浅谈气瓶的生产工艺和焊接

刘顺强

【摘  要】本文介绍了气瓶的结构特点，气瓶制造时所采用的工艺流程以及焊接的工艺要求和方法。详细说明了几种气瓶焊接方法的优缺点。为更好的气瓶焊接具有指导意义。

【关键词】 气瓶;工艺流程;焊接方法

引言

气瓶用于存储和输送易燃易爆液体或气体。因此它在工作时将时刻处于高压或超高压的状态中，而气瓶的重要材料是钢，所以要求气瓶所用的钢材料应具备良好的冲压成型性、低的屈强比以及良好焊接性能。随着工业和科技的快速发展，对气瓶的设计，制造，焊缝质量和气瓶在焊后的尺寸精度都提出了更多新的要求。本文重点对气瓶的生产工艺和焊接进行了详细的阐述。

1.生产工艺分析

1.1成分设计

气瓶外由钢材料组成而瓶内由充满多孔硅酸钙填料构成，并通过冲压和焊接工艺生产的。在此过程中，母材的化学成份直接影响焊缝及热影响区的性能。所用的钢应满足三个重要指标：良好的冲压成型性;较高的强度和韧性指标;低的屈强比以及良好焊接性能，这三个条件缺一不可。国产20号冷轧钢板具有含碳量低，磷硫杂质少，热影响区淬硬倾向小、可焊接性良好等优点，是常用的气瓶原料。碳是钢中有效的强化元素，能大幅提高钢的强度，但由于碳 含量增加，相变后珠光体含量增加，使钢的塑性降低。如果含量过多会直接影响成型性能和焊接性能，所以碳含量应控制在0.14%～0.17%。硅是固溶强化元素，如果含量过高，会使钢中易形成带状组织，导致横向性能低于纵向性能，而且在钢板冲压成型过程中易引起裂纹，使屈服强度增加。所以含量应控制在 0.07% 以下; 锰是弱碳化物形成元素，不仅可以增加强度而且可通过细化晶粒的方式有效提高钢的韧性，但当含量过高时会增加屈强比，因此应控制在 0.7%～0.8%。为了提高钢的塑韧性，可以在钢中加入一定量的钛。因为钛在钢中易和 碳、氮元素结合形成 Ti C、Ti N，它们分别以弥散分布的状态起到細化铁素体晶粒和弥散强化的作用。

1.2冶炼工艺

气瓶的冶炼包括三个重要过程，分别是磷的控制、终点控制和脱氧合金化。在出钢过程中，温度应控制在1630 ℃～1680 ℃并严格控制出钢口下渣，以防回磷。终点各成分比为Al≥0.020%， C≥0.08% ， P≤0.010%。分别使用高碳锰和钢芯铝和硅锰作为脱氧合金化，以此保证沉淀脱氧完全。在制造过程中控制钢中的夹杂物和气体含量是焊接钢瓶的关键。为了提高钢水的纯净度，首先要进行铁水预处理。通过喷吹镁粉，可将硫降低到18 × 10-6以下，为后续的转炉少渣精炼提供基础。接下来是转炉冶炼技术，通过自动化炼钢可以大大提高钢水成分和温度的命中率。铸坯采用动态轻压下技术，尽量减少偏析、疏松、缩孔等，提高铸坯芯部凝固质量。研究表明，为保证成品各项性能指标，把过渡坯改判。通过冶炼工艺中一系列控制，可以很好的保证钢水纯净度、夹杂物控制和铸坯质量。

1.3轧制工艺

为了提高气瓶的强度和成型性能，使产品达到标准要求。对轧制制度进行一个准确的工艺参数设计是必不可少的。轧制制度是根据减轻带状组织（根据成品厚度变化和成品道次压下量，可以消除或减轻带状组织）、低屈强比、细化晶粒等效果进行制定。气瓶钢的重要性能指标是屈强比，对高强度焊瓶钢而言，屈强比越低，材料从开始塑性变形到最后断裂的形变容量越大，也就是说低屈强比的材料在钢中是比较安全的，能否控制好屈强比对轧制制度和使用安全性的确定有着至关重要的作用，为了气瓶钢既有高的强度，又有低的屈强比，一般要求屈强比<0.80。另一个重要因素是终轧温度对屈强比的影响，终轧温度提高，有利于屈强比降低，终轧温度为 840～880 ℃。终轧温度的升高会导致屈强度呈下降趋势，但屈服强度下降的速率相对于抗拉强度而言，是比较大的。这主要是因为随着终轧温度的升高，晶粒相对粗化速率加大，而晶粒大小对屈服的影响要大于对抗拉强度的影响。根据工艺要求，为了保证合金的充分固溶，铸坯加热制度要求板坯的出炉温度为 1180～1220 ℃。最适宜的出炉温度为1210℃。控制轧制分为两个重要阶段，一个是采用奥氏体再结晶区，另外一个是采用奥氏体未再结晶区，通过轧制工艺这个重要环节，可以保证HP295的晶粒和组织的均匀化。

1.4冷却工艺

冷却采用两段式冷却工艺。通过一段冷却可以增加过冷度，当钢材冷却到有利于铁素体转变的临界温度区域时，要终止冷却并持续短时间的空冷，这样可以提高相变驱动力，并有效促进了铁素体的大量析出、增加了钢中铁素体含量，以此来获得相对均匀的等轴铁素体; 相变后组织结构是铁素体晶粒为 9.5 级～10级的铁素体+珠光体，晶粒大小均匀，这样既保证了钢的强度又保证了低屈强比的要求。卷曲温度的高低对相变后组织结构及晶粒度有重要的影响。卷曲温度高，相变后组织晶粒粗大，强度低，卷曲温度低，则相变后晶粒细小，卷曲温度的合理控制，也是获得良好性能的关键。铁素体析出量的增大必然使铁素体中的碳向未转变的奥氏体中富集，因此两段式冷却过程可以有效抑制铁素体的继续长大，也可以促进高碳浓度奥氏体的珠光体相变过程，从而获得强度较高且弥散分布的珠光体组织。

2.气瓶的焊接

2.1对气瓶结构的认识

在焊接之前，首先要对气瓶结构进行一个完整的认识。根据GB 5100-2011《钢质焊接气瓶》的要求，对于溶解乙炔气瓶来说，它的凸面承压封头与筒体的焊接可以使用角接和搭接的方式。不仅如此，在设计该种气瓶的时候还要进行疲劳验证试验，具体操作方法必须严格按照GB/T9252-2001《气瓶疲劳试验方法》执行。

2.2焊接的工艺要求

在实际生产和气瓶焊接过程中，我们往往忽略了对塞座、阀座等角的焊缝，仅仅依靠水压试验来验证，从而使其成为泄露隐患点。这就要求在焊缝的具体过程中焊缝根部不仅要焊透而且焊缝金属和热影响区不得有裂纹。除此之外，在将焊接的气瓶投入使用之前，应对其进行型式试验验证，以保证其焊接后的气瓶是否能具备一定的安全性。应该明确的是，所焊接气瓶的型式试验在满足GB5100-2011《钢质焊接气瓶》的同时，还要满足TSGR7002-2009《气瓶型式试验规则》的要求。在众多的影响焊接质量的因素中，除了工艺参数外就是焊接机械装备。焊接工作台在结构上要满足两点：第一点是焊接夹具要能将上下封头对接的销边量控制在规定范围内; 第二点是尾座可在导轨上移动而不影响装配精度，且具有自锁的功能。在功能上应满足装配效率和焊接质量可以有较高的工作效率。

2.3焊接方法

气瓶的焊接方法有很多种，常用的方法有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气保焊。 钨极氩弧焊的特点是热量较集中，有利于缩小热影响区宽度，从而获得细晶组织，以此来提高焊接接头的力学性能和抗裂性。另外，虽然钨极氩弧焊的焊接效率较低，但它的焊缝氢含量远远低于埋弧焊和焊条电弧焊，能有效地防止氢致延迟裂纹的产生。熔化极富氩型混合气体保护焊（MIG）保留了其他三个弧焊技术的焊缝氢含量极低，焊接效率高的优点，在提高了电弧稳定性的同时降低了电弧辐射强度。焊接完成后一定要进行气密性试验。具体操作过程是将引流管上的阀门关紧后看引流管焊缝处是否有漏气现象出现。

3.结论

本文通过改变夹杂物形态，保证钢水纯净度，连铸过程获得良好的铸坯内部质量。通过采用轧制工艺，满足气瓶钢对强度和低的屈强比以及良好焊接性能的要求。实验表明： 我们所确定的工艺方案及焊接过程是完全正确可行的， 关键工艺及所用的钢材料能够满足气瓶的性能要求。

参考文献

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