1、1压力容器焊接技术的发展方向摘要：压力容器的焊接性能对于压力容器的设计制造具有重要作用，是压力容器质量控制的关键。随着现代焊接技术的进步，压力容器的焊接质量控制也应与时俱进，不断更新焊接方法，保证压力容器的安全可靠性。本文主要对压力容器焊接技术的发展过程的中的几种新技术进行了分析探讨。 关键词：压力容器；焊接技术；焊接质量；发展水平 中图分类号：TG4 文献标识码： A 引言 压力容器是当前现代化工产业中的重要设备之一，应用于很多行业和领域，常见的应用主要是在石油化工、国防、科研、医疗卫生等领域。压力容器的质量很大程度上取决于其焊接质量，压力容器的焊接性能很大程度上直接决定了压力容器的质量和安
2、全性能，同时对生产制造过程中的成本和生产效率都有极大的影响。压力容器焊接过程十分复杂，焊接工艺要求高，因此通常在压力容器焊接施工的过程中容易出现一些常见的质量问题。就目前我国压力容器制造现状来看，压力容器因焊接造成的质量缺陷从变现上看主要有内外两种缺陷，具体上讲主要有焊接尺寸不合格、表面飞溅、咬边、气孔、裂纹、熔合度差等。压力容器的焊接质量存在着缺陷，出现的后果有渗漏、泄漏，甚至引起压力容器爆炸事故，造成人民安全和重大的财产损失。为此，保证压力容器在制造过2程中的焊接质量，是保证压力容器安全运行的重要手段。 一、压力容器用钢的新发展 近年来，压力容器用钢的发展方向是提高钢的纯净度，即采用各种先
3、进的冶炼技术，最大限度地降低钢中的有害杂质元素，如硫、磷、氧、氢和氮等的含量。这些冶金技术的革新，不仅明显地提高了钢的冲击韧性，特别是低温冲击韧性、抗应变时效性、抗回火脆性、抗中子幅照脆化性和耐蚀性，而且可大大改善其加工性能，包括焊接性能和热加工性能。对比采用常规冶炼方法和现代熔炼方法轧制的 Q345R 钢板的化学成分和不同温度下的缺口冲击韧度和应变时效后的冲击韧性，数据表明，超低的硫、磷、氮含量显著地提高了普通低合金钢的低温冲 击韧度和抗应变时效性。高纯净化对深低温用 9Ni 钢的极限工作温度(-196)下的缺口冲击韧度也起到相当良好的作用，按美国 ASTM A353 和 A553(9Ni)
4、钢标准，该钢种在-196下冲击功的保证值为 27 J。但按大型储罐的制造技术条件，9Ni 钢壳体-196的冲击功为 70 J，相差 2.6 倍之多。这一问题也是通过 9Ni 钢的纯净化处理而得到完满解决。同时还大大改善了 9Ni 钢的焊接性，对于厚度 30 mm 以下的9Ni 钢，焊前不必预热，焊后亦无需热处理。这对于大型储罐的建造，具有十分重要的意义。在高压加氢裂化反应容器中，由于工作温度高于450，壳体材料必须采用 2.25CrlMo 或 3CrlMo 低合金抗氧钢。但这类钢在 450以上温度下长期使用时，会产生回火脆性，使钢的韧性明显下降，给加氢反应的安全运行造成隐患。近期的大量研究证明
5、，上列铬钼钢的回火脆性主要起因于钢中 P、Sn、Sb 和 As 等微量杂质。合金元素 si3和 Mn 也对钢的回火脆性起一定的促进作用。因此必须通过现代的冶金技术，把钢中的这些杂质降低到最低的水平。目前，许多国外钢厂已提出严格控制钢中杂质含量的供货技术条件。压力容器用钢的纯净化是一种必然的发展趋势。近几年来，各类不锈钢在金属结构制造业中应用急速增长，其年增长率为 5.5 ，2006 年世界不锈钢消耗量为 2850 万吨，其中我国不锈钢的用量占 54.2，大部分用于各种压力容器和管道，包括部分输油、输气管线。 二、压力容器焊接新技术及其应用 1、厚壁容器纵环缝的窄间隙埋弧焊厚壁容器对接缝的窄间隙
6、埋弧焊是一种优质、高效、低耗的焊接方法。自 1985 年哈锅从瑞典 ESAB 公司引进第一台窄间隙埋弧焊系统以来，窄间隙埋弧焊已在我国各大锅炉和化工机械制造厂推广使用。近 20 多年的实际生产经验表明，窄间隙埋弧焊确实是厚壁容器对接焊的最佳选择。为进一步提高窄间隙埋弧焊的效率，国内外推出串列电弧双丝窄隙埋弧焊工艺与设备，但至今未得到普遍推广应用。这不仅是因为增加了操作的难度，更主要的是交流电弧的焊道成形欠佳，不利于脱渣，容易引起焊缝夹渣。 2、接管自动焊接技术 接管的自动焊接有两种情况：一种是接管与筒体的焊接；另一种是接管与封头的焊接，通常都采用接管插入的形式。 2.1 接管与筒体的自动焊接
7、以往传统的马鞍形状埋弧焊接设备运动轨迹已经无法充分的满足当前焊接设备的实际需求，并且也不适合应用到厚度较大、存在窄间隙坡4口的焊接工作中。在这种情况下，就可以使用近几年开发的接管马鞍形埋弧焊接设备，该设备自身有着高度的自动化，所使用的控制方式极为便捷、迅速，有着极强的适应能力。自动化马鞍形埋弧焊接设备其自身自动化的实现原理主要是利用接管所具有的内径来决定，采用四连杆夹紧的方式，来达到自动定心的目的；该设备的焊枪在运行轨迹主要是以焊接对象的筒体和接管直径来作为主要的焊接参数，通过焊接参数，能够使得焊接的数学模型在期间完全自动化的生成；利用人机交互的界面，可以直接对焊接的各项参数进行控制，达到多道
8、连续进行焊接的目的。并且其焊接的焊道能够在这一过程中自动排列；具有断点记忆，自动复位功能，这一点对马鞍形空间曲线焊缝的焊接非常重要；超薄大功率焊枪适合大厚度、窄间隙坡口，对于窄间隙坡口，采用一层两道的方式进行自动埋弧焊。 2.2 接管与封头的自动焊接 接管与封头的焊接有两种形式：向心接管的焊接和非向心接管的焊接。封头接管埋弧自动焊机具有 6 个运动轴，悬挂在十字操作机上。自动焊接前，首先对设备进行自动定心，通过焊枪对接管外壁进行自动寻位，使焊枪的旋转中心自动定位在接管的中心线上，相对人工定位中心，效率大幅度提高；再通过焊丝端部对坡口底部进行自动寻位，记录焊缝高度方向上的变化，实现高度方向上的自
9、动跟踪，这样可以完成非向心接管的焊接；设备带有横向跟踪传感器，在自动焊接过程中，始终跟踪接管的外壁，保证焊丝与坡口侧壁的距离一致。 三、压力容器和管道焊接自动化的新发展 5在我国压力容器制造行业中，各大中型企业的焊接机械化和自动化程度相对较高。焊接机械化是指焊接机头的运动和焊丝的给送由机械完成，焊接过程中焊头相对于接缝中心位置和焊丝离焊缝表面的距离仍须由焊接操作工监视和手工调整。以下列举几个在压力容器和管道制造中已得到实际应用的现代化自动焊接装备实例，以说明其基本结构和功能以及在焊接生产中所发挥的作用。 1、厚壁压力容器对接接头的全自动焊接装备 德国 Babcock-Borsig 公司与瑞典
10、ESAB 公司合作，于 1997 年开发了一台大型龙门式全自动自适应控制埋弧焊装备，专用于厚壁容器简体纵缝和环缝的焊接。自 1998 年正式投运至今使用状况良好，为厚壁容器对接缝的自动埋弧焊开创了成功的先例。该装备配置了串列电弧双丝埋弧焊焊头、计算机软件控制的 ABW 系统(Adaptive Batt Welding)和激光图像传感器。在焊接过程中激光图像传感器可连续测定接头的外形尺寸，测得的数据通过计算机由智能软件快速处理，并确定所要求的焊接参数和焊头位置。也就是说焊道的尺寸和焊道的排列是由系统的软件以自适应的方式控制的。系统软件可调整每一填充焊道的 4 个焊接参数：焊接速度、焊接电流，焊道
11、的排列和各填充层与盖面层的焊道数。该设备的主控制器和监视器以 PC 机为基础。多年的使用经验表明，该装备不仅大大提高厚壁容器的焊接生产率，而且确保形成无缺陷的厚壁焊缝，同时显著降低了焊工劳动强度，改善了工作环境。 2、大直径管对接全位置 TIG 焊机 大直径管对接的全位置 TIG 焊是一项难度很大的焊接作业。该自动6焊管机可用于直径 1651000 mm，壁厚 7.035.0mm 的不锈钢管环缝的全位置焊，并采用窄问隙填丝 TIG 焊(单层单道焊工艺)。焊机的自动控制系统采用了视觉和听觉传感器，由计算机程序控制执行机构模仿熟练焊工的反应和动作。自适应控制和质量监控系统的作用原理是：自适应控制主
12、要是通过视觉传感器实时检测的信息和计算机图像处理，按模糊逻辑规则，实时控制钨极相对于坡口边缘的位置，填充焊丝相对于钨极的位置以及决定焊接熔池尺寸的焊接参数。而焊缝质量的监控系统则按照激光视频传感器，听觉传感器和电流传感器的信息实时修正焊接熔池尺寸、焊道形状、钨极尖端的形状、电弧燃烧的稳定性和焊接电流，以保证焊缝质量的一致性。在自适应控制系统中，安装在焊枪前侧的视觉传感器(摄像机)起主要作用，将所摄取的对接区图像输入到计算机。根据计算机软件图像处理结果，可以定量检测钨极相对于坡口边缘的位置，填充焊丝相对于钨极的横向位移，以及焊接熔池的尺寸及钨极的损耗。激光视频传感器是由摄像机和激光聚光灯组成，安
13、装在焊枪的后侧。所形成的图像用来测定焊道表面与坡口侧壁之问的角度。控制系统根据这些信息，对焊接参数进行自适应控制。 四、结束语 压力容器是工业生产中的一种常用设备，其很多组成部件需要高质量的焊接工作连接而成。作为一种特殊的承压容器，其质量的好坏关系深远。而焊接工艺的好坏则直接影响其质量的优劣性。随着时代的不断进步，压力容器的焊接技术也在不断提升与改进，以上叙述的几种焊接方法，都有各自的优点与缺点，在使用的过程中，应该根据具体情况，7采取最适合的焊接工艺。 参考文献 1 崔恩庆.压力容器和管道的焊接新技术概述J. 硫磷设计与粉体工程. 2008(01) 2陈裕川.我国锅炉压力容器焊接技术的发展水平J. 现代焊接 2009 年(10) 3 孙霞,姜德林.压力容器焊接常见缺陷的产生和防治措施J. 黑龙江科技信息. 2011(03)
