单道单面焊双面成形焊接工艺在低压薄壁容器生产中的应用

牛恩辉，陈延刚

(1.中石化中原石油勘探局培训中心，河南 濮阳 457001;2.鸿宇压力容器有限公司，河南 濮阳 457001)

0 前言

低压薄壁容器在石油化工等领域得到越来越广泛的应用，对低压薄壁容器的规范性、标准化的要求也越加严格。低压容器的工作压力虽然不高，但焊接工艺要执行相应的承压设备焊接标准。低压容器的设计多选用厚4～6 mm的焊接性较好的Q235B钢板，一般筒体纵缝的焊接主要采用SAW双面焊或SMAW背面封底+SAW填充、盖面的焊接工艺施焊。以上两种焊接工艺虽然能够保证焊接质量，但都要进行双面焊接，成本高、焊接效率较低。在长期的低压薄壁容器焊接生产过程中，对焊接工艺进行了改进，采用加紫铜垫板单道单面焊双面成形FCAW机动焊的焊接工艺，弥补了原焊接工艺的不足，减少了工序，简化了焊接过程。以4 mm厚的Q235B低压薄壁容器筒体纵缝焊接为例，介绍加紫铜垫板单道单面焊双面成形FCAW机动焊的焊接工艺及其应用。

1 焊接机具

1.1 焊接电源

采用瑞凌NBC－500气体保护焊焊接电源，直流反接，选用型号为YD－500KR的松下直柄气冷式焊枪，喷嘴直径16 mm。

1.2 纵缝焊接机

筒体纵缝的焊接选用福肯ZH－1000纵缝焊接机，焊接机如图1所示。焊前将组装好的筒体放在纵缝焊接机的水冷焊接芯轴上，焊接芯轴上方的衬垫槽中安装上事先加工好的紫铜焊接衬垫，使待焊接的筒体纵缝与紫铜焊接衬垫的成型槽对中，然后用琴键式气动夹具将其压紧。直柄气冷式焊枪正对筒体纵缝中心，调整好焊丝伸出长度，焊接时沿着轨道自动行走。

图1 纵缝焊接机示意

1.3 背面垫板

背面垫板选用紫铜(T3)制作，尺寸1 200 mm×25 mm×14 mm。为了保证焊缝的背面成形质量，在紫铜垫板表面的中心加工出成型槽，成型槽尺寸为5 mm×1.5 mm(宽×深)，其形状如图2所示。

图2 成型槽示意

2 焊接材料的选用

2.1 焊丝的选用

Q235B钢板焊接性优良，厚度4 mm，根据低压薄壁容器的工作条件和焊接经济性的要求，选用天津金桥焊材集团有限公司生产的型号为E501T－1、直径φ1.6 mm的药芯焊丝。E501T－1药芯焊丝熔敷金属化学成分和力学性能如表1、表2所示。

表1 药芯焊丝熔敷金属化学成分 %

表2 药芯焊丝熔敷金属力学性能

2.2 保护气体

保护气体选用CO2气体，纯度大于等于99.5%，含水量不超过0.005%。

3 筒体的坡口准备和组焊

3.1 坡口形式

为了减少坡口的加工工序，节省金属，筒体纵焊缝的坡口形式选用I型坡口。

3.2 工件焊前清理

筒体纵缝组对前，用角向磨光机将纵缝I型坡口面及近坡口正反面15～20 mm内的油锈等污物清理干净，使其漏出金属光泽。

3.3 对口间隙

为了保证筒体纵缝背面充分焊透，并具有良好的焊缝成型，纵缝组装时预留对口间隙2～4 mm。

3.4 定位焊

筒体纵缝采用焊条电弧焊进行定位焊，选用φ3.2 mm 的 E4303焊条，焊接电流100～110 A，电弧电压24 V。在筒体内部进行定位焊，定位焊间距200～300 mm，定位焊缝长度10～15 mm。筒体纵缝两端分别焊接一块60 mm×40 mm×4 mm的引弧板和引出板。

定位焊时，应保证对口间隙均匀，错边量小于0.4 mm。由于定位焊缝要作为正式焊缝的一部分，因此定位焊缝不得有气孔、裂纹、夹渣和未熔合等焊接缺陷。

4 焊接工艺参数

在平焊位置进行筒体纵缝焊接，背面加有紫铜焊接衬垫，可以选择较大的焊接工艺参数来提高工作效率。4 mm厚筒体纵缝单道单面焊双面成形FCAW机动焊焊接工艺参数如表3所示。

表3 筒体纵缝焊接工艺参数

5 工艺评定结果

5.1 焊缝外观检验

筒体纵缝焊接完成后，检验焊缝外观，焊缝的正面成形如图3所示，背面成形如图4所示。

图3 焊缝正面成形照片

图4 焊缝背面成形照片

由图3、图4可见，正反面焊缝成形平滑，余高和熔宽控制均匀，无飞溅、咬边、凹坑等表面缺陷，表面成形美观。

5.2 焊缝RT射线检验

按照JB/T 4730－2005标准对工艺试验的三道纵焊缝进行了100%RT射线检验，共拍片9张，检验结果均为Ⅰ级。

5.3 焊缝力学性能检验

焊接接头试样按照NB/T47016－2011和GB/T2653－2008标准进行了面弯和背弯试验;按GB/T228－2011标准进行了焊接接头的抗拉强度试验。焊接接头力学性能检验结果见表4。

表4 焊接接头力学性能检验结果

由表4可知，面弯、背弯试验和试件抗拉强度完全满足标准和技术条件的要求。

6 结论

采用高效的FCAW机动焊加紫铜垫板单道单面焊双面成形的焊接工艺进行4 mm厚筒体纵缝的焊接，完全能够满足低压薄壁容器焊接接头的设计要求。该工艺在低压薄壁容器焊接生产中已应用近半年，大大减少了焊接加工工序，焊接过程得到简化，焊接质量容易保证，生产效率提高了50%～60%，可为今后类似薄壁容器制定焊接工艺提供一定的参考。