壓力容器焊接技術(shù)探析

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摘要：隨著我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展和工業(yè)化水平的不斷提高，一些工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備市場(chǎng)更加廣闊，壓力容器就是其中之一。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，壓力容器主要是指由圓柱體、支撐件、法蘭、密封元件、開孔、封頭和接管等組成的承壓設(shè)備。壓力容器的應(yīng)用范圍非常廣泛，不僅在化學(xué)工業(yè)中，而且在能源、軍事、航空航天和機(jī)械制造中，都有非常廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，壓力容器是的焊接結(jié)構(gòu)，因此對(duì)焊接的要求很高，特別是要確保焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理。

關(guān)鍵詞：壓力容器；焊接技術(shù)；質(zhì)量管理

一、引言

壓力容器一般在高溫高壓下運(yùn)行，通常包含易燃、易爆和有毒介質(zhì)。如果由于設(shè)備故障而發(fā)生事故，很容易威脅到人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)的安全，并可能引起環(huán)境污染事故，因此被列為重要管制產(chǎn)品，由國(guó)家指定的專門機(jī)構(gòu)根據(jù)國(guó)家法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全監(jiān)督和技術(shù)檢查。壓力容器的制造質(zhì)量與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的穩(wěn)定生活息息相關(guān)，對(duì)制造技術(shù)的可靠性有嚴(yán)格的要求。焊接技術(shù)是壓力容器制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到壓力容器制造質(zhì)量安全。因此，高質(zhì)量、高效率的焊接技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)壓力容器制造的高效率，并確保本質(zhì)安全。

二、壓力容器的概念和背景

壓力容器可以容納液體或氣體，并具有承受一定壓力的能力。壓力容器主要是密閉設(shè)備，分為反應(yīng)容器、熱交換容器、存儲(chǔ)容器和分離容器。當(dāng)前，壓力容器廣泛用于化學(xué)工業(yè)、機(jī)械、石油加工和航空航天等各個(gè)行業(yè)。壓力容器的制造過程非常復(fù)雜，焊接技術(shù)是制造過程中非常重要的一部分，主要用于通過加熱、壓制或兩者同時(shí)使用，永久粘合相同或不同的材料。在焊接技術(shù)的操作中有許多小細(xì)節(jié)需要考慮，焊接技術(shù)的水平也影響壓力容器的性能和質(zhì)量，以及壓力容器的效率和制造成本。因此，只有確保焊接質(zhì)量，防止各種安全事故的發(fā)生并確保工人的生命安全，才能保證壓力容器的安全可靠使用。因此，近年來，在制造壓力容器行業(yè)中，如何提高焊接技術(shù)水平并不斷開發(fā)新的焊接技術(shù)，是人們最為關(guān)注的問題。通過不斷研究，壓力容器焊接技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，許多新的壓力容器焊接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

三、壓力容器焊接過程概述

（一）壓力容器焊接技術(shù)的主要特點(diǎn)

由于壓力容器用于容納不同的物品，因此壓力容器的制造要求也不同。低壓、高壓和超高壓容器必須使用不同的焊接材料，并且由于對(duì)厚度的要求不同，所以，壓力容器焊接技能表現(xiàn)出不同的特征，如當(dāng)前使用最廣泛的是金屬連接技術(shù)。隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)壓力容器焊接技術(shù)的要求也逐漸提高。然而，目前我國(guó)的焊接技術(shù)還存在一些弊端，需要科學(xué)和技術(shù)的不斷進(jìn)步才能在工業(yè)領(lǐng)域取得更多的成果。焊接技術(shù)對(duì)工業(yè)的影響不僅在我國(guó)發(fā)揮著作用，而且在世界上也起著非常重要的作用，壓力容器焊接技術(shù)的投資增加有利于我國(guó)的工業(yè)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展。

（二）壓力容器的焊接工藝流程

壓力容器焊接技術(shù)的主要過程是焊接設(shè)備的使用、工作檢查、材料管理等。為了提高壓力容器的耐用性，必須定期維護(hù)焊接設(shè)備，以使設(shè)備能夠安全運(yùn)行。此外，應(yīng)維護(hù)和檢查電流表和電壓表，以確保設(shè)備正常運(yùn)行。另外，有必要選擇合適的焊接材料并滿足壓力容器的要求，以避免諸如材料混淆和錯(cuò)誤之類的問題；有必要檢查焊接操作，詳細(xì)檢查焊接材料，準(zhǔn)確控制焊接速度、時(shí)間、溫度等數(shù)據(jù)，并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接；有必要在焊接后檢查壓力容器的耐壓性，并確保壓力容器可以有效使用。

（三）壓力容器焊接技術(shù)的缺陷

壓力容器在焊接過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)缺陷，在構(gòu)造過程中會(huì)出現(xiàn)諸如邊緣未對(duì)準(zhǔn)或變形的問題，所有這些都會(huì)直接影響壓力容器的使用。有時(shí)使用過多的電流進(jìn)行焊接或由于電流速度過快而在壓力容器中出現(xiàn)缺陷或咬邊，這不僅會(huì)干擾焊接操作，而且還會(huì)影響壓力容器的質(zhì)量，有時(shí)還會(huì)由于人員的工作失誤而出現(xiàn)殘?jiān)?，既降低了壓力容器的密封性，又為后續(xù)使用留下了隱患。另外，焊接接頭中的金屬?zèng)]有熔合好，這也是導(dǎo)致壓力容器破裂的主要因素。

四、壓力容器焊接技術(shù)

（一）厚壁壓力容器的焊接技術(shù)

焊接操作經(jīng)常會(huì)涉及高空焊接工藝，如大型塔架的空中焊接、大直徑容器噴嘴和殼體的焊接、密閉空間（例如高壓小直徑厚壁容器）的焊接、極度危險(xiǎn)介質(zhì)容器的焊接以及內(nèi)部維修等，這會(huì)給焊接操作人員帶來安全隱患，因此迫切需要安全、高度自動(dòng)化和高效的焊接技術(shù)。厚壁壓力容器的傳統(tǒng)焊接技術(shù)是單絲埋弧焊和電渣焊，使用窄間隙焊接技術(shù)，通過減小凹槽的橫截面積來減少焊接熱量輸入。

（二）不銹鋼復(fù)合板壓力容器的焊接技術(shù)

不銹鋼復(fù)合板是以碳素鋼或低合金鋼為基層，以不銹鋼為復(fù)層的雙金屬?gòu)?fù)合板。通常，雙金屬?gòu)?fù)合板通過爆炸法、冷軋法或爆炸冷軋法制成，具有不銹鋼的耐腐蝕性，并且碳鋼和低合金鋼具有低成本的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地用于冶煉、石油、化工等領(lǐng)域的塔槽設(shè)備材料。復(fù)合板的焊接不同于單金屬的焊接，是對(duì)兩種具有大的物理性能、化學(xué)成分和組織的材料進(jìn)行焊接。由于兩種金屬的膨脹系數(shù)不同，因此在焊縫附近會(huì)引起焊接熱應(yīng)力。

（三）承裝腐蝕介質(zhì)的壓力容器焊接技術(shù)

當(dāng)前的新表面處理方法是電渣表面處理，與以前使用的帶極埋弧堆焊表面處理相比，其具有熔化效率高、均勻的滲透和稀釋率低于帶極埋弧堆焊的優(yōu)點(diǎn)。單層表面處理可以滿足性能要求，同時(shí)減少工作量，表面處理層形成良好，不容易產(chǎn)生夾渣、表面質(zhì)量差、平坦度低等缺陷。助焊劑只需要在焊接方向的正面遮蓋，而埋弧焊必須用焊劑覆蓋整個(gè)焊接區(qū)域。

五、焊接質(zhì)量控制與管理措施

（一）焊接材料控制措施

焊接材料的選擇應(yīng)使焊接金屬的機(jī)械性能高于基礎(chǔ)材料的極限，并且，如果有必要，其他性能不應(yīng)低于基礎(chǔ)材料的相應(yīng)要求。焊接材料必須與適當(dāng)?shù)暮附庸に囅嗥ヅ?，以使焊接接頭的性能可以滿足制造過程后的技術(shù)文檔規(guī)定和服務(wù)要求。焊接材料必須具有產(chǎn)品質(zhì)量證書，并符合適用標(biāo)準(zhǔn)的要求。相關(guān)企業(yè)必須根據(jù)質(zhì)量管理體系規(guī)定，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收或復(fù)檢。焊材倉(cāng)庫(kù)必須嚴(yán)格執(zhí)行焊材的存儲(chǔ)、干燥、分配和回收利用制度。

（二）焊工資格和管理措施

焊接人員的工作水平與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本控制密切相關(guān)，因此任何合格的焊工都可以說是企業(yè)的財(cái)富。壓力容器的壓力焊接之前，壓力容器的焊接操作人員必須通過《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》以獲得特殊設(shè)備焊接操作人員證書，焊接項(xiàng)目應(yīng)與測(cè)試內(nèi)容的相同。壓力容器制造單位應(yīng)制定焊工管理措施，并根據(jù)自身的實(shí)際情況建立焊工焊接檔案。焊接產(chǎn)品時(shí)，要確保焊工的焊接項(xiàng)目與通過測(cè)試的焊接項(xiàng)目相同，并且不得出現(xiàn)焊接測(cè)試不合格的焊工。合格的焊工會(huì)按照焊接程序文檔的要求進(jìn)行焊接，并自覺遵守相關(guān)程序或相關(guān)技術(shù)要求。對(duì)于在實(shí)際焊接中合格率不高的焊工，可以取消其焊接資格，重新培訓(xùn)和評(píng)估焊接合格性，并在達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)后才可以進(jìn)行壓力焊接。

（三）焊接工藝及管理措施

焊接程序資格測(cè)試應(yīng)使用焊接程序的焊接測(cè)試板進(jìn)行測(cè)試，以確保通過該程序的焊接接頭滿足各種性能標(biāo)準(zhǔn)。用于焊接壓力容器的承壓縫的焊接工藝必須通過焊接工藝認(rèn)證，并且其參數(shù)必須在工藝認(rèn)證范圍內(nèi)。焊接操作人員必須根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件、技術(shù)要求和制造條件，使用合格的焊接工藝，從實(shí)際情況出發(fā)，為每個(gè)焊接接頭準(zhǔn)備焊接工藝文件。因此，在焊接過程中必須嚴(yán)格遵守已通過焊接工藝鑒定的焊接工藝參數(shù)，不得隨意更改。如果未按照焊接程序文檔的要求進(jìn)行焊接，則即使在無損檢查中未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，也不能保證焊接接頭的機(jī)械性能，這可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量帶來安全隱患。所以，必須由合格的焊工按照合格的焊接工藝文件的要求進(jìn)行壓力容器的焊接，以獲得滿足要求的焊接接頭并保證焊接質(zhì)量。

（四）焊接設(shè)備及管理措施

焊接設(shè)備是完成焊接過程所需的設(shè)備，壓力容器制造商必須根據(jù)自身的條件配置焊接設(shè)備，設(shè)置設(shè)備賬戶并記錄設(shè)備的狀態(tài)和維護(hù)情況。具有良好工作條件的焊接設(shè)備是順利完成焊接工作和確保焊接質(zhì)量的前提。焊接設(shè)備必須由專職人員進(jìn)行管理，并定期檢查和維護(hù)，電流表和電壓表必須在檢查期內(nèi)正常工作。

（五）焊縫檢驗(yàn)控制措施

焊接檢查是焊接接頭質(zhì)量控制的重要組成部分。焊接前，檢查焊接工藝文件、焊接工資質(zhì)量、焊接坡口、設(shè)備儀表、工藝設(shè)備、焊接材料等；在焊接過程中，檢查焊接規(guī)格參數(shù)，通過間隙和技術(shù)文件執(zhí)行情況；焊接后，檢查焊接的形狀和尺寸以及焊機(jī)上的鋼印。通過外觀檢查后，焊縫必須根據(jù)需要進(jìn)行無損檢查。為了確保焊接接頭的機(jī)械性能，產(chǎn)品的焊接測(cè)試板是根據(jù)《固容規(guī)》的測(cè)試機(jī)械性能的要求制成的，必須修復(fù)具有過多缺陷的焊縫，分析缺陷的原因并提出相應(yīng)的修復(fù)計(jì)劃。

六、結(jié)語

目前，我國(guó)大型高壓容器的焊接技術(shù)、焊接設(shè)備和焊接材料仍處于研究開發(fā)階段，與世界先進(jìn)水平仍有一定的差距。因此，為了滿足大型高壓容器生產(chǎn)和建設(shè)的快速發(fā)展需求，有必要加大對(duì)壓力容器焊接技術(shù)的投資，使焊接操作人員具有更高的理論水平和操作能力。同時(shí)，加快我國(guó)自動(dòng)焊接技術(shù)、智能焊接系統(tǒng)和具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能焊接材料的研發(fā)，提高我國(guó)焊接行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，減少對(duì)國(guó)外焊接技術(shù)的依賴。

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[2]王磊，焦大偉.基于壓力容器焊接新技術(shù)與應(yīng)用的探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（20）：92.

作者:王偉 單位:中國(guó)電建集團(tuán)山東電力建設(shè)第一工程有限公司