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1、9.压力容器焊接技术9.1薄壁容器的焊接过程设备中的中低压容器大多数为薄壁容器，其特点为壁厚与直径之比很小(5/DW 0.05)。对于薄壁容器多采用单层卷板的方法制造筒节，用手工电弧焊和埋弧焊进行纵、环 焊缝的焊接。9.1.1 薄壁容器焊接技术(1) 焊前准备 焊前的准备工作包括坡口加工，焊接区域的清洁以及焊件的装配等。这些工作应给予足够的重视，不然会影响焊缝质量，严重时还会造成焊后返工。对于中等厚度以下的容器焊接，常用的坡口形式有齐边坡口，V形坡口和X形坡口。 坡口形式的选择主要考虑以下几个因素： 能否保证焊透； 坡口形式是否易于加工； 尽量提高劳动生产率，节约焊接材料； 焊件焊后的变形尽量
2、小。例如：容器的壁薄，两面各焊一道即可焊透时，可采用齐边坡口，加工量小，生产效率 高。对于稍厚一些的容器，为保证焊缝质量，应开坡口。采用何种形式的坡口也要视具体情 况而定。若容器组装后，在内部焊接时通风条件差，焊接的主要工作量应放在容器外侧，这 时应选用不对称X形坡口 (大口开在外侧)或V形坡口。(2) 容器焊接顺序 先焊筒节纵缝，焊好后校圆，再组装焊接环缝。当筒体直径太大无法校圆时，应先将单筒节的几条纵缝点焊，几个筒节组装点固定后再进行纵缝和环缝的焊接。要注意的是必须先 焊纵缝后焊环缝，因为若先将环缝焊好再焊纵缝时筒体的膨胀和收缩都要受到环缝的限制， 其结果会引起过大的应力，甚至产生裂纹。每
3、条焊缝的焊接次序是先焊筒体里面，焊完后从外面用碳弧气刨清理焊根，将容易产生 裂纹和气孔的第一层焊缝基本刨掉，经磁粉或着色探伤确信没有缺陷存在后再焊外侧。(3) 对接直缝的焊接 对于中等厚度以下钢板的对接焊缝，采用齐边坡口最简单，并采用埋弧自动焊以提高生产率。通常有以下几种焊接方法： 无衬垫双面自动焊 对焊件的边缘加工和装配要求较高，焊件边缘必须平直，保证装 配间隙小于1mm。为了保证焊缝有足够的熔深又不会烧穿，焊第一面时要控制熔深为板厚 的4050%。翻面后要控制熔深达到板厚的6070%，以保证全焊透。 焊剂垫上的双面自动焊 将装配好的钢板压在焊剂垫上，最简单的焊剂垫是用一段槽 钢，里面装满焊
4、剂即可。焊接时要使焊剂紧贴在坡口背面，以防止焊接熔渣和熔池金属流失， 并防止烧穿。由于有了焊剂垫，装配间隙可不必严格要求。正面焊时，控制熔深为板厚的 5060%，反面焊接时可不用衬垫，焊接规范与正面的相同以保证焊透。对于厚度较大的工件，开坡口后仍可用上述方法焊接。 手工封底的单面自动焊 这是一种常用的方法，先用手工电弧焊封底，熔深为板厚的 3035%，然后用埋弧自动焊焊接正面焊缝。这种方法既不用焊剂垫，对装配要求也不太严 格，但生产效率较低。上述几种方法也适用于容器纵缝的焊接。(4) 环缝埋弧自动焊 容器环缝自动焊接技术与直缝的对接自动焊类似。双面焊时，先在焊剂垫上焊接内环缝，然后再焊接外环缝
5、。例如使用图 91的皮带焊剂垫，两轴之间有一条连续皮带，其上放有焊剂。工件直接放在焊剂垫上，靠工件自重与焊剂贴紧，焊剂靠工件转动时的磨擦力带动一图91皮带式焊剂垫1.焊丝2.工件3.辊轮4.焊剂垫5.皮带起转动，焊接时需要不断添加焊剂。环缝埋弧焊时要注意1.3.3 节中图 119 所示的焊缝提前量。特别是在容 器直径小于 2m 时，若不考虑焊丝提前 量，会造成焊缝成型不良。提前量为2550m m,焊件直径大，取小值。5）薄壁容器焊接实例 02再 生塔的焊接工艺要点30 万吨/年合成氨系统的 CO2 再 生塔， 直径为 4600mm， 高度为 57000mm,总重为230吨，是整个工 段中直径最
6、大、高度最高的设备。该设备的设计压力为0.17MPa,设计温度为150，操作介质为苯菲尔特溶液，呈碱性。其 焊接工艺要点为焊接方法 该设备壳体上部18m是厚度为12mm的1Cr18Ni9Ti,下部壳体是Q235 A,厚度分别是16、18、22mm。塔体的筒节共35节，分三段在厂内制造，运到现场后再进行组焊，壳体的焊接采用手工电弧焊和埋弧自动焊相结合的焊接工艺，焊接顺序遵循先里 后外，先纵缝后环缝的工艺原则。平板直缝拼接 先在一面用手工焊打底，再用埋弧焊盖面，另一面用电弧气刨清焊根 后再用埋弧焊焊接。筒节卷圆后纵缝焊接 由于筒节直径大，容易变形，因此制造了专用的筒节元宝支架， 以增强筒节的刚性，
7、防止变形。筒节直缝的焊接方法是先在元宝支架上焊内壁， 如图9-2所示，然后移到自动升降架上焊外壁。 筒体的环缝焊接是将筒体放在滚轮架上， 由几名焊工在容器内部用手工焊焊接，然后在容 器外面用碳弧气刨清焊根，最后用埋弧焊焊接。 焊接材料的选用。碳钢与碳钢焊接采用结 427焊条，埋弧焊用H08A焊丝配431焊剂。不锈 钢与不锈钢焊接采用奥 132 焊条，埋弧焊则用 1Cr18Ni9Ti焊丝，772 和 260 混合焊剂（772#60%, 260#40）。碳钢与不锈钢之间的焊接用奥307焊 条。 焊后热处理。为防止焊缝产生应力腐蚀，设备的碳钢部分需进行环焊缝的热处理，以清除焊接残余应力。 环缝热处理
8、用红外线电加热器进行，热处理制度为：1）300r以下不限制升温速度，但速度也不宜过快；2）当筒体内外壁约达到300r时，开始控制升温速度。升温速度为150C/h；3）温度升至62525C时开始保温，保温时间为1h；4）降温速度同升温情况一样。300C以下不控制降温速度；9.1.2 薄壁容器焊接技术进展随着容器生产的发展和焊接技术的进步，近年来在薄壁容器制造中推广应用了一些焊接 新技术，也出现了一些新的焊接装置。(1) 小直径筒体自动 为解决小直径筒体内纵缝及环缝的焊接问题，生产上出现了几种焊接装置。其基本原理 是用一根长杆把焊头伸到筒内进行焊接。如图9-3 所示的焊接装置是比较简单的一种。它是
9、 用 EC-1000 自动焊机改装而成。在小车上附加一个特殊机头，其端部装有焊头和焊剂漏斗， 焊丝和焊剂通过管子送到焊头和焊剂漏斗处，转动焊件即可进行环缝焊接。焊接内纵缝时， 在电弧前方加一个支撑轮，沿坡口移动，以便导向。该焊机焊接的最小筒体直径为200mm,纵缝长度可达2000mm。(2) 三丝埋弧焊 三丝埋弧焊是一种高 效焊接方法,它可以在相 距 4080mm 内沿焊缝长 度方向前后同时产生三个 电弧,并以大电流、高速 度进行焊接作业。焊接规范的选择要考 虑到三丝埋弧焊的特点, 即前行电弧要选择大电流 低电压,以获得较大的熔 深；中间电弧起填充焊缝 金属和消除咬边作用,电 流可小些,电压要
10、比前行电弧电压高,但不能高于后行电弧电压；后行电弧是保证焊缝表面 成型的关键,故电流不宜大,电压可偏高一点以保证表面成型。现举厚度为 36mm 板对接焊 为例,其焊接规范如下,焊丝直径： 5mm丝距：第一和二丝间距 80mm第二和三丝间距 90mm第一丝：焊接电流为1100A，焊接电压为36V第二丝：焊接电流为900A，焊接电压为38V第三丝；焊接电流为700A，焊接电压为40V。三丝埋弧焊的使用情况是，对于厚度为2250mm钢板对接焊，采用X形坡口，留较大 钝边，双面焊接，反面不刨焊根。用三丝埋弧焊焊接厚度为2250mm板的对接缝，生产率 比单丝埋弧焊可提高 34 倍，特别是省去单丝焊的多层
11、反复焊接，底层和中层打渣；清焊 根等工序，大大减轻了工人的劳动强度，减少焊接材料消耗和成本。(3)管状焊条丝极电渣焊 一般电渣方法用于厚板焊接才能显示出它的经济效果，而管状焊条丝极电渣焊可用于中 板的焊接。管状焊条丝极电渣的原理类似于熔嘴电渣焊，区别在于熔嘴是一根带药皮的管状焊条。 管状焊条起着导电、焊丝导向的作用，管子熔化后也作为焊缝金属的一部分。另外，由于管 状焊条带有药皮，还可以起以下作用： 使管状焊条与工件接触边缘保持绝缘，不至于造成短路现象。所以装配间隙可比一般 熔嘴电渣焊窄。 焊接过程中，管状焊条药皮涂料不断熔化，自动补给渣料。 药皮中含有一定数量的铁合金，使焊缝成分得以调整并细化
12、晶粒，提高了焊缝的综合 机械性能。管状焊条丝极电渣焊常用于中板焊接。由于焊接速度快（12m / h）,坡口间隙窄，因此 近缝区过热倾向较小。加上焊缝渗入合金改善了成份和性能，故提供了焊后不进行正火处理 的可能性。试验表明，焊后和焊后回火状态的接头性能良好。国内用管状焊条丝极电渣焊焊接的容器有壁厚 36mm 的碳钢吸收塔和壁厚 38mm 的 16Mn 储氧球罐等。（4）二氧化碳气体保护焊的应用 由于二氧化碳气体保护焊具有成本低廉，焊接适应性强，操作灵活等优点，近年来在容 器生产中，特别是在碳钢和普低钢的中、薄板容器制造中得到日益广泛的应用。例如： 压力容器封头的焊接 产品是直径大于 1600mm
13、 的椭圆形封头，通常这种封头均采用 分瓣压制，组焊成型。对于板厚为 1640mm 的封头采用二氧化碳气体保护半自动焊，焊接 效率与手工电弧焊相比提高23倍。焊缝成型美观，焊缝超声探伤一次合格率达到9596%。 小直径筒体纵缝焊接 产品外径为208mm，壁厚为1.5mm，长度为1800mm的Q235-B 钢的筒体纵缝。采用手工电弧焊，生产效率低，焊接变形量大，容易烧穿。利用细丝（0 0.8mm） 二氧化碳气体保护自动焊可单面焊双面成型。正反面均能焊透，且不易烧穿。焊后筒体纵缝 成型光滑美观，变形小。9.2 厚壁容器的焊接过程设备中的高压容器大多属厚壁容器，其焊接工作量很大，焊接工艺复杂，特别是低
14、合金高强度钢的焊接就更为困难。为了防止产生焊接裂纹就必须采取严格的工艺措施。单层卷焊容器和热套容器是厚壁容器的两种主要型式。这两类容器单筒节的制造工艺是 相似的，纵缝焊接多数采用电渣焊，因为厚板电渣焊效率高，而焊缝晶粒粗大的问题可以通 过正火（同时热校圆）得到改善。目前，容器环缝的焊接仍然以埋弧自动焊为主。9.2.1 厚壁容器焊接技术（1）纵缝电渣焊工艺 厚壁容器纵缝电渣焊多采用三丝电渣焊机。焊接时可用单丝也可用多丝，焊丝可摆动也 可不摆动。现将焊接工艺简介如下： 丝极电渣焊规范的选择 丝极电渣焊规范参数很多，必须正确选择使之得到良好的配 合，才能保证焊接接头的质量和焊接过程的稳定性。为此尤其
15、应注意：1）焊丝根数及其摆动应根据焊接厚度来选择。增加焊丝根数或使焊丝摆动均可增加焊 接厚度。一般情况下，单根焊丝不摆动可焊厚度为4060mm；二根焊丝不摆动可焊接厚度 为60100mm； 根焊丝捏动可焊接厚度为60100mm。焊丝摆动可使热源高温区活动，有 利于防止热裂纹的产生。2）确定熔宽。电渣焊由于功率大，其熔宽比别的焊接方法大，但是由于母材中含有的 碳、硫、磷等元素比焊丝中的含量高，为了提高焊缝金属抗热裂纹性能，希望母材在焊缝中 所占比例要小，一般要求熔宽为 25mm。3）焊丝直径。一般采用直径为 3mm 的焊丝，在摆动情况下，焊丝在滑块旁要有 46s 的停留时间，以保证边缘能熔透。4）装配间隙对熔宽和生产率有影响，同时要考虑到焊机导电嘴在其间运动的方便，常 用的焊接间隙在 2832mm。 电渣焊时应掌握以下技术要点。1）筒节卷圆时，板的两端均预留直边，供电渣焊用。卷圆后，焊缝处应按规定间隙用氧气切割，考虑到焊接过程中焊缝的收缩，上端留的间隙应比下端略大。2 ）坡口两侧 60mm 范围内，用砂轮打磨光滑，以使滑块顺利通过。3）装配前应清理表面油污、铁锈，按规定的间隙大小进行装配，通常用n型板焊接固 定。4）装配焊接引弧板、熄弧板。作为引弧、熄弧点。5）焊接开始阶段，用较高的电压和较低的送丝速度在引弧板上引燃电弧
