压力容器焊接新技术及其应用

陈 娟 霍光明 徐 楠 吴红英 谷延辉（河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南 郑州 450000）



压力容器焊接新技术及其应用

陈 娟 霍光明 徐 楠 吴红英 谷延辉
（河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南 郑州 450000）

摘 要：随着现代社会发展及科技发展要求的不断增长，我国对于压力容器焊接等技术应用要求逐渐提升，压力容器作为具有定量压力承载力的密闭设备在我国化工行业具有广泛应用，因此本文主要对压力容器焊接技术进行分析，后在此基础上对其具体应用问题进行相关探讨，从而促进我国焊接新技术的不断发展及应用。

关键词：压力容器；焊接技术；应用

焊接处理是压力容器制造过程中重要的制造环节之一，焊接处理水平的高低直接影响着压力容器的制造质量及后期应用安全性，因此优质的压力容器的形成与良好的焊接技术具有重要相关性。随着现代信息社会的不断发展，压力容器焊接技术逐渐趋于数字化发展，有利于工作效率的不断提升，促进压力容器焊接技术的有效发展。

1 压力容器及焊接技术作用概述

压力容器指具有一定压力承载力的密闭式设备，在化工等行业中用于盛装各气体或液体，压力容器在具体制造及技术操作中具有相对繁杂性，其操作技术内容中主要包含对原材料验收、切割及应用等等。

焊接技术是指采用高热及高压等形式将同种或异种材质进行永久结合的工艺技术，在压力容器制造各环节中均有涉猎，如在普通压力容器制造中，焊接工作占到所工作总量的41%左右，而在厚板压力等容器中其应用更加广泛，可达约51%，除此之外，焊接技术的应用如技术选择及接头可靠性等均会对压力容器质量产生重要影响，因此，在压力容器制造中，人们对焊接技术的选择及合理应用便显得尤为重要。

2 压力容器焊接新技术及应用研究

2.1 窄间隙埋弧焊技术

一般而言，在压力容器焊接中，不同压力容器所采用的焊接技术具有较大的差异性，如若当压力容器壁厚超过100mm时，采用U型或V行坡口焊接易导致人力资源、物力资源等的浪费，不利于资源节约型社会建设。

现阶段，随着现代新焊接技术的不断发展，窄间隙埋弧焊技术逐渐产生，且在各行业受到广泛关注及应用，但现如今，各行业对于该项技术的认知仍存在不完善性，一般情况下，人们认为厚壁压力容器在焊接时，首先需考虑其效率问题，因此在焊接时应将间隙控制为越小越好，但在实际情况中，厚壁容器在焊接时焊接质量的稳定性非常重要，焊接中多易出现焊接缺失，由于间隙过小，导致了焊缝修复更加困难，从而需将整焊缝切断重新加工，造成了资源浪费。

窄间隙埋弧焊技术在我国应用已逐渐广泛，我国第一重型机械集团焊接制造了2个壁厚均为337mm的世界最大及最重加氢反应器，该容器在制造时采用我国所研发的“双丝窄间隙埋弧焊”技术，该反应器每条焊缝不停焊接需用时约5天4夜，全部焊缝一次探伤合格。

窄间隙埋弧焊设备功能具有多种多样性，除具有一般基础功能外，同时还具有关键功能，如具备双侧横向与高度自动跟踪功能，保证每一焊道与坡口侧壁均匀熔合且可合理有效地控制木材金属融入，具有较高熔敷效率但不会损害母材热影响区性能。该项技术设备基本结构如图1所示。

现阶段，窄间隙埋弧焊技术虽在我国容器焊接应用中具有一定的高效性，但窄间隙气体保护焊方法其坡口过窄，无法实现自动跟踪且其跟踪不可靠，因此在具体应用中，各焊接工作者需注重焊丝硬度均匀性及焊接缺陷控制，不断促进该技术合理性发展及完善应用。

2.2 接管自动焊接技术

2.2.1 接管与筒体自动焊接

之前，我国传统接管马鞍形埋弧自动焊设备其焊接马鞍形运动轨迹多以机械仿形形式实现，该操作形式在具体应用中具有厚度较大、窄间隙坡口过大等焊接缺陷，因此随着现代焊接新技术的发展，接管马鞍形埋弧自动焊设备逐渐出现，且利用信息技术不断实现其应用的高效性及广泛性。

该焊接设备在具体应用时主要利用接管内径后夹紧四连杆后自动定心，焊枪马鞍形轨迹依托于数学模型后自动生成，在该设备操作中直接输入相关参数可实现多层多道连续焊接，同时具断点记忆及自动复位功能，可分别完成对内马鞍、外马鞍及水平环焊缝自动焊接。

图1

2.2.2 接管与封头自动焊接

该项焊接主要包含向心接管及非向心接管两种形式。在采用封头接管埋弧自动焊机前需对该设备进行自动定心，焊枪自动寻位外壁，旋转中心自动定位于中心线，后焊丝端部坡口底部自动寻位，记录焊缝高度方向变化，该设备在应用时采用现代化技术可有效实现自动定位，避免传统人工定位导致的各问题出现，有利于焊接高效性增长，除此以外，该设备具有横向跟踪功能，因此在进行自动焊接时，可对接管外壁进行跟踪，从而保证焊接过程中坡口侧壁及焊丝其距离保持一致。

2.3 弯管内壁堆焊技术

设备焊接工艺具有相对复杂性，不同的压力容器其技术需求具有差异性，压力容器在长期应用后，其接管内壁会产生一定的腐蚀，因此一般情况下，压力容器接管内壁可实现不锈钢耐磨层堆焊，从而保证设备合理应用。在对容器接管内壁堆焊设备应用时，弯管内壁堆焊设备较直管内壁堆焊设备具有一定应用复杂性，之前在对弯管内壁堆焊时采用将90°弯管分割为3断后进行焊接，在操作结束后再将其进行连接，该类操作其过程较为繁琐且效率低，无法满足现代发展需求。但目前，针对此类弯管需求已实现90°弯管内壁自动堆焊设备制作。

30°弯管内壁堆焊在操作时主要是指利用对焊机自身5轴实现协调运动，后在数学模型下实现焊枪排列保持工件3轴运动，匀变速旋转运动，焊接速度保持不变且与焊枪摆幅宽窄相匹配，后在一圈焊接结束后摆角变位，下圈圆心处旋转中心。焊接机头2轴运动，一圈堆焊结束，焊枪变摆幅（由小变大再变小）保持内部各层厚度相一致，对应弯管曲率半径及内径进行运功参数计算。

90°弯管内壁堆焊行弯管母线纵向自动堆焊，采用二维变位机旋转从而实现对各焊道的焊接，在该操作时，可对90°弯曲焊枪予以安装，从而可在堆焊过程中保证焊枪自动变位。

2.4 新型激光复合焊接技术

新型激光复合焊接技术可取代钨极填丝氩弧焊，后者在传统压力容器焊接中由于焊接质量高、无飞溅等优点广泛应用于各行业工艺焊接中，而该技术在具体应用中其效率较低，长时间以来，由于熔化极气体保护焊无法用纯氩气为保护气体，电弧在纯氩气中难以有效控制且具一定的不稳定性导致各问题出现，现阶段，随着社会科技的不断发展，激光电弧复合热源焊接技术出现并逐渐被广泛应用，该项技术在应用中可在电弧熔池中形成小孔使其充满金属蒸汽，同时还可产生等离子体，可对电弧产生吸引及引导作用，故在激光电弧复合热源焊接中，纯氩为保护气体时电弧可稳定燃烧，对容器焊接产生一定的高效性，有利于容器焊接质量提升。

现阶段，随着信息化科技的不断发展，全数字化焊接电弧及激光复合焊接技术的出现，该技术在具体应用中其焊接过程中的飞溅少，焊接稳定且成型质量高，因此该类技术现已逐渐引起人们的广泛关注，并逐渐开始应用于各容器焊接。

结语

综上所述，随着我国现代经济及科技的不断发展，焊接技术作为各行业中应用极为广泛的技术，其新技术已逐渐产生并实现快速发展及应用，其中包含窄间隙埋弧焊技术、接管自动焊接技术、弯管内壁堆焊技术、新型激光复合焊接技术等等，该类技术在具体应用时，还需加强各应用部分的协调发展，在新技术自身完善性条件下，实现我国焊接技术的不断发展。

参考文献

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中图分类号：TQ051

文献标识码：A