HR-2鋼壓力容器激光焊接工藝研究

摘 要：本文對HR-2某型號壓力容器殼體進行激光焊接工藝研究，結果表明，采用焦距181-187mm，速度0.02-0.025m/s，功率1560-1860W焊接參數所焊焊縫內部質量更好，滿足客戶要求。在此基礎上進行了試驗件及產品的焊接，所焊產品經X光檢查合格，氣密試驗考核合格，滿足使用要求。

關鍵詞：HR-2;壓力容器;激光焊接工藝

本文中所研究的奧氏體型HR-2不銹鋼制壓力容器，由上件和下件兩個帶有止口（止口厚度1mm）、壁厚2.5mm的近似半橢球體采用激光焊接組焊而成，底部不允許焊透，兩端口徑較小，內部熱量不易散發，變形不易控制，焊接難度較大，技術要求也很高，具體的技術要求見表1。

1 試驗條件及方法

1.1 試驗設備

本次試驗過程采用的設備為6KW的光纖激光焊接機器人工作站，應用立臥兩用變位機和6軸KUKA KR-60型機器人進行配合實現環縫焊接，激光器為美國IPG公司所生產的YLS-6000型光纖激光器，最大激光功率為6300W，配備Precitec標準焊接頭，聚焦鏡片焦距200mm，傳輸光纖芯徑300μm。

1.2 試驗材料

HR-2材料較為少見，且價格昂貴。因此我們擬采用與其化學成分最為接近的304不銹鋼進行工藝參數調試，二者化學成分及力學性能對比如表2所示。

1.3 試驗過程

試驗主要分為試板堆焊、試驗件焊接兩個階段。試板堆焊階段主要是鎖定參數的范圍，試驗件焊接主要是優化軌跡程序和起收弧參數。

1.3.1 試板堆焊

本階段采用板厚為2.5mm的304不銹鋼平板堆焊的方式進行焊接工藝參數的摸索，使用單因素變量法對焦距、功率、速度三個因素進行實驗，對得到的數據進行分析比對，依次得到其相對應的最佳值，對這個最佳值進行穩定性試驗，確保它處于范圍的中心，再對這個參數進行拉偏試驗，得到優化后具體的焊接參數范圍，以最大程度的滿足焊縫的外觀和氣孔要求。

焊縫X射線檢測結果見表3，通過對比發現YL031006號試板的焊接參數最符合技術要求，因此我們對該焊接參數分別進行穩定性試驗和拉偏試驗，最終鎖定了焊接工藝參數的范圍焦距181-187mm，速度0.02-0.025m/s，功率1560-1860W，具體的試驗過程見表4。

1.3.2 試驗件焊接

本階段采用對試驗件實施環縫焊接的方式進行軌跡編程的調整和優化。將試驗件裝卡到變位機上，采用變位機轉盤每轉30度角取一個示教點的方式記錄整條環縫的軌跡，以達到盡可能最精確的焊縫軌跡，得到均勻規整的環焊縫，通過分析得到最優參數焦距183mm，速度0.023m/s，功率1680W。

2 產品的焊接及檢測

2.1 產品的焊接

按照前述的工藝方法，以及根據之前焊接參數的工藝試驗，采用最優參數組合，完成了五件產品的焊接。

2.2 焊后的檢測情況

按表1要求對5件產品進行了各項檢測，以下是檢測結果：

（1）產品焊縫區域外觀光滑、平整。

（2）產品X射線檢測結果如圖1所示，焊縫內部無裂紋、氣孔密集區及大于Φ0.5mm的單個氣孔，無焊漏焊偏現象。

（3）氣密性檢測方案如圖2所示，利用6根雙頭螺桿和兩個堵蓋，從外面壓緊壓力容器的接口與密封圈來達到密封的目的。檢測現場見圖3，我們提高了設計圖紙要求的強度考核，采用每隔5分鐘加壓0.1MPa的方式，加壓到1.2MPa，保壓了15min，期間無任何氣泡冒出。

3 結論

（1）通過工藝試驗發現，采用焦距181-187mm，速度0.02-0025m/s，功率1560-1860W焊接參數所焊焊縫內部質量更好，滿足客戶要求。

（2）通過試驗件的焊接獲得了最優參數焦距183mm，速度0.023m/s，功率1680W，應用在5件產品的焊接上，所焊產品焊縫X光檢測符合用戶要求，尺寸檢測符合用戶要求，通過了12MPa氣密試驗的強度考核。

參考文獻：

[1]雷華東，黃文榮，郭鵬，等.抗氫不銹鋼的激光焊接性及氣孔成因初探[J].焊接技術，2002，31（3）：8-10.

[2]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊：第2卷：材料的焊接性[J].北京：機械工業出版社，1992.

作者簡介：鄧鑫（1993-），男，漢族，河南洛陽人，本科，研究方向：激光焊接。