压力容器制造及安装高效切割与焊接技术

周家伟 王智远

我厂始建于1963年，年处理钢材量一万t以上，持有国家质量监督检验检疫总局颁发的A1（高压容器）、A2（第Ⅲ类低、中压容器）、A3（球形储罐现场组焊及球壳板制造）、D1（第Ⅰ类压力容器）、D2（第Ⅱ类低、中压容器）制造许可证。我厂先后通过GB/T19001—2008质量管理体系，API Spec Q1美国石油学会质量管理体系，美国ASME压力容器制造规范“U”钢印资质，A1、A2、A3类压力容器设计、制造许可证等四项质量管理体系和质量保证体系。

1. 高效焊接与切割设备的应用

我厂现有埋弧焊机、自动焊机、逆变焊机、CO2气体保护焊机及氩弧焊机等焊接设备二百余套，各类大型数控切割机、等离子切割机、型材切割机等切割设备二十余套。

根据材料的不同规格、材质、技术要求等选用适合的焊接与切割方法，基本可达到整套流程半自动化。容器筒体部分使用数控切割机来对钢板进行冲边，然后使用铣边机进行坡口制备，经卷制成形后用埋弧焊小车进行拼板纵缝的焊接，壳体环缝的焊接使用机架式自动焊机或自动焊小车进行，内脏件等板件的切割使用剪板机及数控切割机加工，小直径压力容器的坡口加工使用管材切割机进行管材的切割，对于较薄的不锈钢、低合金钢等易变形的板件通过等离子数控自动切割机进行切割。

我厂承揽了哈萨克斯坦让纳若尔油田天然气处理及综合利用工程第三油气厂II、III期项目中1 7台容器的焊接及制造。该项目中大部分容器直径较大（φ 3200mm以上）、厚度较厚（≥32mm）、焊接量较多（壳体直缝总长272m，环缝总长532m），我厂为此制订了一系列焊接方法和工艺，直缝采用埋弧焊，环缝根据壳体直径大小采用不同的焊接工艺。

φ2 000mm以上壳体环缝焊接根据生产情况采用了双机单丝同时同步外环缝焊接以及内外焊缝同时同步埋弧焊焊接工艺。

φ 2000mm 以下壳体内环缝采用自动MAG 焊（75%~80%Ar+25%~20%CO2的混合气体保护焊），外环缝采用埋弧焊。筒体内外环焊缝同时进行焊接，（见图1），筒体双机组同时焊接环缝如图2所示。

直径＜DN500mm 的接管及配件与壳体的焊接采用半自动MAG 焊。我厂常用的是80%Ar+20%CO2的混合气体，由于混合气体中氩气占的比例较大，故常称为富氩混合气体保护焊。在这批产品中采用MAG焊短路过渡进行焊接，包括与产品筒体接触的正接管、斜插管、大小口和大法兰等，从而使产品获得稳定的焊接工艺性能和良好美观的焊接接头。

直径≥DN500mm的接管为了提高生产效率还使用了马鞍自动埋弧焊。焊接效率远远大于焊条电弧焊，超声一次检测合格率高。小直径接管与法兰的对接焊口使用钨极氩弧焊焊接，单面焊双面成形，无需打磨处理。

图1 筒体内外环焊缝同时进行焊接

图2 筒体双机组同时焊接环缝

2. 对高效焊接与切割设备的需求

在日常的工作生产过程中，自动化设备的应用在节省人力的同时，也大大提高了工作效率和工作质量，并且较为关键的是降低了相关从业人员的劳动强度。同时由于自动化设备的稳定性和准确性，所以不仅提高了工作质量，而且用半自动焊和自动焊减少了人为造成焊接缺陷的几率，还减少了返修成本，降低了焊材的使用。

将来大中小型自动化焊切设备将向着智能化、集成化、精准化及稳定化的方向逐步发展，提高设备的连续运行能力，并且针对各项工作内容可自动调节性能至关重要，其中集成性应包括一机多用、一岗多能，减少压力容器制造过程中的倒运、吊装环节，将切割、焊接、打磨、检测等集成在一个工作位置，在提高效率的基础上进一步降低成本。

3. 对高效焊材的需求

在全自动化设备尚未广泛应用的情况下，如何提高生产效率与企业的命脉息息相关。就目前现状来讲，采用高效焊材来提高生产效率是一种较为经济、实际的方法。高效焊材可以提高质量、缩短工期，从而减少了人工费用等生产成本。作为高效焊材的一种，药芯焊丝适应性强，调整焊剂的成分和比例极为方便；工艺性能好，采用气渣联合保护，可获得良好成形；熔滴过渡均匀；熔敷速度快，生产效率高，在相同焊接电流下药芯焊丝的电流密度大、熔化速度快，其熔敷率为85%~90%，生产率比焊条电弧焊高3~5倍；可用较大焊接电流进行全位置焊接。药芯焊丝与手工焊条和氩弧焊丝相比有明显的优势，主要是把断续的焊接过程变为连续的生产方式，从而减少了焊接接头的数目，提高了焊缝质量，也提高了生产效率，节约了能源。

由于药芯焊丝具有的较好的熔敷性和焊接速度，我厂在大庆油田柳树河3万t页岩油中试先导基地（炼厂）项目、大庆石化120万t/年乙烯改扩建工程、哈萨克斯坦让纳若尔油田天然气处理及综合利用工程第三油气厂II、III期项目、大庆炼化公司火炬系统隐患治理工程等国家优秀焊接工程项目中广泛使用，以此代替了以往焊条电弧焊，大大提高了工作效率，可提高工效3倍。