單道單面焊雙面成形焊接工藝在低壓薄壁容器生產中的應用

牛恩輝，陳延剛

(1.中石化中原石油勘探局培訓中心，河南 濮陽 457001;2.鴻宇壓力容器有限公司，河南 濮陽 457001)

0 前言

低壓薄壁容器在石油化工等領域得到越來越廣泛的應用，對低壓薄壁容器的規范性、標準化的要求也越加嚴格。低壓容器的工作壓力雖然不高，但焊接工藝要執行相應的承壓設備焊接標準。低壓容器的設計多選用厚4～6 mm的焊接性較好的Q235B鋼板，一般筒體縱縫的焊接主要采用SAW雙面焊或SMAW背面封底+SAW填充、蓋面的焊接工藝施焊。以上兩種焊接工藝雖然能夠保證焊接質量，但都要進行雙面焊接，成本高、焊接效率較低。在長期的低壓薄壁容器焊接生產過程中，對焊接工藝進行了改進，采用加紫銅墊板單道單面焊雙面成形FCAW機動焊的焊接工藝，彌補了原焊接工藝的不足，減少了工序，簡化了焊接過程。以4 mm厚的Q235B低壓薄壁容器筒體縱縫焊接為例，介紹加紫銅墊板單道單面焊雙面成形FCAW機動焊的焊接工藝及其應用。

1 焊接機具

1.1 焊接電源

采用瑞凌NBC－500氣體保護焊焊接電源，直流反接，選用型號為YD－500KR的松下直柄氣冷式焊槍，噴嘴直徑16 mm。

1.2 縱縫焊接機

筒體縱縫的焊接選用福肯ZH－1000縱縫焊接機，焊接機如圖1所示。焊前將組裝好的筒體放在縱縫焊接機的水冷焊接芯軸上，焊接芯軸上方的襯墊槽中安裝上事先加工好的紫銅焊接襯墊，使待焊接的筒體縱縫與紫銅焊接襯墊的成型槽對中，然后用琴鍵式氣動夾具將其壓緊。直柄氣冷式焊槍正對筒體縱縫中心，調整好焊絲伸出長度，焊接時沿著軌道自動行走。

圖1 縱縫焊接機示意

1.3 背面墊板

背面墊板選用紫銅(T3)制作，尺寸1 200 mm×25 mm×14 mm。為了保證焊縫的背面成形質量，在紫銅墊板表面的中心加工出成型槽，成型槽尺寸為5 mm×1.5 mm(寬×深)，其形狀如圖2所示。

圖2 成型槽示意

2 焊接材料的選用

2.1 焊絲的選用

Q235B鋼板焊接性優良，厚度4 mm，根據低壓薄壁容器的工作條件和焊接經濟性的要求，選用天津金橋焊材集團有限公司生產的型號為E501T－1、直徑φ1.6 mm的藥芯焊絲。E501T－1藥芯焊絲熔敷金屬化學成分和力學性能如表1、表2所示。

表1 藥芯焊絲熔敷金屬化學成分 %

表2 藥芯焊絲熔敷金屬力學性能

2.2 保護氣體

保護氣體選用CO2氣體，純度大于等于99.5%，含水量不超過0.005%。

3 筒體的坡口準備和組焊

3.1 坡口形式

為了減少坡口的加工工序，節省金屬，筒體縱焊縫的坡口形式選用I型坡口。

3.2 工件焊前清理

筒體縱縫組對前，用角向磨光機將縱縫I型坡口面及近坡口正反面15～20 mm內的油銹等污物清理干凈，使其漏出金屬光澤。

3.3 對口間隙

為了保證筒體縱縫背面充分焊透，并具有良好的焊縫成型，縱縫組裝時預留對口間隙2～4 mm。

3.4 定位焊

筒體縱縫采用焊條電弧焊進行定位焊，選用φ3.2 mm 的 E4303焊條，焊接電流100～110 A，電弧電壓24 V。在筒體內部進行定位焊，定位焊間距200～300 mm，定位焊縫長度10～15 mm。筒體縱縫兩端分別焊接一塊60 mm×40 mm×4 mm的引弧板和引出板。

定位焊時，應保證對口間隙均勻，錯邊量小于0.4 mm。由于定位焊縫要作為正式焊縫的一部分，因此定位焊縫不得有氣孔、裂紋、夾渣和未熔合等焊接缺陷。

4 焊接工藝參數

在平焊位置進行筒體縱縫焊接，背面加有紫銅焊接襯墊，可以選擇較大的焊接工藝參數來提高工作效率。4 mm厚筒體縱縫單道單面焊雙面成形FCAW機動焊焊接工藝參數如表3所示。

表3 筒體縱縫焊接工藝參數

5 工藝評定結果

5.1 焊縫外觀檢驗

筒體縱縫焊接完成后，檢驗焊縫外觀，焊縫的正面成形如圖3所示，背面成形如圖4所示。

圖3 焊縫正面成形照片

圖4 焊縫背面成形照片

由圖3、圖4可見，正反面焊縫成形平滑，余高和熔寬控制均勻，無飛濺、咬邊、凹坑等表面缺陷，表面成形美觀。

5.2 焊縫RT射線檢驗

按照JB/T 4730－2005標準對工藝試驗的三道縱焊縫進行了100%RT射線檢驗，共拍片9張，檢驗結果均為Ⅰ級。

5.3 焊縫力學性能檢驗

焊接接頭試樣按照NB/T47016－2011和GB/T2653－2008標準進行了面彎和背彎試驗;按GB/T228－2011標準進行了焊接接頭的抗拉強度試驗。焊接接頭力學性能檢驗結果見表4。

表4 焊接接頭力學性能檢驗結果

由表4可知，面彎、背彎試驗和試件抗拉強度完全滿足標準和技術條件的要求。

6 結論

采用高效的FCAW機動焊加紫銅墊板單道單面焊雙面成形的焊接工藝進行4 mm厚筒體縱縫的焊接，完全能夠滿足低壓薄壁容器焊接接頭的設計要求。該工藝在低壓薄壁容器焊接生產中已應用近半年，大大減少了焊接加工工序，焊接過程得到簡化，焊接質量容易保證，生產效率提高了50%～60%，可為今后類似薄壁容器制定焊接工藝提供一定的參考。