压力容器焊接方法及其性能指标对比分析

侯连清

摘要：工业生產的压力容器是一种特殊设备，在制造过程中有大量焊接工作，并要求严格的精度。因此，必须选择适当的焊接方法。本文研究了压力容器的焊接工艺和性能指标比较，供有关人员参考。

关键词：压力容器;焊接方法;性能指标

压力容器是工业制造的重要设备，直接影响到作业的安全性和可靠性。制造合格的优质设备需要许多过程。设备主体的主要结构大多是全焊结构，因此压力容器的焊接工艺和程序对于确保压力容器的安全性和可靠性至关重要。如果焊接质量得不到保证，很有可能影响设备的使用寿命和安全操作。

一、压力容器的焊接特点

压力容器具有较高的强度。本体由壳体材料C、Mn、Nb等低合金钢组成，锅炉的强度较高。如果使用的刚度过高，可能会出现裂缝。此外，焊接后，许多元素仍留在奥氏体，使得焊缝处的焊缝容易开裂，并影响到压力容器设计的寿命。压力容器的尺寸和壁厚相对较高。在特定焊接工艺中，焊接前需要预热。在焊件预热、微观察和焊缝观察方面存在问题。由于焊接难度，必须保证焊接工艺的合理应用和焊接方法的合理选择，以保证焊接质量。

二、压力容器的焊接方法

压力容器的焊接方法直接影响设备的可靠性。必须进行选取以确保焊接品质。下面简要介绍了几种焊接方法。

1.手工电弧焊接。在此焊接方法的应用中，电弧焊接产生的高温主要有助于焊接过程熔化。电极是焊条和焊件件用，电弧产生的热量用于熔化焊条及焊件，焊缝生产。此方法是手动执行的，该方法虽然较为灵活，但由于操作人员的技术状况，焊缝质量受到严重影响，效率并不理想。

2.埋弧焊。沿焊接方向将引燃电弧、送丝、电弧至焊接收尾的整个过程由机械设备完成。生产率、良好的操作条件、简单的维护、稳定性和高焊接质量。主要焊接广泛应用于主体焊缝，适用于批量生产。

3.气体保护电弧焊。焊接工艺采用保护气，在应用程序中非常简单，可用于自动和全方位焊接。这种实用的新型焊接工艺成本低、效率高、操作方便、质量稳定。

4.等离子弧焊。这是一种混合焊接方法，使用高密度离子束作为焊接源，具有能量密度、高生产率、焊接速度、电孤稳定性等特性。它特别适用于焊接各种难熔、氧化和热敏感性金属材料，焊接例如钨、铜、镍、钛等。

三、试件性能试验及分析

1.外观检查焊缝。焊缝外观的质量控制包括焊缝余高，错边量，咬边。使用压力容器时，焊缝承受可变载荷，如低温容器要求余高必须为零，以避免错边及咬边。实验是余高较大的焊条电弧焊，2.8mm实测值;第二个是埋弧焊，1.5 mm实测值，等离子弧焊0.5mm最小焊缝余高。各焊接咬边、错边等未产生。从焊缝表示中可以看出，等离子焊缝看起来整齐有序，焊缝看起来最好。

2.无损检测焊缝。无损检测是压力容器的主要检测方法，不危害设备的完整性。每种焊接方法都使用射线和渗透。使用XXH-3005射线探伤，探伤检测使用单壁单影法。700毫米焦距，180kV电压，3mA电流强度，3分钟曝光时间，采用探伤剂Ⅱc-d的渗透探伤，渗透和显像时间10分钟。使用目视检测，表面缺陷这三种焊接方法都没有发现。射线探伤过程中，在焊条电弧焊中发现了气孔1mm。检验板符合本标准的要求是Ⅰ级合格。未发现任何符合标准Ⅰ级合格的缺陷。焊条电弧焊是手动焊接。手工焊焊接对焊工的能力的影响很大，且重复频率较低。因此，接过技术存在缺陷，而机动焊有埋弧焊与等离子弧焊。一旦正确设置了设备参数，就可以实现正常、重复、高装配精度、保证焊缝质量而不会出现焊接缺陷。

3.焊接拉伸。拉伸测试是焊缝力学性能的重要指标。S30408不锈钢符合GB/T 24511的要求，抗拉强度RM≥520 MPa。力学性能性能拉伸试样的制备和评价必须符合NB/T 47014标准的要求。取样准备如下：移除余高以齐平母材，试样的厚度等于其厚度（8 mm）、宽度20 mm和横截面160 mm2。试验采用WAW-1000D测量仪控制PC上的电磁伺服驱动。根据拉伸试验结果可知，采用焊条电弧焊进行

焊接的试样，塑性断裂位于焊缝处，位于94.88 kN断裂载荷、拉伸强度为593 MPa的焊缝上;如果符合NB/T 47014要求的母材拉伸强度是同一金属材料的规范，则拉伸强度不得低于本标准中母材的最小拉伸强度。埋弧焊的抗拉强度下降，塑性断裂于焊缝处，断裂载荷85.28 kN，533 MPa抗拉强度;如果符合NB/T 47014抗拉强度标准，则抗拉强度不得低于该标准规定的最小抗拉强度;如果抗拉强度符合同一金属材料的规范，则抗拉强度不得低于该标准规定的最小抗拉强度。该值，即拉伸强度（520 MPa）。105kN断裂载荷、656 MPa抗拉强度如果符合NB/T 47014要求的母材拉伸强度是同一金属材料的规范，则拉伸强度不得低于本标准中母料的最小强度（520 MPa）。试件对三种拉伸强度焊接方法的拉伸强度满足标准的下限值，但试验材料的拉伸强度可能不同。等离子弧焊（656MPa）的拉伸强度最强，其次是焊条电弧焊（593MPa）和强度值最小是埋弧焊（533MPa）。焊接接头的机械特性主要与焊接过程的热组织有关。焊接过程中的热量供应决定了焊接过程中的热力和动态。焊缝可以分为缝区、熔合区和热影响。根据热输入标准，每个区域对于晶粒可能有不同的大小。当热供应增加，焊接过程中晶粒增加时，颗粒厚度是影响材料动力学性能的重要因素。分析表明，随着热输入的增加，焊缝同一点的峰值温度上升，延长高温停留的时间有利于晶体的生长和厚度。探测焊缝的热输入如下：28 kJ/cm埋弧焊，25 kJ/cm焊条电弧焊，13 kJ/cm等离子弧焊。埋弧焊点输入大，焊接颗粒大，力学性能差;接下来是焊条电弧焊。弧焊尽管热量不足，但集中在线能量和电弧束上。它们小热影响，细晶粒，组织有序，力学性能好。

4.试验焊缝弯曲。弯曲试验是焊接塑性的参数。制备弯曲试样评估必须满足NB/T 47014的要求。对于不同的焊接方法，使用背弯、面弯各2个，弯曲试样4个，试样为8mm厚度，为38mm宽度，直径为32mm。按标准将弯曲至180°，测试后，拉伸曲面和热区域中的焊缝在任何方向上都没有超过3mm的开口缺陷。结果表明，采用三种焊接方法焊接的材料形状良好。

通过试验不同焊接方法生成的焊缝的外观质量、无损质量和力学性能。离子弧焊焊缝外观整齐、美观，焊条电弧焊重复差异在很大程度上取决于焊工的技能，不能保证密集操作的质量。其他两种焊接方法重复且有效。经射线探伤后确认焊缝无缺陷、质量优良。埋弧焊热输入大，焊接颗粒大，力学性能差;其次是焊条电弧焊，等离子弧焊具有线性能量电弧束集中，热影响面积小，细晶粒，组织、力学性能好。通过比较几种弧焊的不同性能，可以看出等离子弧焊在各个方面表现良好，应用前景广阔。

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