試論壓力容器的焊接技術與對策

楊鳴宇

（溫州市四方制藥設備成套有限公司，溫州 325000）

引言

壓力容器（Pressure Vessel）是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設備。我國為了更有效地實施科學管理和安全監檢，出具了《壓力容器安全監察規程》。該規程根據工作壓力、介質危害性及容器作用將壓力容器分為三類，并對每類壓力容器設計和制造過程、檢驗項目、檢驗內容和檢驗方式做出了不同的規定。目前生產條件下，各企業基本均能滿足相關規定，所以對壓力容器的焊接技術與對策加以分析對企業的發展有一定的現實意義。

1 壓力容器的焊接技術

1.1 多絲多弧焊接技術

多絲多弧焊接技術可以提高工作效率、增加熔敷率，廣泛應用于各類弧焊方法中。目前較為常見的是熔化極焊接法。該方法下的多絲多弧焊接技術可以分為兩大類，一類是多絲共電，另一類為多絲多電。多絲共電是多根焊絲共用一個電源和一個導電設備，而多絲多電是每一根焊絲應用一個電源，送絲結構和調節設備也均是獨立工作的。多絲多電情況下，技術人員可以通過改變焊絲位置進行焊接作業，完成一道、多道焊縫的同步施工。多絲共電可以用于中板、厚板、長焊縫焊接，焊接速度可以達到4～5m/min的水平，可以滿足三根以上、六根以下焊絲的同步工作，熔敷率能達到100kg/h以上的水平。

1.2 窄間隙焊接技術

窄間隙焊接技術主要用于厚板焊接，能夠滿足大焊接量作業，也能有效的保證焊接質量。在壓力容器的制作中，一般材料越厚，質量越好，容器的性能也就越出色，但厚板材加工難度也較大。窄間隙焊接技術解決了厚板材加工難度大的問題，例如，80～280mm的厚板材，將其間隙標準設定為12mm，如果采用多絲多弧等焊接方式則存在加工上的難度，無法滿足作業要求，但是可以應用窄間隙焊接技術進行加工。通常窄間隙焊接技術的加工效率可以提升40%以上，熟練技術工人可以提升加工效率70%，焊絲消耗降低約30%～45%，焊劑也可以對應減少50%～60%。

1.3 氣體保護焊接技術

壓力容器焊接涉及到一個基本問題，即焊接過程中的金屬氧化。為解決這一問題，氣體保護焊接技術得到重視，目前最常用的保護氣體是二氧化碳。應用二氧化碳進行焊接保護，成本較低且材料形變小，可以借助設備實現高度自動化作業。以焊絲作為劃分標準，將常用二氧化碳保護焊接技術劃分為藥芯焊絲保護焊和實心焊絲保護焊兩種。以藥芯焊為例，該方式能夠滿足不同鋼材的焊接作業，具有較高的適應性，而且焊劑的比例可以方便快速的調節，在焊接過程中應用氣渣實現聯合保護使熔滴過渡均勻。此外，藥芯焊的熔敷率高、速度快，在相同焊接電流下藥芯焊絲的電流密度大，其熔敷率為85%～90%,生產率比焊條電弧焊高3～5倍。目前壓力容器的制備中，美國、德國、日本均大量應用藥芯焊絲保護，占其生產總比例的25%以上。

1.4 熱絲填充技術

熱絲填充技術也被稱為熱絲等離子弧堆焊技術，是一種以等離子弧為熱源,以一定成分的合金粉末作為填充金屬的表面強化技術。該技術優點突出，加工精度高而且費用相對較低，能夠很好的保證原設計尺寸，保證壓力結構的高結合強度，而且，殘余應力極小，幾乎可以忽略不計。熱絲填充技術應用的過程中，一般要求電壓波動較小，因此往往選取恒壓直流電，同時應保證電流較大，具備良好的可控性和保護能力。額定電流為1500～25O0A。焊劑在熱絲填充技術的應用中也較為重要，由于輸出電流較大，要求焊劑導電性能出色，電導率應大于普通焊劑至少4倍。磁控裝置上，考慮到磁收縮效應，一般要求應用外加磁場防治咬邊（咬邊情況如圖1所示），該方式也被稱為磁控方式。

圖1 壓力容器焊接的咬邊情況

1.5 金屬粉添加技術

在焊接過程中，應用金屬粉末的主要目的是提升熔敷率。壓力容器的制造與常規容器不同，必須嚴格控制其精度。熔敷率越高，焊接過程中的小縫隙越能得到有效的控制，容器的性能越出色。金屬粉末添加技術一般應用于埋弧焊。焊接過程中，保持電弧能量的穩定，通過持續添加金屬粉末，可以提升熔敷率40%～50%，將多絲埋弧焊和金屬粉末結合使用能夠獲取更好的效果。

此外，常見的壓力容器焊接技術還包括自動脈沖氬弧焊、真空釬焊等，不同方法各具優劣勢，適用范圍也有所不同，加工作業時可以結合實際情況選取合適的方法。

2 壓力容器的焊接對策

2.1 推行自動化焊接技術

壓力容器焊接技術的優化是大勢所趨，其核心發展方向之一則是自動化。上文所述的氣體保護焊接法中二氧化碳的應用就是通過機械設備自動控制進行的。后續工作中，企業可以根據設備特點添加自動化模塊，應用智能技術實現焊接技術的強化[1]。對壓力容器的制造過程進行分析，不難發現所有工藝下的生產都是流程化、模式化的，這也意味著自動化焊接技術擁有廣闊的實現空間。以金屬粉添加技術為例，在進行壓力容器焊接的過程中，金屬粉末是不斷消耗的，用法用量都存在一定要求，設計人員可以收集不同加工對象下金屬粉末的添加量、添加時間，將其作為默認參數輸入智能設備，與自動化設備實現兼容。在生產過程中，由傳感器收集加工對象的信息，并傳輸給智能控制端，智能模塊再將所獲信息與默認程序進行匹配，下達對應指令，明確金屬粉末的添加量、添加時間，進行加工作業，完成自動化焊接。

2.2 焊接設備更新

焊接設備的更新是各企業提升生產能力的主要手段，要求不同企業在資金條件允許的情況下采買先進的焊接設備，采用更新的焊接工藝，降低焊接作業的成本，提升生產效率。目前，較為常見的加工設備除了國產機械外，以德制和日制為主。德制設備的使用價值最為突出，能夠滿足長時間、高精度作業要求，且設備的老化程度較為理想，但是德制設備的價格較為昂貴，而且維護成本較高。日制設備在性能上與德制設備接近，但在長期作業的情況下會出現誤差問題，此外，部分壓力容器制造廠家反應，日制設備電壓、電流波動較大，工作穩定性較德制設備略差，但是日制設備維護費用較低。國產設備近5年來取得了一定發展，但在加工精度、設備剛度上與德制、日制設備仍有差距[2]。

壓力容器制備工藝的進步，也需要國內各相關企業加大投資力度，積極參與新技術、新工藝、新設備的研發，及時了解材料、技術的新發展。以龍頭企業或者政府部門為核心，啟動科研項目。政府投資作為引導，企業、企業聯盟投入更多資金用于技術的后續研發，當獲取研究成果后，各參與研發的企業均可因此獲益，壓力容器制造行業總體水平也能獲得提升。

3 總結

通過分析壓力容器的焊接技術與對策，得到相關理論。壓力容器功能特殊，對焊接要求也較高，目前常見的焊接技術包括多絲多弧焊接技術、窄間隙焊接技術、氣體保護焊接技術、熱絲填充技術、金屬粉添加技術等。為保證焊接工作的質量，還要求推行相關對策，如自動化焊接技術的應用、設備更新、技術研發等。后續工作中，各企業也應重視壓力容器焊接技術的應用，提升工作水平。