接工艺便是在这种背景下形成的,有效缓解了这些问题。窄间隙焊接工艺的应用针对了这些缺陷,根据热输入大小将窄间隙焊接工艺分为低热输入窄间隙焊接技术和高热输入窄间隙焊接技术两种。

低输入窄间隙焊接技术主要指的是焊丝在热能输入6千焦每厘米以下的焊接方法,其直径通常为1.1mm左右,一般利用双丝或者三丝进行焊接,通过独立的焊接电源、控制系统将焊丝直接送入到焊缝中[2]。这种技术在应用中的有点有:首先,减少了焊缝体积,降低了应力的发生率,降低了压力容器变形现象,有效节省了焊丝消耗量。其次,这种技术焊接的压力容器的韧性好、焊缝细小。最后,木材金属能够快速溶解并填充到焊缝中,放置了焊缝开裂现象的发生。

高输入窄间隙焊接工艺是采用直径为2.5～4.8mm的焊丝进行焊接,在焊接的时候电流较大,焊缝之间极容易形成裂缝。因此在目前压力容器焊接中为了降低裂缝的产生,通常都采用脉冲电流焊接和直流正接两种方法。

总之,窄间隙埋弧焊在压力容器焊接工作中有着发热小、坡口截面小的优势,且在应用中能有效控制变形率,使得材料性能得到更大程度的发挥。就目前焊接中这一技术的应用优势而言,主要有:节省了焊接材料和焊接时间,不仅降了生产成本,提高了生产效率,还有效保证了焊接质量。另外,窄间隙埋弧焊在应用中采用了自动跟踪装置,有效减少了人工劳动量,保证了焊接整体质量。

三、弯管内壁堆焊技术

经过长时间的试验,人们发现,在使用一段时间后,压力容器的接管内壁大多都会出现一定程度的腐蚀。因此,在实际操作生产过程中,为了延长压力容器的使用寿命,需要对压力容器的接管内壁焊接层进行堆焊操作,将不锈钢耐磨层堆焊在接管内壁上。但是这样在实际操作,弯管内部堆焊设备的设计操作相当复杂。在30°弯管内壁堆焊实现90°弯管内壁整体堆焊过程中,人们先将90°的弯管分为三段,分别进行内壁堆焊后,再整体组焊成90°弯管。而现在人们已经发明出了90°弯管内壁自动堆焊设备。

(一)30°弯管堆焊技术

30°弯管内壁自动堆焊机的运作方法为5轴协调运动,自动排列焊道。工件进行3轴运动,第一,进行匀变速旋转运动,与焊枪摆幅宽窄变化一致,焊接的速度保持不变;第二,工件每焊一圈,进行平移变位使下一圈焊缝圆心处于旋转中心上。焊接机头进行2轴运动,每完成一圈的堆焊后,焊枪后退一个位移,进行下一圈的堆焊;第三,工件每焊一圈,进行摆角变位,使下一圈焊缝处于与焊枪垂直的平面内;焊接过程中,焊枪做变摆幅运动,对应弯管的内外母线,摆幅从小到大再到小,使堆焊层保持均匀。

(二)90°弯管堆焊技术

90°弯管内壁堆焊采用的方法为熔化极气体保护焊,沿着弯管母线纵向进行自动堆焊。通过安装在二维变位机的工件的旋转运动实现焊接过程;90°弯曲焊枪安装在三位导轨上,是为了实现焊枪的自动变位;由于工件的翻转运动使每一条焊道都处于平焊位置。

四、结束语

总之,在当前我国压力容器焊接技术已经相当成熟,相比传统的焊接工艺有了显著的进步,已经延伸出了许多新的焊接技术,且伴随着国民经济的发展和科学技术的进步,焊接技术必然会得到更深的创新,能够有效提高压力容器焊接工作效率。