淺談壓力容器焊接熱輸入的控制

摘 要：壓力容器對于焊接要求嚴格，控制好焊接熱輸入量是壓力容器焊接質量合格的前提，是壓力容器制造中的關鍵環節。本文就壓力容器焊接熱輸入量的計算及基本控制方法進行了探討。對于實際生產中的壓力容器焊接可以在此基礎上進行深入分析，參照控制的基本方法制定焊接熱輸入量的控制標準，納入到焊接文件中執行。

關鍵詞：焊接熱輸入；沖擊性能；耐蝕性能；電流；電壓；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.043

在生產中，壓力容器焊縫對沖擊性能、耐蝕性能等有特殊要求，當技術文件中對產品的沖擊韌性及耐腐蝕性提出了要求后，焊接文件就應當限制焊接過程中的焊接熱輸入。

1 焊接熱輸入的影響因素

1.1 影響因素

影響焊接熱輸入大小的因素主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、預熱溫度、多層多道焊的層間溫度、焊縫尺寸、電流特性、電流種類、焊條特性、焊接位置、焊條直徑等。

焊接熱輸入大小根據焊接工藝評定確定，在產品制造過程中以評定時的范圍為準。

1.2 計算方法

產品制造時熱輸入的主要有兩種計算方法，一種是根據焊接、電弧、焊接速度計算，一種是根據焊縫金屬體積，通過焊縫金屬體積變化計算。制造過程中主要使用：焊接熱輸入量=熱效率系數×來計算焊接熱輸入。

熱效率系數按照焊接方法進行確定。如：焊條電弧焊熱效率系數為：0.8，鎢極氣體保護焊為：0.6。參照標準選取合適的焊接方法后，選取熱效率系數。

2 焊接熱輸入控制方法

2.1 壓力容器制造過程中控制熱輸入量的基本方法

對焊接熱輸入量進行控制的基本方法和原則如下：

a）采用窄焊道焊接；

b）控制焊前預熱溫度；使溫度在要求的溫度范圍內；

c）控制焊接工藝參數，使焊接工藝參數滿足熱輸入工藝要求及焊接工藝要求；例如：低碳鋼、低合金鋼和耐熱鋼材料的焊接，控制焊接電流，焊接電壓和焊接速度等參數，使焊接熱輸入量在規定范圍，不得高于最大值，也不得低于最小值。奧氏體不銹鋼鎳合金等材料控制焊接電流、焊接電壓和焊接速度使熱輸入量極端結果不高于最大值；

d）控制焊接層數及焊道數，不得隨意減少焊接層數及道數；

e）控制擺動幅度，擺動焊接時，擺動幅度不得超出規定值；

f）控制焊條直徑，焊條直徑不得大于允許使用的焊條直徑；

g）當焊接工藝文件無要求時，施焊過程中控制焊道寬度及厚度，使之不超過焊接工藝評定時的尺寸；

h）焊條電弧焊時，焊條的單位施焊長度不低于要求的最小值。對于平焊、橫焊、仰焊等焊接位置采用直焊道焊接，立向上焊擺動幅度不得超過焊條直徑3倍。避免寬焊道焊接；

i） 焊道排布滿足焊接工藝要求，不允許增加焊道厚度而減少焊接層數，也不允許增加焊道寬度而減少每層焊道數量；

j）每種規格焊條的單位施焊長度不得低于規定的最小值。

2.2 不同類型鋼種及焊接方法焊接時焊接熱輸入控制要求

手工電弧焊焊接低碳鋼時，焊接熱輸入量對接頭性能影響不大，對低合金高強度鋼，焊接熱輸入量增大，則晶粒粗大，導致韌性下降。通過焊接工藝評定合格后，做出焊接工藝規程，合理控制焊接熱輸入，在保證焊接質量的前提下，適當采用較大焊接電流，可以提高生產效率。

對于壓力容器焊接結構通常作焊接工藝評定的同時考慮焊接熱輸入量，確定焊接電流的范圍，再參照焊接電流與焊條直徑的關系來確定焊條直接。在焊接工藝評定時去頂焊接線能量，合格后確定焊接電流等焊接工藝參數。當焊接熱輸入量確定后，則確定了焊接電流，焊接電壓及焊接速度等參數。

厚度較大的板材焊接時一般開坡口采用多層焊或多層多道焊，每層焊接厚度一般為5mm以內。手工電弧焊熔深約為6-8mm，每層焊接厚度為焊條直徑的0.8-1.2倍時，生產效率相對較高。多層多道焊焊接熱輸入較小，熱影響區小，接頭塑性。韌性較好。當焊接低合金鋼等壓力容器常見鋼種時，若采用大的焊接熱輸入量，性能會大幅下降，但是若采用的焊接熱輸入量過小，則會產生裂紋。因此在焊接工藝評定時選取合適的焊接熱輸入量，當焊接熱輸入量滿足要求時，可選取較大范圍的熱輸入量，以便于焊接操作。

對于自動焊，焊接時要設定好焊接電流、電弧電壓、焊接速度進行焊接。對于手工焊，焊接時還要注意電弧長度、焊炬移動，以及控制好焊道的寬度及厚度。

3 結論

在焊接過程中需要填寫熱輸入記錄表來記錄焊接過程的熱輸入量。控制好焊接熱輸入量才能使壓力容器制造既能滿足使用要求，又能提高生產效率。

參考文獻：

[1]低碳鋼與低合金高強度鋼焊接材料[M].機械工業出版社，1987.

[2]霍立興.焊接結構工程強度[M].機械工業出版社，1995.

[3]李海華，趙立凡，郭興建等.應用相控陣檢測實例與分析研究[J].壓力容器，2008，25（08）：13-18.

作者簡介：趙建宇（1975-），山東人，本科，助理工程師，研究方向：核電設備制造。