试论压力容器的焊接技术与对策

杨鸣宇

（温州市四方制药设备成套有限公司，温州 325000）

引言

压力容器（Pressure Vessel）是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。我国为了更有效地实施科学管理和安全监检，出具了《压力容器安全监察规程》。该规程根据工作压力、介质危害性及容器作用将压力容器分为三类，并对每类压力容器设计和制造过程、检验项目、检验内容和检验方式做出了不同的规定。目前生产条件下，各企业基本均能满足相关规定，所以对压力容器的焊接技术与对策加以分析对企业的发展有一定的现实意义。

1 压力容器的焊接技术

1.1 多丝多弧焊接技术

多丝多弧焊接技术可以提高工作效率、增加熔敷率，广泛应用于各类弧焊方法中。目前较为常见的是熔化极焊接法。该方法下的多丝多弧焊接技术可以分为两大类，一类是多丝共电，另一类为多丝多电。多丝共电是多根焊丝共用一个电源和一个导电设备，而多丝多电是每一根焊丝应用一个电源，送丝结构和调节设备也均是独立工作的。多丝多电情况下，技术人员可以通过改变焊丝位置进行焊接作业，完成一道、多道焊缝的同步施工。多丝共电可以用于中板、厚板、长焊缝焊接，焊接速度可以达到4～5m/min的水平，可以满足三根以上、六根以下焊丝的同步工作，熔敷率能达到100kg/h以上的水平。

1.2 窄间隙焊接技术

窄间隙焊接技术主要用于厚板焊接，能够满足大焊接量作业，也能有效的保证焊接质量。在压力容器的制作中，一般材料越厚，质量越好，容器的性能也就越出色，但厚板材加工难度也较大。窄间隙焊接技术解决了厚板材加工难度大的问题，例如，80～280mm的厚板材，将其间隙标准设定为12mm，如果采用多丝多弧等焊接方式则存在加工上的难度，无法满足作业要求，但是可以应用窄间隙焊接技术进行加工。通常窄间隙焊接技术的加工效率可以提升40%以上，熟练技术工人可以提升加工效率70%，焊丝消耗降低约30%～45%，焊剂也可以对应减少50%～60%。

1.3 气体保护焊接技术

压力容器焊接涉及到一个基本问题，即焊接过程中的金属氧化。为解决这一问题，气体保护焊接技术得到重视，目前最常用的保护气体是二氧化碳。应用二氧化碳进行焊接保护，成本较低且材料形变小，可以借助设备实现高度自动化作业。以焊丝作为划分标准，将常用二氧化碳保护焊接技术划分为药芯焊丝保护焊和实心焊丝保护焊两种。以药芯焊为例，该方式能够满足不同钢材的焊接作业，具有较高的适应性，而且焊剂的比例可以方便快速的调节，在焊接过程中应用气渣实现联合保护使熔滴过渡均匀。此外，药芯焊的熔敷率高、速度快，在相同焊接电流下药芯焊丝的电流密度大，其熔敷率为85%～90%,生产率比焊条电弧焊高3～5倍。目前压力容器的制备中，美国、德国、日本均大量应用药芯焊丝保护，占其生产总比例的25%以上。

1.4 热丝填充技术

热丝填充技术也被称为热丝等离子弧堆焊技术，是一种以等离子弧为热源,以一定成分的合金粉末作为填充金属的表面强化技术。该技术优点突出，加工精度高而且费用相对较低，能够很好的保证原设计尺寸，保证压力结构的高结合强度，而且，残余应力极小，几乎可以忽略不计。热丝填充技术应用的过程中，一般要求电压波动较小，因此往往选取恒压直流电，同时应保证电流较大，具备良好的可控性和保护能力。额定电流为1500～25O0A。焊剂在热丝填充技术的应用中也较为重要，由于输出电流较大，要求焊剂导电性能出色，电导率应大于普通焊剂至少4倍。磁控装置上，考虑到磁收缩效应，一般要求应用外加磁场防治咬边（咬边情况如图1所示），该方式也被称为磁控方式。

图1 压力容器焊接的咬边情况

1.5 金属粉添加技术

在焊接过程中，应用金属粉末的主要目的是提升熔敷率。压力容器的制造与常规容器不同，必须严格控制其精度。熔敷率越高，焊接过程中的小缝隙越能得到有效的控制，容器的性能越出色。金属粉末添加技术一般应用于埋弧焊。焊接过程中，保持电弧能量的稳定，通过持续添加金属粉末，可以提升熔敷率40%～50%，将多丝埋弧焊和金属粉末结合使用能够获取更好的效果。

此外，常见的压力容器焊接技术还包括自动脉冲氩弧焊、真空钎焊等，不同方法各具优劣势，适用范围也有所不同，加工作业时可以结合实际情况选取合适的方法。

2 压力容器的焊接对策

2.1 推行自动化焊接技术

压力容器焊接技术的优化是大势所趋，其核心发展方向之一则是自动化。上文所述的气体保护焊接法中二氧化碳的应用就是通过机械设备自动控制进行的。后续工作中，企业可以根据设备特点添加自动化模块，应用智能技术实现焊接技术的强化[1]。对压力容器的制造过程进行分析，不难发现所有工艺下的生产都是流程化、模式化的，这也意味着自动化焊接技术拥有广阔的实现空间。以金属粉添加技术为例，在进行压力容器焊接的过程中，金属粉末是不断消耗的，用法用量都存在一定要求，设计人员可以收集不同加工对象下金属粉末的添加量、添加时间，将其作为默认参数输入智能设备，与自动化设备实现兼容。在生产过程中，由传感器收集加工对象的信息，并传输给智能控制端，智能模块再将所获信息与默认程序进行匹配，下达对应指令，明确金属粉末的添加量、添加时间，进行加工作业，完成自动化焊接。

2.2 焊接设备更新

焊接设备的更新是各企业提升生产能力的主要手段，要求不同企业在资金条件允许的情况下采买先进的焊接设备，采用更新的焊接工艺，降低焊接作业的成本，提升生产效率。目前，较为常见的加工设备除了国产机械外，以德制和日制为主。德制设备的使用价值最为突出，能够满足长时间、高精度作业要求，且设备的老化程度较为理想，但是德制设备的价格较为昂贵，而且维护成本较高。日制设备在性能上与德制设备接近，但在长期作业的情况下会出现误差问题，此外，部分压力容器制造厂家反应，日制设备电压、电流波动较大，工作稳定性较德制设备略差，但是日制设备维护费用较低。国产设备近5年来取得了一定发展，但在加工精度、设备刚度上与德制、日制设备仍有差距[2]。

压力容器制备工艺的进步，也需要国内各相关企业加大投资力度，积极参与新技术、新工艺、新设备的研发，及时了解材料、技术的新发展。以龙头企业或者政府部门为核心，启动科研项目。政府投资作为引导，企业、企业联盟投入更多资金用于技术的后续研发，当获取研究成果后，各参与研发的企业均可因此获益，压力容器制造行业总体水平也能获得提升。

3 总结

通过分析压力容器的焊接技术与对策，得到相关理论。压力容器功能特殊，对焊接要求也较高，目前常见的焊接技术包括多丝多弧焊接技术、窄间隙焊接技术、气体保护焊接技术、热丝填充技术、金属粉添加技术等。为保证焊接工作的质量，还要求推行相关对策，如自动化焊接技术的应用、设备更新、技术研发等。后续工作中，各企业也应重视压力容器焊接技术的应用，提升工作水平。