9壓力容器焊接技術(shù)

1、 9. 壓力容器焊接技術(shù)9.1 薄壁容器的焊接過程設(shè)備中的中低壓容器大多數(shù)為薄壁容器，其特點(diǎn)為壁厚與直徑之比很小(5 /D f/ I*1 .卜,圖92防止筒體變形的元寶架*1.筒體2.焊縫接頭3.元寶架升溫速度為150 C/ h;9.1.2薄壁容器焊接技術(shù)進(jìn)展隨著容器生產(chǎn)的發(fā)展和焊接技術(shù)的進(jìn)步，近年來在薄壁容器制造中推廣應(yīng)用了一些焊接新技術(shù)，也出現(xiàn)了一些新的焊接裝置。小直徑筒體自動為解決小直徑筒體內(nèi)縱縫及環(huán)縫的焊接問題，生產(chǎn)上出現(xiàn)了幾種焊接裝置。其基本原理是用一根長桿把焊頭伸到筒內(nèi)進(jìn)行焊接。如圖9-3所示的焊接裝置是比較簡單的一種。它是用EC-1000自動焊機(jī)改裝而成。在小車上附加一個特殊機(jī)頭

2、，其端部裝有焊頭和焊劑漏斗， 焊絲和焊劑通過管子送到焊頭和焊劑漏斗處，轉(zhuǎn)動焊件即可進(jìn)行環(huán)縫焊接。焊接內(nèi)縱縫時， 在電弧前方加一個支撐輪，沿坡口移動，以便導(dǎo)向。該焊機(jī)焊接的最小筒體直徑為三絲埋弧焊 三絲埋弧焊是一種高效焊接方法，它可以在相 距4080mm內(nèi)沿焊縫長 度方向前后同時產(chǎn)生三個 電弧，并以大電流、高速 度進(jìn)行焊接作業(yè)。焊接規(guī)范的選擇要考慮到三絲埋弧焊的特點(diǎn)， 即前行電弧要選擇大電流 低電壓，以獲得較大的熔 深；中間電弧起填充焊縫 金屬和消除咬邊作用，電 流可小些，電壓要比前行電弧電壓高，但不能高于后行電弧電壓；后行電弧是保證焊縫表面成型的關(guān)鍵，故電流不宜大，電壓可偏高一點(diǎn)以保證表面成型

3、?，F(xiàn)舉厚度為36mm板對接焊為例，其焊接規(guī)范如下，焊絲直徑：5mm絲距：第一和二絲間距 80mm第二和三絲間距90mm第一絲：焊接電流為 第二絲：焊接電流為 第三絲；焊接電流為200mm，縱縫長度可達(dá)三絲埋弧焊的使用情況是，對于厚度為2000mm。S ；-1M4亍/11, 丄-/r1； 1 rJ r丄|1100A，焊接電壓為 36V 900A,焊接電壓為 38V 700A,焊接電壓為 40V。2250mm鋼板對接焊，采用 X形坡口，留較大鈍邊，雙面焊接，反面不刨焊根。用三絲埋弧焊焊接厚度為2250mm板的對接縫，生產(chǎn)率比單絲埋弧焊可提高 34倍，特別是省去單絲焊的多層反復(fù)焊接，底層和中層打渣；

4、清焊 根等工序，大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度，減少焊接材料消耗和成本。(3)管狀焊條絲極電渣焊 一般電渣方法用于厚板焊接才能顯示出它的經(jīng)濟(jì)效果， 板的焊接。管狀焊條絲極電渣的原理類似于熔嘴電渣焊，區(qū)別在于熔嘴是一根帶藥皮的管狀焊條。 管狀焊條起著導(dǎo)電、焊絲導(dǎo)向的作用，管子熔化后也作為焊縫金屬的一部分。另外，由于管 狀焊條帶有藥皮，還可以起以下作用：使管狀焊條與工件接觸邊緣保持絕緣，不至于造成短路現(xiàn)象。所以裝配間隙可比一般熔嘴電渣焊窄。焊接過程中，管狀焊條藥皮涂料不斷熔化，自動補(bǔ)給渣料。而管狀焊條絲極電渣焊可用于中藥皮中含有一定數(shù)量的鐵合金， 使焊縫成分得以調(diào)整并細(xì)化晶粒， 提高了焊縫的綜合 機(jī)械性

5、能。管狀焊條絲極電渣焊常用于中板焊接。 由于焊接速度快 （1 2mh） ，坡口間隙窄， 因此 近縫區(qū)過熱傾向較小。 加上焊縫滲入合金改善了成份和性能， 故提供了焊后不進(jìn)行正火處理 的可能性。試驗(yàn)表明，焊后和焊后回火狀態(tài)的接頭性能良好。國內(nèi)用管狀焊條絲極電渣焊焊接的容器有壁厚36mm的碳鋼吸收塔和壁厚 38mm的16Mn儲氧球罐等。（4）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的應(yīng)用 由于二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊具有成本低廉， 焊接適應(yīng)性強(qiáng)， 操作靈活等優(yōu)點(diǎn)， 近年來在容 器生產(chǎn)中，特別是在碳鋼和普低鋼的中、薄板容器制造中得到日益廣泛的應(yīng)用。例如：壓力容器封頭的焊接產(chǎn)品是直徑大于1600mm的橢圓形封頭，通常這種封頭均采用

6、分瓣壓制，組焊成型。對于板厚為1640mm的封頭采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)半自動焊，焊接效率與手工電弧焊相比提高 23倍。焊縫成型美觀， 焊縫超聲探傷一次合格率達(dá)到 9596%。小直徑筒體縱縫焊接產(chǎn)品外徑為208mm壁厚為1.5mm,長度為1800mm的Q235-B正反面均能焊透， 且不易燒穿。 焊后筒體縱縫9.2厚壁容器的焊接其焊接工作量很大， 焊接工藝復(fù)雜， 特別是低鋼的筒體縱縫。采用手工電弧焊，生產(chǎn)效率低，焊接變形量大，容易燒穿。利用細(xì)絲（0 0.8mm） 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)自動焊可單面焊雙面成型。 成型光滑美觀,變形小。過程設(shè)備中的高壓容器大多屬厚壁容器， 合金高強(qiáng)度鋼的焊接就更為困難。為了防

7、止產(chǎn)生焊接裂紋就必須采取嚴(yán)格的工藝措施。單層卷焊容器和熱套容器是厚壁容器的兩種主要型式。 這兩類容器單筒節(jié)的制造工藝是 相似的， 縱縫焊接多數(shù)采用電渣焊， 因?yàn)楹癜咫娫感矢撸?而焊縫晶粒粗大的問題可以通 過正火 （同時熱校圓 ） 得到改善。目前，容器環(huán)縫的焊接仍然以埋弧自動焊為主。厚壁容器焊接技術(shù)（ 1） 縱縫電渣焊工藝 厚壁容器縱縫電渣焊多采用三絲電渣焊機(jī)。 焊接時可用單絲也可用多絲， 焊絲可擺動也 可不擺動?，F(xiàn)將焊接工藝簡介如下：絲極電渣焊規(guī)范的選擇 絲極電渣焊規(guī)范參數(shù)很多， 必須正確選擇使之得到良好的配 合，才能保證焊接接頭的質(zhì)量和焊接過程的穩(wěn)定性。為此尤其應(yīng)注意：）焊絲根數(shù)及其擺動

8、應(yīng)根據(jù)焊接厚度來選擇。增加焊絲根數(shù)或使焊絲擺動均可增加焊 接厚度。一般情況下，單根焊絲不擺動可焊厚度為4060mm二根焊絲不擺動可焊接厚度為60100mm 一根焊絲捏動可焊接厚度為 60100mm焊絲擺動可使熱源高溫區(qū)活動，有 利于防止熱裂紋的產(chǎn)生。）確定熔寬。電渣焊由于功率大，其熔寬比別的焊接方法大，但是由于母材中含有的 碳、硫、磷等元素比焊絲中的含量高，為了提高焊縫金屬抗熱裂紋性能，希望母材在焊縫中 所占比例要小，一般要求熔寬為 2 5mm。）焊絲直徑。一般采用直徑為 3mm的焊絲，在擺動情況下，焊絲在滑塊旁要有46s的停留時間，以保證邊緣能熔透。）裝配間隙對熔寬和生產(chǎn)率有影響，同時要考慮

9、到焊機(jī)導(dǎo)電嘴在其間運(yùn)動的方便，常 用的焊接間隙在 2832mm。電渣焊時應(yīng)掌握以下技術(shù)要點(diǎn)。）筒節(jié)卷圓時，板的兩端均預(yù)留直邊，供電渣焊用。卷圓后，焊縫處應(yīng)按規(guī)定間隙用 氧氣切割，考慮到焊接過程中焊縫的收縮，上端留的間隙應(yīng)比下端略大。2 定。45）坡口兩側(cè)60mn范圍內(nèi)，用砂輪打磨光滑，以使滑塊順利通過。）裝配前應(yīng)清理表面油污、鐵銹，按規(guī)定的間隙大小進(jìn)行裝配，通常用n型板焊接固）裝配焊接引弧板、熄弧板。作為引弧、熄弧點(diǎn)。）焊接開始階段，用較高的電壓和較低的送絲速度在引弧板上引燃電弧使焊劑熔化, 造成足夠深的渣池后再轉(zhuǎn)入正常的電渣焊過程，這時應(yīng)將電壓和送同時加入足夠量的焊劑， 絲速度調(diào)到規(guī)定的數(shù)值

10、。（2）環(huán)縫埋弧焊埋弧焊可以獲得高的熔透深度，若采用直徑為68mm勺焊絲單道焊，在大規(guī)范下也可一次焊接較厚的板。但是，由于焊縫形成粗大的枝晶結(jié)構(gòu)，焊縫的沖擊韌性較低，不能滿足 壓力容器設(shè)計的要求。經(jīng)驗(yàn)表明，多道焊縫能有效地提高埋弧焊焊縫的韌性。一般采用直徑4mm旱絲，中等的焊接規(guī)范進(jìn)行多層多道焊，此時，由于前道焊縫受到次道焊縫的熱作用而 使晶粒細(xì)化，從而提高了焊縫的沖擊韌性。焊前準(zhǔn)備環(huán)縫焊接是容器制造的關(guān)鍵工藝之一，為保證焊縫質(zhì)量必須重視坡口加工，焊件清理，裝配等焊前準(zhǔn)備工序。序號U型V型組合坡口坡 口名稱V型帶墊板坡口U型坡口坡 口型式s=16120 h=10p=2R=6 8 c=2 a =

11、53 =70c=0.2 p=4 6 a =6 R=8坡 口尺寸C=8a =15適用范圍手工焊封底的埋弧焊內(nèi)徑V 500筒體,手工焊氬弧焊封底的埋弧焊）坡口加工。厚壁容器環(huán)縫均采用較窄的坡口，以減少熔敷金屬量。常用的坡口形式 為U-V形組合坡口，見表 9-1。坡口的V形部分很短，位于容器內(nèi)部，用手工電弧焊焊接； 表9-1 容器環(huán)縫坡口形式及尺寸1020mn范圍要保證在容器外壁上U形部分在容器外部，用埋弧自動焊焊接。2）焊件清理。環(huán)縫裝配前應(yīng)將坡口上的油污、銹漬清理干凈，坡口兩側(cè) 內(nèi)的氧化皮要打磨干凈。3 ）焊件裝配。環(huán)縫的裝配是很關(guān)鍵的，裝配時要使焊縫間隙均勻，高低平整, 施焊以后焊縫的錯邊量、

12、 角變形都在規(guī)定的范圍內(nèi)。 調(diào)節(jié)好筒節(jié)間的位置后， 橫跨焊縫焊上n型鐵加以固定。焊接規(guī)范和工藝條件的選擇既要考慮到提高焊接生產(chǎn)率，也要考慮到保證焊縫性能，特別是沖擊韌性的要求。對于強(qiáng)度較低的材料，如20g、16Mn鋼材的塑性好，對焊縫沖擊韌性的要求并不高，可選用直徑為5mm勺焊絲，并可采用較大的電流進(jìn)行焊接。對于強(qiáng)度較高的低合金鋼，如 18M nM oNl和14M nMoV鋼，焊縫的沖擊韌性要求較高，只能選用直徑 為4mm甚至3mm的焊絲，并用較小的電流施焊。這樣，雖然生產(chǎn)率低一些，但是，由于焊 道層數(shù)多，前一層焊縫大部分可以受到下一層焊縫的熱作用，焊縫的沖擊韌性就能得到改善。表9-2為深厚焊

13、縫埋弧自動焊常用的規(guī)范。表9-2深厚焊縫埋弧焊常用規(guī)范焊絲直徑（mm）焊接電流（A）焊接電壓 （V）焊接速度 （m/ h） 3430 45034 3625 4550 65022 3432 5700 75035 3828環(huán)縫的焊接除了選擇合適的焊接規(guī)范外，還要根據(jù)鋼材特點(diǎn)和容器壁厚考慮是否需要預(yù)熱，或者采用低溫消氫處理、焊后熱處理等措施，防止焊接裂紋的產(chǎn)生。關(guān)于這個問題可參 閱本篇第三章的有關(guān)內(nèi)容。厚壁容器環(huán)縫焊接程序?qū)⒀b配好的容器放在滾輪架上，自動焊機(jī)頭放在可移動的龍門式升降機(jī)（或單臂式）上進(jìn)行焊接。一般是先焊內(nèi)環(huán)縫后焊外環(huán)縫，依次焊接。）環(huán)焊縫預(yù)熱。由于厚壁容器環(huán)焊縫是采用多層多道焊，殘余應(yīng)

14、力十分復(fù)雜。為防止冷裂紋的產(chǎn)生，即使是碳鋼容器在埋弧焊前也要對環(huán)縫坡口進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱時應(yīng)使內(nèi)外壁溫度均勻并保持整個焊接過程的溫度不低于規(guī)定的預(yù)熱溫度。）手工焊封底。焊工在容器內(nèi)部進(jìn)行手工封底焊，采用多層多道焊，一條縫要連續(xù)焊 滿。這個工作在預(yù)熱條件下進(jìn)行是相當(dāng)艱苦的，需要數(shù)名焊工輪流操作。）去掉n形鐵。封底焊縫焊好后，筒節(jié)間的位置就固定了，可以去掉裝配時焊在外壁的n形鐵，以便外環(huán)縫的焊接。n形鐵打掉后要將殘余的焊縫鏟掉，磨平，并經(jīng)磁粉探傷，確認(rèn)無裂紋方可。若有裂紋須進(jìn)行修補(bǔ)，這對高強(qiáng)度鋼容器尤為重要。）鏟焊根。為保證焊縫質(zhì)量，必須將手工封底焊縫根部的未焊透，夾渣等缺陷清理除掉。這一工作可用鳳鏟

15、或碳弧氣刨來進(jìn)行（刨后要打磨）。防止坡口邊緣的咬邊和夾渣。 但也不可過高，否則對焊接接頭的韌性有）環(huán)縫埋弧焊。在達(dá)到規(guī)定的預(yù)熱溫度后即可從容器外部進(jìn)行埋弧自動焊。焊時用一 個專用的銅制扁焊嘴深入到環(huán)狀坡口內(nèi)。使用的焊劑應(yīng)經(jīng)過烘干，焊絲經(jīng)過除銹、去污。焊 接應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。要保持焊接規(guī)范的穩(wěn)定， 注意焊道的合理分布，焊接過程中應(yīng)保持層間溫度不低于預(yù)熱溫度， 不良的影響，一般不要超過 300 Co中途不要停頓。經(jīng)驗(yàn)證明，這對防止產(chǎn)生延低合金高強(qiáng)度鋼容器的環(huán)焊縫應(yīng)一次焊滿， 遲裂紋是有好處的。6）焊后消氫處理。對強(qiáng)度級別較高的鋼種，環(huán)縫焊滿后應(yīng)立即進(jìn)行焊后消氫處理。即 采用與預(yù)熱相同的辦法使壞縫在200

16、300C保溫2h以上，使焊縫內(nèi)的擴(kuò)散氫充分逸出。這也是防止產(chǎn)生延遲裂紋的重要措施之一。（3） 厚壁容器中的焊接缺陷對于電渣焊縫，常見的缺陷為氣孔、夾渣和八字裂紋。 八字裂紋多產(chǎn)生于含 Nb鋼。埋弧自動焊縫常見缺陷為裂紋和夾渣，有時也出現(xiàn)熱裂紋。（4）厚壁圓筒焊接實(shí)例我國自制的第一臺30萬噸/年氨合成塔，其容器部分直徑3200mm壁厚150mm材料為18MnMoNb該圓筒先由每層 50mn厚的3層卷焊圓筒熱套成長為 1975mm勺7個筒節(jié)，然 后再將 7 個筒節(jié)由環(huán)焊縫連接成整體。焊接要點(diǎn)如下：單層筒體縱縫焊接）筒節(jié)的縱縫采用電渣焊，焊絲選用H08Mn2M，o 配用焊劑 431。800 C。）焊

17、后進(jìn)行900CX 1h的正火處理。工件出爐后即進(jìn)行復(fù)校圓，終軋溫度大于）為改善焊縫的綜合機(jī)械性能，筒體按下述規(guī)范進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理：950 CX 2h 水淬；620CX 5h 回火熱套筒節(jié)環(huán)縫焊接 焊前預(yù)熱 1 50 200 C ，內(nèi)壁用手工焊封底，采用結(jié) 707 焊條。 內(nèi)壁焊滿后隨即加熱到 300350 C 保溫1h后緩冷，進(jìn)行去氫處理。外部挑焊根后經(jīng)預(yù)熱， 用埋弧自動焊焊接，焊絲選用 H08Mn2NiMoA配用焊劑330,焊后進(jìn)行去氫處理。焊縫經(jīng)超聲波探傷后作最終消除應(yīng)力熱處理，規(guī)范為：630 CX 4.5h。9.2.2厚壁容器環(huán)焊縫焊接技術(shù)進(jìn)展 過程設(shè)備的大型化使設(shè)備的生產(chǎn)周期越來越長， 這

18、就制約了大型生產(chǎn)項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度和 周期， 同時也使工人的勞動強(qiáng)度顯著提高。而焊接則是其中最重要的制約因素之一， 尤其是厚壁容器就更為突出。 因此，容器制造廠一直在改進(jìn)其生產(chǎn)技術(shù)， 在焊接方面做了許多工作。（1）封底焊工藝的改進(jìn) 如前所述，手工電弧焊封底勞動條件差，生產(chǎn)率低。為此，容器制造廠在環(huán)縫封底焊工藝方面做了一些新的探索和改進(jìn)，開發(fā)出下面兩種環(huán)縫封底焊焊接工藝。氬弧焊封底工藝 采用這種工藝的坡口形式見表 9-1 中第三種坡口。 使用特殊的長焊 炬從容器外部進(jìn)行鎢極脈沖氬弧焊，可獲得穩(wěn)定的單面焊雙面成型焊縫。一次焊透深度為46mm以后用加填充絲的方法焊至坡口根部總厚度10mm再用埋弧焊逐層焊

19、滿。這種封底焊工藝已成功地用于內(nèi)徑 2002800mm壓力容器的生產(chǎn)，焊縫一次合格率達(dá)到100% ,與20 倍。手工電弧焊封底工藝相比，提高生產(chǎn)率近50 70C。低匹配焊條的應(yīng)用。在制造低合金高強(qiáng)度鋼的壓力容器時，為了防止焊縫根部裂紋， 封底焊縫使用比母材強(qiáng)度略低， 塑性更好的焊條來焊接， 稱之為低匹配焊接。 抗裂性試驗(yàn)還 表明，使用低匹配焊條對防止根部裂紋有明顯的效果，并可將預(yù)熱溫度降低對于低合金鋼厚壁容器的環(huán)縫封底， 常常在容器內(nèi)部進(jìn)行焊接。 采用低匹配焊條， 預(yù)熱 溫度有所降低，對改善勞動條件也是有利的。（2）窄間隙焊接技術(shù)的應(yīng)用目前， 在厚壁容器焊接中已采用的窄間隙焊接技術(shù)有窄間隙埋弧

20、焊、 窄間隙活性氣體保 護(hù)電弧焊和窄間隙電渣焊等。這類方法的共同點(diǎn)是對接焊縫的間隙很小，直邊對接間隙為 10 15mm因此焊接材料消耗??；熱影響區(qū)小，接頭質(zhì)量高，特別是生產(chǎn)率均較普通方法大 為提高。有關(guān)窄間隙埋弧焊和活潑氣體保護(hù)焊，可分別詳見第一章1.3.6 和 1.4.6 。但是，窄間隙焊接要求工藝參數(shù)控制精確，設(shè)備運(yùn)行可靠，操作熟練。一旦出現(xiàn)缺陷， 返修比較困難，因此要求較高的一次成功率。（3） 環(huán)縫電渣焊工藝的改進(jìn)環(huán)縫電渣焊工藝早巳成熟，但是用于壓力容器制造尚有 困難。因?yàn)殡娫附宇^晶粒粗大，韌性指標(biāo)低，必須在焊后進(jìn)行正火處理，可是大型容器若 進(jìn)行整體正火處理， 受加熱爐限制。 隨著熱處

21、理技術(shù)的提高， 國外在研究將電渣焊用于容器 環(huán)縫的焊接方面，取得了一定進(jìn)展。這種環(huán)縫電渣焊工藝的特點(diǎn)是在電渣焊滑塊后邊跟一個300mm感應(yīng)380V50Hz跟蹤感應(yīng)正火電渣焊工藝 特殊結(jié)構(gòu)的平感應(yīng)器，在焊接過程中進(jìn)行跟蹤正火處理。感應(yīng)器的有效區(qū)寬度 器和滑塊間的距離及感應(yīng)器功率可根據(jù)容器材料規(guī)格的不同進(jìn)行調(diào)整。感應(yīng)器由 工業(yè)網(wǎng)路供電，功率消耗不超過 200kW。工作壓力 6MPa使用溫度-55 C,直徑 2400mm采用60mm厚 09T2c（相當(dāng)于09Mn2Si） 鋼制造的容器， 應(yīng)用跟蹤正火電渣焊進(jìn)行焊接， 檢測結(jié)果表明： 焊接接頭韌性遠(yuǎn)優(yōu)于普通電 渣焊，完全滿足-70 C時a k 19.6

22、J的設(shè)計要求。9.3 球形容器的焊接 一般用來貯存工藝過程中的原料和產(chǎn)品。我國從60石油化工、 城市煤氣等工業(yè)部門已擁有各種球罐上萬制造球罐的材料有 20R、16MnR 15MnVF及15MnVN通過這些球罐的建造， 我國球形容器的制造和焊接局部正火電渣焊工藝 利用天然氣燃燒器，對電渣焊后的環(huán)縫在容器外側(cè)作局部加 熱，內(nèi)側(cè)保溫，在 3 小時內(nèi)加熱到 920 度，保溫半小時，關(guān)火使工件空冷，對環(huán)縫作局部正 火處理。球形容器是過程設(shè)備中的一大類，一 年代初開始建造工業(yè)球罐以來， 冶金、 臺。球罐容量從幾十立方米到上萬立方米， 鋼等， 也有國外進(jìn)口的低合金高強(qiáng)度鋼。 技術(shù)水平得到不斷的提高。由于大型

23、球罐體積大，運(yùn)輸不便，所以在工廠里只制造球瓣，而在使用現(xiàn)場進(jìn)行組焊。 目前球形容器的焊接方法仍以手工電弧焊為主， 因?yàn)榍蛐稳萜鞯暮缚p有各種位置， 手工焊最 靈活。當(dāng)然，為了提高生產(chǎn)率，機(jī)械化的焊接方法已在球形容器制造中開始應(yīng)用，但是還不 普遍，尚有許多技術(shù)問題需要解決。球形容器焊接技術(shù)0 15.7m。球殼由 25以 2000m3 球罐為例，介紹球形容器的一般焊接技術(shù)。該球罐內(nèi)徑和28mnW種厚度的16MnRl鋼板建造。球罐自重 162噸。該球殼本體由南北極， 南北寒帶， 南北溫帶和赤道帶參見圖 413共 106 塊球板拼焊而成。球殼本體焊縫總長約 650m其中現(xiàn)場焊接的焊縫占 2/3。整個球罐

24、用12根無縫鋼管（0 529 X 8）制成的柱腳作為支柱。球瓣成型用2000t水壓機(jī)冷壓，考慮到盡量減少冷壓后的應(yīng)力， 將成型后的球瓣在 550 580 C回火。焊前預(yù)熱100C,焊接材料選用結(jié) 570焊條。（1）焊接準(zhǔn)備 焊前應(yīng)做好如下準(zhǔn)備工作。焊接坡口 采用雙面不對稱的 X形坡口，用半自動氣割機(jī)對球瓣依次下料。鋼板冷壓成型后用砂輪機(jī)將坡口邊緣磨光并進(jìn)行磁粉探傷，若發(fā)現(xiàn)裂紋等嚴(yán)重缺陷應(yīng)在預(yù)熱后補(bǔ)焊。整圈試裝 在車間內(nèi)將加工好的球板按圈進(jìn)行試裝，這樣可以保證各球帶總的尺寸符合要求。 對每一圈的最后一塊球瓣用單配的方法割到所需的尺寸，以保證球罐在總裝時有較小的尺寸誤差。預(yù)熱 預(yù)熱火焰應(yīng)對準(zhǔn)坡口中

25、心。 預(yù)熱開始時， 火焰不能太大， 加熱到要求的溫度后 開始焊接。此時，火焰不可熄滅，讓其維持小火燃燒。在施焊中，若發(fā)現(xiàn)預(yù)熱溫度低于規(guī)定 要求，則應(yīng)隨時加熱。電焊條的干燥及保溫電焊條的干燥對于保證焊縫質(zhì)量防止冷裂紋是一個重要的環(huán)節(jié)。焊前經(jīng)400450C烘焙2h,然后將烘干的焊條放入 100120C的烘箱中保溫。隨用隨 取。坡口焊前清理及電弧氣刨挑焊根。 為保證焊接質(zhì)量， 要確保焊接坡口表面的清潔， 在 預(yù)熱前必須將坡口表面用砂輪除銹磨光，預(yù)熱后如發(fā)現(xiàn)有煙灰等雜質(zhì)，也要刷凈。（ 2）焊接 球罐焊接程序、方法及注意事項(xiàng)如下：預(yù)拼板焊接。為了減少現(xiàn)場焊接工作量，在制造廠內(nèi)先將球瓣兩塊、兩塊地拼焊，

26、制成預(yù)拼板再送往工地安裝。 預(yù)拼板吊放在具有球面曲率的焊接胎具上， 以減小焊接時產(chǎn)生 不規(guī)則的變形。 6 根。 根據(jù)坡口的大小， 原則上先焊外面 （ 大坡口 ） ，再焊里面 （小坡口 ），并在焊縫兩端先焊引 弧板。兩端的焊縫先各焊長約100150mm的一段，以保證兩端的焊接質(zhì)量，并防止兩端崩開。焊前預(yù)熱100 C,由兩名焊工同時焊接。 外面焊好后翻身，拆掉里面圓弧加強(qiáng)板，用電弧氣刨鏟焊根，并用砂輪磨光。磁粉探傷 合格后再裝上三塊內(nèi)圓弧加強(qiáng)板，準(zhǔn)備焊里面小坡口。里面坡口預(yù)熱到100 C,仍由二名焊工同時焊接。焊接結(jié)束后仍用預(yù)熱火焰將焊縫加熱 半小時，以使焊縫中的氫擴(kuò)散逸出。球罐本體的現(xiàn)場焊接次序

27、。 采用全部球瓣總裝好以后再進(jìn)行焊接的方法， 其優(yōu)點(diǎn)是焊 接變形小，容易保證球體的形狀和尺寸。缺點(diǎn)是剛性大，容易產(chǎn)生焊接裂紋。因?yàn)檎麄€球罐是以赤道帶為基準(zhǔn)，故焊接次序原則上是由中間向兩極，先縱縫后環(huán)縫， 先外后里，以使收縮變形和殘余應(yīng)力減小，具體焊接次序如下：1 ）赤道帶縱縫焊接； 2）南北溫帶縱縫焊接； 3）赤道上下外環(huán)縫焊接； 4）北寒帶內(nèi)縱 縫焊接； 5）南北寒帶外縱縫焊接； 6）南北寒帶外環(huán)縫焊接； 7）赤道帶內(nèi)縱縫焊接； 8）南 北溫帶內(nèi)縱縫焊接； 9）赤道上下內(nèi)環(huán)縫焊接； 10）南寒帶內(nèi)縱縫焊接； 1 1 ）南北寒帶內(nèi)環(huán) 縫焊接； 12）南北極外環(huán)縫焊接； 13）南北極內(nèi)環(huán)縫焊接。

28、現(xiàn)場焊接工藝如下：）無論縱、環(huán)縫處于何種位置，均按下述工藝進(jìn)行：在焊縫背面預(yù)熱，在焊接面的坡口兩側(cè)50mm范圍內(nèi)測溫，達(dá)到100 C后施焊。如果發(fā)現(xiàn)點(diǎn)固焊處因加熱使焊縫崩開或點(diǎn)固焊太少時，應(yīng)點(diǎn)焊幾段加強(qiáng)。第一道焊縫用逆向分段焊焊接， 以后連續(xù)焊接直到焊完， 焊接規(guī)范需按照工藝規(guī)定的要 求，層間溫度要保持 100 C。每一層焊后要徹底清除熔渣及飛濺等物， 如果發(fā)現(xiàn)焊接缺陷及在下一道焊接時容易產(chǎn)生 缺陷的地方，應(yīng)采取措施清除后再進(jìn)行下一道焊縫的焊接。反面拆去裝配的夾具及圓弧加強(qiáng)板。用電弧氣刨鏟焊根并用砂輪磨光，再經(jīng)磁粉探傷， 探傷合格后就可預(yù)熱并進(jìn)行另一面的焊接。全部焊好后繼續(xù)用火焰加熱半小時。）

29、為了使焊接收縮均勻，應(yīng)以對稱焊為原則，因此在每一球帶焊接時各條縱縫要同時焊接。 另外考慮到不使焊工因操作時間太長而疲勞， 故每條焊縫分二段， 由二名焊工同時施 焊。例如：赤道帶共 12 條縱縫由 24名焊工同時施焊。熄弧點(diǎn)應(yīng)錯開， 以免交特別要注意二名焊工之間的上下或左右交接處各層焊縫的引弧、 界處產(chǎn)生焊接缺陷?，F(xiàn)場焊接時， 立焊與平焊采用單道擺動多層焊； 而橫焊則采用多道不擺動多層焊， 仰焊 時兩種方法均可。）焊接規(guī)范實(shí)際上是控制焊接輸入熱量。由于16Mn鋼對此不敏感，因此允許焊接輸入熱量的范圍較寬，在 1000050000J / cm之間，根據(jù)焊接位置和焊條直徑來選擇。焊縫返修和補(bǔ)焊。經(jīng)過

30、超聲波、X射線或其他方法檢查出來的超標(biāo)缺陷，以及嚴(yán)重的錯邊、咬邊、角變形等應(yīng)進(jìn)行返修或補(bǔ)焊。支柱或其它附件與球殼的焊接。這些焊縫的焊接也應(yīng)認(rèn)真對待， 凡需焊接處均應(yīng)預(yù)熱到100C，焊接規(guī)范適當(dāng)大一些，避免球殼本體焊接處形成淬硬組織。焊接時不允許在焊縫 坡口以外的球板上引弧，以免產(chǎn)生淬硬組織。在焊接支柱時，考慮到球體本身的重量， 12 根支柱點(diǎn)固焊后不能同時預(yù)熱焊接，以防止支柱同時處在受熱狀態(tài)，而產(chǎn)生的變形或下沉等現(xiàn)象。應(yīng)當(dāng)先焊6根（均勻錯開 ），另外 6根作為支撐，待先焊的立柱全部焊妥并冷卻后再焊其余如裝配要求過高等，因而影響9.3.2球形容器焊接技術(shù)展望 過程設(shè)備中的球形容器體積很大， 往往

31、需要用很多塊鋼板拼焊而成， 因此， 焊接工作量 很大。長期以來一直以手工電弧焊為主進(jìn)行現(xiàn)場組焊，效率低，勞動強(qiáng)度大。為此，焊接工 作者一直在探索球形容器的機(jī)械化焊接方法， 現(xiàn)已采用的方法有埋弧焊、 管狀焊條絲極電渣 焊、氣體保護(hù)焊等。但是，這些方法的應(yīng)用還存在不少問題， 著機(jī)械化焊接方法在球形容器制造中的推廣應(yīng)用。這種焊接方法所用坡口比一般電渣（ 1 ）球形容器電渣焊 管狀焊條絲極電渣焊是一種改進(jìn)的熔嘴電渣焊方法。6 倍，焊接質(zhì)量好，勞動強(qiáng)度低，并焊狹窄，操作簡便，可以焊接球面的縱縫。 采用電渣焊預(yù)制球罐半成品，生產(chǎn)率比手工焊提高省去開坡口、清焊根等工序，使工藝簡化。某公司用電渣焊焊接的 40

32、0m3 球罐二臺，投入運(yùn)行四年后，開罐檢驗(yàn)，焊縫質(zhì)量良好。（ 2）球形容器的埋弧自動焊 用一個專用胎具， 采用分節(jié)對裝法在轉(zhuǎn)胎上進(jìn)行埋弧自動焊。 先在地面上將球瓣對裝成 幾個環(huán)，然后在轉(zhuǎn)胎旋轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行總組裝。這種方法的特點(diǎn)是先裝球體，后裝底座；先裝 配、后焊接；以平焊代替立、橫、仰焊，以自動焊代替手工焊；以平地安裝代替大部分的高 空作業(yè)。由于在平地分節(jié)對裝，圓度容易找正，對裝間隙均勻，間隙公差要求容易達(dá)到。在轉(zhuǎn)胎 上將各節(jié)對裝成整球時， 因?yàn)槭窃谛D(zhuǎn)情況下進(jìn)行， 焊工和安裝工可以選一個合適的固定位 置，而不需要圍繞大球來回跑，大大地改善了勞動條件。轉(zhuǎn)胎利用簡單的支持架即可，省去 層層塔架，也

33、提高了對裝速度。由于采用自動焊， 提高了質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率。 同時， 焊接操作可在工件轉(zhuǎn)到平焊位置時 進(jìn)行，所以焊工可以在一平臺上操作，避免了高空作業(yè)，大大改善了勞動條件。國內(nèi)曾用這種方法制造了一批直徑為9.2m的球形容器，材料為 20g、16Mn鋼。（3）球形容器的氣體保護(hù)自動焊 上面講的利用轉(zhuǎn)胎埋弧焊法只適用于直徑較小的球形容器。對于大型球罐的焊接自動改善勞動條件。但是由 有待進(jìn)一步從提高裝配水平和化問題是通過氣體保護(hù)焊法來解決的。 近年來國內(nèi)在這方面做了許多工作， 出現(xiàn)了多種型號 的焊接設(shè)備，其中以 NQZCAMOCX 2型氣體保護(hù)雙頭全位置自動焊機(jī)比較先進(jìn)，可用于大型 球罐、管道、容器、

34、船體的焊接。使用這種焊機(jī)能大大提高生產(chǎn)率， 于對容器裝配尺寸要求較高， 實(shí)際生產(chǎn)尚不能全部達(dá)到要求， 焊機(jī)適應(yīng)性兩方面進(jìn)行改進(jìn)。其主要特點(diǎn)為：1.01.6mm焊絲對 440mm采用二氧化碳或二氧化碳和氬氣混合氣體保護(hù)，用直徑的板進(jìn)行對接、搭接、角接；直線或曲線；平、立、橫、仰焊的全位置自動焊。采用雙焊機(jī)構(gòu)一次熔敷二層焊道，與手工焊比較，可提高工效35倍。由于是氣體保護(hù)焊，可采用3640的小坡口，使熔深大、變形小、效率高、焊縫成型美觀、質(zhì)量好、成本低。9.4 承壓管道的焊接工藝過程管道是各種工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的組成部分，其中大部分是承受介質(zhì) 壓力的承壓管道。這類管道的焊接在項(xiàng)目建設(shè)過程中占有相當(dāng)

35、大的比重，因此在生產(chǎn)中開發(fā)了不少高效焊接技術(shù)。其中應(yīng)用比較成熟的工藝方法及特點(diǎn)如下：手工電弧焊 不少工廠仍在采用手工電弧焊施焊各種管徑的對接焊縫。該法 簡便，但勞動條件差，生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不易保證。為保證焊接質(zhì)量，常采用氬弧 焊打底。手工或自動填絲 TIG焊（或脈沖TIG焊）該法焊接質(zhì)量可靠，但生產(chǎn)效率較低。MIG或MAG旱 該法焊接工藝參數(shù)較小，熔池易于控制，操作方便，但線能量 稍小，母材熔深較淺，管壁兩側(cè)易出現(xiàn)熔合不良或夾雜物，生產(chǎn)效率較低。熱絲TIG焊 該法的效率高，接頭質(zhì)量穩(wěn)定，可用焊接規(guī)范較寬，易于掌握， 無需配備高性能焊接電源。在焊接過程中，填充絲在進(jìn)入焊接熔池之前已被加熱到 70

36、0900 C的高溫。其熔化速度加速，熔敷率高。該法電弧十分穩(wěn)定，熔池尺寸和 形狀易于控制，易于保證根部焊道全熔透，已經(jīng)可靠地用于生產(chǎn)。細(xì)絲脈沖MIG或MAG焊細(xì)絲脈沖MAG旱在富Ar，混合氣保護(hù)下從根部焊道到蓋面層連續(xù)一次完成，其效率比TIG焊提高23倍。采用特殊焊接電源一一新型晶體管脈沖電源，改善了電源的起弧特性，弓I弧瞬間的電流上升率比普通晶體管電源高一個數(shù)量級，解決了起弧端未焊透的技術(shù)關(guān)鍵。是一種很有發(fā)展前途的焊接法。雙層氣流保護(hù)脈沖MIG/ MAG旱該法采用脈沖噴射過渡，在較低平均電流下可獲得穩(wěn)定的射流過渡，具有很強(qiáng)的空間成形能力，且又有很好的單面焊雙面成形能力，既具有短路過渡優(yōu)點(diǎn)，又

37、有電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊道較寬等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)用于蓋面焊道時，可改變焊接工藝參數(shù)，而使焊道加寬。該法可完成管道焊接的封底焊、填充焊和蓋面焊。該法采用旋流式雙層氣體保護(hù)水冷焊槍，焊槍內(nèi)層為Ar，氣保護(hù)電弧以獲得穩(wěn)定的射流電弧，外層則用CQ氣保護(hù)由于外層 CQ保護(hù)氣流旋轉(zhuǎn)，因而大大加寬了內(nèi)外層氣流的匹配范圍。使用該種焊槍施焊時，可以以貧Ar混合氣(Ar30 % +CC270 % )獲得富Ar, (Ar80 % +CC220 % )混合氣體的保護(hù)效果，從而明顯地降低了保護(hù)氣成本。焊接和脹焊結(jié)合三種。雖然脹接法在大多數(shù)場合 一般認(rèn)為，焊接比脹接更能保證嚴(yán)密 采用焊接就比較合9.5換熱器管子與管板的焊接換熱器

38、管子與管板的連接方法有脹接、 中使用，然而近年來焊接法所占的比重正在日益增加。 性，尤其是在高溫下，由于材料的蠕變使脹接殘余應(yīng)力松弛而造成泄漏， 適。它們直接關(guān)系到工 空氣和堆焊管板時復(fù) 因此在焊接前，要特別注意焊接部位的脫脂和除焊接缺陷管子和管板焊接最主要的問題是焊接缺陷，缺陷一般為氣孔和裂紋。程的質(zhì)量。產(chǎn)生氣孔的主要原因是附在管子和管板孔上的油脂、鐵銹、層中夾有的焊渣都會在受熱時分解而造成。銹。另一個可能產(chǎn)生的缺陷是裂紋，如果接頭的化學(xué)成分控制不當(dāng)，熱影響區(qū)過渡硬化，結(jié) 點(diǎn)處有油污及管子與管板孔配合間隙過大等，都易在焊縫處引起裂紋。預(yù)防的措施 對某些容易根據(jù)焊縫缺陷形成的原因，可以采取積極

39、的措施來避免或減少缺陷的產(chǎn)生。 除了打磨管端防止結(jié)點(diǎn)的污染，控制焊接過程使不發(fā)生燒穿或未焊透等現(xiàn)象外，.圖94管板與管子焊接順序產(chǎn)生裂紋的材料，可以采用焊前預(yù)脹的辦法，以減小管 子與管孔的間隙。這樣不僅可減少裂紋，還能提高接頭 操作時的抗疲勞性能，對于小尺寸的管子效果尤其顯著。 但是這種脹接必須在十分清潔的條件下進(jìn)行。如果此時 對接頭造成污染，則焊接所要求的清潔條件反而遭到破 壞，因此須要采用特殊的脹接方法或脹接時不用潤滑油 的脹管器，而且在脹管時只要保證為焊接減少管子與管 板間隙的要求，而不必起保證密封的作用。如缺陷已形 成而在水壓試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)再進(jìn)行返修，則由于殘存的水會 給修理帶來較大的困難

40、。焊接順序?yàn)榉乐购附幼冃魏蜏p少殘余應(yīng)力，根據(jù)直徑大小分成若干區(qū)， 如圖9-4所示。焊接時按圖中所示由中央開始放射形地按1、2、3 區(qū)順序先將每根管子兩端與管板點(diǎn)焊住，每根管子須點(diǎn)焊均勻分布的三點(diǎn)，然后再進(jìn)行焊接。焊接時，也先由中央隨后按各區(qū)的順序依次在每區(qū)中部各焊約兩根焊條的管子，然后可隨意 焊接其余部分的管子。（3）焊接方法管子與管板的焊接一般采用手工電弧焊，也 廣泛采用惰性氣體保護(hù)焊，常用的保護(hù)氣體為氬 氣。國內(nèi)外最近在換熱器的管子和管板的焊接中 研制了許多新的工藝及裝備并已取得了很多成 績，現(xiàn)略作介紹如下：自動焊機(jī)美、英、日和瑞典均有程控、 數(shù)控、多種機(jī)頭的能焊內(nèi)外焊縫的多種專用焊機(jī)。

41、而三菱電機(jī)的 Mel-0-Matic焊機(jī)，還裝有數(shù)控機(jī)械 手、自換位等裝置。國內(nèi)在管一板焊接方面也有很大進(jìn)展。鄭州機(jī)械研究所研制出了ZJKH-300可編程全位置自動氬弧焊機(jī)，適用于 19-80mm管子的焊接，具有效率高、成本低、質(zhì)量好、抗氣孔能 力強(qiáng)的特點(diǎn)。揚(yáng)州、上海等地焊接設(shè)備制造廠也有類似高效焊接設(shè)備投放市場。例如WZM1-315管子與管板全位置數(shù)控脈沖鎢極氬弧焊機(jī)，可適用于12-78mm的各種管子與管板的焊接。錐弧焊是氬弧焊的一種形式，圖9-5為用錐弧焊焊接管子與管板的示意圖。其原理是在縱向磁場的影響下，形成具有均勻空心的錐形弧，弧的環(huán)形錐底在需焊接的管端上，電流密度沿周向均勻分布，利用錐弧的巨大