压力容器焊接结构的研究

摘 要：压力容器焊接工艺国家有着详细和严格的规定，而在实际生产过程中，工艺的制定不仅依靠标准，还要靠相关技术人员的经验作出合理的判断。本文基于压力容器焊接结构的焊接技术，压力容器焊接结构的分类，压力容器焊接结构的焊接方法进行深入分析，使焊接结构与工艺设计更快捷、更优化，对压力容器设计具有很好的指导意义，对压力容器焊接结构研究具有理论及实际意义。

关键词：压力容器；焊接工艺；结构；研究

作为实际生产中的综合性产品，压力容器的生产包含了多个领域，其中涉及到无损检测、机械加工、腐蚀与防腐、冶金、安全防护等诸多行业。压力容器是实际生产过程中必不可少的重要设备，它标志着一个国家在装备制造方面水平的高低。压力容器主要由筒体、封头、开孔和接管、法兰、密封元件、支座等六大结构组成。此外，压力容器还安装有安全设备、仪表和生产工艺的内部装置。压力容器由于承受压力过大、密封质量及介质易燃等原因，容易引起火灾甚至发生爆炸而使人员、财产及设备受到重大的损失。目前，各个国家已经将压力容器的生产列为极其重要的监检项目，并由国家的专门机构，根据国家标准和法规进行监督和检验焊接工艺的选择主要是根据母材的材质、牌号，焊接性能，焊件结构类型来确定。焊接方法确定之后，再制定焊接工艺参数，以手工电弧弧焊为例，主要包括：焊条型号、焊条直径、焊接电压、焊接电流、焊接速度等。

1 焊接技术基于压力容器焊接结构

今天各个行业都在使用压力容器。了解压力容器的焊接结构， 基于压力容器焊接结构的焊接技术成为我们使用的关键。由于压力容器内部材料的存储更为特殊，之所以说它特殊是因为它存储的物质无论是气体物质还是液体物质基本上都是容易燃，容易爆炸或具有毒害物质的。所以无论是在国内还是国外，都特别重视这个特殊的密封容器的焊接和制作工序，尤其是压力容器质量监督问题的解决更是各国重中之重，如果发生一次严重的事故对人们的生命安全造成很大的威胁，因为容器应用的特殊性，后果是相当大的，而且可能会对经济和环境导致一系列的连锁反应的影响。焊接技术基于压力容器焊接结构的设计是通过 VBA 语言在 CAD 模型空间中完成的。在设计该模块的工程中需要注意工艺的位置要与焊接接头的位置分配好，这就需要在编写语言的过程中，取点坐标要准确，合理，避免出现焊接接头和工艺卡在模型空间出现重叠的现象，使整体的图形看起来不美观。

2 压力容器焊接结构的分类

压力容器最常见的结构形式为圆柱形，球形和锥形。大多数压力容器的部件组成包括封头、端盖、筒体和接管。封头在压力容器中可以分为三类，椭圆形，蝶形和球形的压力容器形状。在20mm薄壁封头的厚度可以采用冷压或旋压成形。20mm以上的壁厚头一般采用热压成型制作。大直径封头可瓜瓣和圆顶盖的焊接成型。在厚壁容器顶盖及换热器管板由大型锻造工艺加工而成。圆柱形筒体与椎体可冷弯成型或或热卷制作成型，也可以用来抑制制造业的形成过程。封头、端盖、筒体（椎体）和接管都是焊接而成。对压力容器焊接结构的分类是多种多样的，它分为压力容器的使用、压力容器的生产和检测。

（1）按承受压力的等级分为：低压容器，承压范围在0.1MPa到1.6MPa之间、中压容器，承压范围在1.6MPa到10MPa之间、高压容器，承压范围在10MPa到100MPa之间和超高压容器，承压范围在100MPa以上。

（2）按使用过程中的作用不同分为：1）主要用于进行介质化学反应的容器——反应容器；2）主要用于进行介质热量交换的容器——换热容器；3）主要用于进行介质质量交换的容器——分离容器；4）主要用于装气体或气体物料，起平衡缓冲作用的容器——贮运容器。

3 压力容器焊接结构的焊接方法

最常用的压力容器的焊接方法：手工电弧焊，埋弧焊，氩弧焊接。手工电弧焊：手工电弧焊也称为焊条电弧焊的焊接方法，是一种可用于焊缝金属与母材在焊缝金属和母材形熔化形成焊缝的一种焊接方法。此种焊接方法设备简单，成本低的交流或直流焊接电源。此种焊接方法灵活方便，可用于各种位置的焊接，甚至适用于各种焊接工件的厚度和形状。焊条范围广泛可用于不同钢材的焊接。焊接质量的好坏主要取决于工人的技术水平和焊条的质量。埋弧焊是焊接的焊剂保护层下电弧进行燃烧焊接的一种焊接方法。在造船，压力容器，重型机械、军工等制造业中应用的非常广泛，它是现在应用最广泛的焊接方法。其显著特点是生产效率高，这是因为一方面，焊丝的长度短，电流和电流密度增加，因此弧深效率大大提高。另一方面，由于磁通和炉渣保温和电弧基本无辐射热损失，减少飞溅的溶液，虽然对熔剂熔融热损失有所增加，但总的热效率仍然大大增加。高质量的焊缝，熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持得到，在要求焊工技术水平不高，焊缝成分稳定，力学性能好。除了减少手工焊接操作的劳动强度，它没有弧光辐射，这是埋弧焊的独特优势。氩弧焊接是在传统电弧焊接的基础，采用的焊接材料和燃烧反应保护惰性气体氩，用电热流产使焊接熔化成液体焊料基体对焊接熔池的形成中，基体金属，在焊接技术焊接材料的原子结合的一种焊接技术。这个过程包括：压力容器的焊接打底、中层施焊、盖面、焊后热处理、焊缝的无损检测。在实际生产中，在管壳式换热器的压力容器是最常见的，最广泛使用的。根据管壳式换热器结构特点，管壳式换热器可分为固定管板换热器，U型管式换热器，填料函式换热器和浮头式换热器。压力容器焊接结构的焊接方法主要包括：原材料和焊接材料的检验、结构材料的预处理、放样划线和号料、下料与边缘加工、成型与弯曲加工、装配与焊接、焊后热处理、焊件的质量检查、焊接结构的涂装等。对于不同用途的压力容器就有不同的焊接要求，也有相应的检测标准。

4 利用 VBA 进行压力容器焊接接头模块设计

对所有压力容器焊接接头图进行VBA编程，使程序运行时CAD界面能自动绘出压力容器焊接接头图，从而组成基于VBA的CAD二次开发的压力容器焊接接头图库，以后进行压力容器焊接工艺设计时想选哪种接头就把相应 VBA 程序运行即可生成相应焊接接头图。对接接头图库程序设计、角接接头图库程序设计、搭接接头图库程序设计、T型接头图库程序设计、接管与壳体间焊接接头图库程序设计所用的 VBA 编程语言基本相同。编辑程序时，首先根据endprint

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焊接接头图形编辑一个个闭合的区域，编辑区域的程序主要是画直线程序和画弧程序，然后编辑图案填充程序，对闭合的区域进行填充，接着对焊接接头图进行标注，编辑尺寸标注程序，尺寸标注主要包括对齐标注，半径标注，角度标注。依照VBA语言来编程，编图程序初步完成后，运行，看程序是否正常运行，如果运行出现错误，则系统会自动提示，需进行调试；如果运行正常，则可得到接CAD图，然后观察该图与图库的图是否相差很多，如果相差很多，则再通过改变坐标作调整，最终得到符合要求的程序。

目前，大多数焊接工艺都是记录在本上的，当用户查找数据时会带来诸多不便，维护起来也不方便。成功设计出该焊接工艺系统将会减少因焊接工艺规范太过复杂而造成生产中出现的问题。使用Access作为记录数据的后台数据库，AutoCAD中的VBA作为程序开发语言，设计出一套可以应用于实际生产的焊接工艺专家系统。它不仅能够条理地，系统地整理和存储焊接工艺数据，而且界面方便简洁，可以使用户快速地查询焊接工艺参数并进行有效合理的数据管理。通过研究，了解压力容器的分类及其焊接工艺；将所学的知识进行条理化，提高综合运用专业知识分析和解决实际问题的能力。对压力容器焊接结构过程有一个整体认识及运用，如焊接强度计算、材料的选择、焊接接头的设计、焊接方法的选择、工艺参数的确定等；制作焊接工艺卡；学习运用 Access 数据库对焊接数据进行归类整理；掌握 AutoCAD 绘图方法和 VBA 语言二次开发技术等。

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作者简介：吴召波（1981-），男，山东费县人，硕士研究生，机械工程师，研究方向：换热器制造。endprint