化工壓力容器在環縫自動焊中焊道余高過大的原因分析及其預防措施

摘 要：文章介紹了化工壓力容器在生產制造過程中環焊縫焊接過程中出現的焊縫余高過大的問題，分析余高超標產生的各種原因，并提出改進的建議。

關鍵詞：自動焊；余高；焊接參數

前言

隨著科學技術的進步和工業生產的發展，壓力容器已經廣泛應用于化工、冶金，核電，國防等工業領域及人們的日常生活中。壓力容器內部常常是在高溫，高壓的環境中運行。所以壓力容器的質量就顯得尤為關鍵。在這其中，焊接是整個壓力容器制造過程中時間最長，最重要的工序之一。焊縫質量直接決定了整個壓力容器的質量和使用壽命，焊接質量不好，不僅使壓力容器壽命大大縮短，嚴重的還可能導致爆炸，危急人們的生命，慘痛的教訓比比皆是。筆者從事壓力容器生產制造工作，通過理論知識的研究和現場實際情況相結合，對埋弧自動焊焊接過程中出現的焊縫余高過大問題進行原因分析，并最終制定出相應的預防措施。

埋弧焊是一重以電弧作為熱源的機械化程度很高的焊接方法，它有著生產效率高，焊接質量好，勞動條件好等優點，目前被廣泛使用。影響埋弧自動焊焊縫形狀和尺寸的原因很多，但主要焊接參數有電弧電壓，焊接電流，焊接速度，預熱溫度，焊材直徑、焊件傾斜角度等，這些焊接參數需要進行合理的匹配才能焊出外觀良好且沒有任何缺陷的焊縫。因此需了解各工藝參數對焊縫成型（尤其是余高）的影響，研究其規律以及與焊縫結晶過程的關系，才能解余高過大的問題。

1 影響焊縫余高的原因

余高是指超出焊縫表面焊趾連線上面的那部分焊縫金屬的高度。焊縫的余高使焊縫的橫截面增加，承載能力提高，并且能增加射線攝片的靈敏度，但卻使焊趾處會產生應力集中，影響焊縫質量，所以一般余高不宜過高，通常情況下要求余高不能低于母材，其高度隨母材厚度增加而加大，但最大不得超過3mm。余高超標分為連續超標和斷續超標兩種。影響焊縫余高的焊接參數有以下幾點：

1.1 焊接電流：在其他參數條件不變時，余高與焊接電流變化成正比，即焊接電流增大，使焊絲熔化量增加，焊縫余高增加。

1.2 電弧電壓：在其他條件不變的情況下，電弧電壓降低，使熔池中溫度降低，焊縫寬度減少變得高而窄，所以余高有所增加。電弧電壓增高，焊縫寬度增加，余高相對減小。在埋弧自動焊時，電壓是依據電流來確定的，即一定的焊接電流要保持一定的電壓才能使電弧穩定燃燒，所以電弧電壓的變化范圍是有一定限度的，即要與電流相匹配。

1.3 焊接速度：在其他條件不變的情況下，焊接速度減小，焊絲熔化量增加，焊縫余高也會增加。

1.4 焊絲直徑：焊接電流、電弧電壓、焊接速度一定時，焊絲直徑不同，焊縫形狀也會發生變化，當其他條件不變時，熔深與焊絲直徑成反比，隨著電流密度的增加，熔池熔化金屬量不斷增加，熔融金屬后排困難，熔深增加較慢，并隨著熔化金屬量的增加，余高增加且焊縫成形變差。

1.5 焊絲伸長量：焊絲伸長量增加時，伸出部分的電阻熱增加，使焊絲熔化加快，焊縫余高增大。

1.6 焊件傾斜角度：當焊件傾斜，上坡焊時，熔化金屬在重力作用下有加強排出熔池傾向，因而余高有所增加。即隨著傾斜度的增加，焊縫余高明顯增加。

1.7 焊絲傾斜角度：焊接時，調整設備上的操作機頭，使焊絲在焊接方向上后傾一個角度時，電弧也跟著傾斜一個角度，電弧向后吹力增加，對熔池底部金屬液體排出作用加強，余高增加。

1.8 焊劑堆散高度：埋弧焊焊劑堆高高度一般在25-40mm，焊劑堆高越大，焊縫余高越高。

在整個環焊縫的焊接過程中，因其工況和縱縫焊縫不同，還需考慮其他因素。縱縫焊接時焊接件不動，由焊接操作機行走，焊接熔池的形成和結晶是處于相對靜止狀態的，比較容易控制和觀察。一般設備不大，有時候還可以近距離操作。而在環縫焊接時（U型坡口），窄間隙焊接設備比較龐大，且筒節直徑也都很大，人也需要在幾米高的高度上進行焊接環縫。焊接操作機的機頭不動，焊件在托輥上做旋轉循環運動，因此可以說焊接熔池的形成和結晶的過程是在運動狀態下完成的。環縫焊接時焊絲與焊件的相對位置非常關鍵，焊接時筒體在托輥上轉動，環縫焊接時熔池和結晶位于高點水平處，其目的是使熔池的結晶過程盡可能處于水平狀態，鐵水流動性小，減少重力的影響，利于成形。這樣不但可以使焊縫成型美觀，還可以保證焊接質量。一般焊件的直徑越大，允許焊絲的偏心量就越大，焊絲的偏心量使焊絲一直處于“上坡焊”的位置，目的是使焊縫有足夠的熔深。這樣一則可以減小熔深，避免燒穿，二則使得焊縫成型美觀。

焊接環縫時，因為筒體回圓效果不好，會造成筒體圓度差較大，在某些局部位置就會形成實際的電弧長度變化（即電弧電壓變化）。在焊接處位置亦形成了局部筒體的曲率差異，但是焊絲偏心量不能隨著局部曲率改變微調。這些不同造成了環焊縫的焊縫余高超標較為普遍。在焊接開X型坡口的內表面環焊縫時，因為內表面和外表面的直徑不同的，成型要求的焊接參數值也不同，這就要求在焊接過程中改變焊絲的偏心量d和各項焊接參數值。但是焊接過程中某些操作者為了省事，往往在環縫的內部和外部焊接時采用相同的焊接參數。再加上焊接內表面環焊縫時不如外表面焊縫容易觀察焊接操作機、送絲速度、焊接速度以及焊絲與焊件的相對位置等，這就造成了內表面環焊縫的余高超標最為常見。

2 預防措施

預防焊縫余高超標的主要措施是嚴格按照經評定合格的焊接工藝指導書施焊，尤其要注意焊接電流、電弧電壓和焊接速度這三個參數，一定要想換匹配，另外對焊絲伸出長度，焊件傾斜角度，焊劑堆散高度也需要注意。對開坡口的角度加強控制，焊接時應嚴格控制線能量在允許范圍內。注意筒體回圓的質量控制，減少不圓度。加強對裝配質量的控制，尤其要控制好錯邊量和裝配間隙這兩個要素，保證間隙均勻一致，鈍邊對齊。焊接時，操作者要加強對焊接情況的觀察，精力集中，焊接時作好記錄，及時總結焊接參數對焊縫余高的影響。

3 結束語

本文主要分析了焊縫余高與各種焊接參數之間的關系，需要指出的是，影響焊縫余高因素有很多，在處理余高的這個問題時，應該考慮多方面的因素。尤其是在實際的制造過程中，針對不同的材質，不同厚度的鋼板，以及各種焊接位置，現場的實際環境，技術人員要通過不斷摸索，設計和制定出不一樣的焊接參數來使得化工壓力容器完全滿足客戶的不同要求。壓力容器的生產制造單位，應當進行各種驗證性試驗，編制產品焊接工藝時尋找出最佳的焊接參數，不斷改進焊接工藝，從而提高埋弧自動焊的焊接質量。另外，壓力器的制造不是工廠單方面的生產行為，由于它關乎我國的許多行業，我國也會有相關的法律制度來規范和約束現在的生產行為。只有不斷的開闊我國自己的相關領域和虛心引進外國相關技術才能不斷提高我國焊接壓力容器的質量并保證壓力容器的出廠質量和使用壽命。