壓力容器等離子自動焊的應(yīng)用

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摘要：等離子自動焊接技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備產(chǎn)品的制造和焊接中，尤其是一些對焊接接頭要求較高的機(jī)械產(chǎn)品制造和焊接中，如壓力容器、鍋爐等。本文主要簡述了等離子焊接工藝的概念及優(yōu)勢、等離子焊機(jī)設(shè)備組成、技術(shù)參數(shù)及主要焊接方法，并詳細(xì)論述了等離子焊接工藝在壓力容器的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：等離子自動焊；壓力容器；應(yīng)用

1等離子焊接工藝的概念及優(yōu)勢

等離子焊接指的是利用等離子槍將陽極和陰極之間的自由電弧壓縮成高溫、高能量密度、高電離度及高焰流速度的電弧，使母材熔化形成冶金結(jié)合的焊接技術(shù)。相比一般的電弧焊接工藝，等離子焊接工藝具有眾多的優(yōu)勢：（1）能量密度大，等離子電弧方向性和融透能力均較強(qiáng)，可一次焊透8～10mm的不銹鋼鋼板，且其焊接速度較快。（2）電弧攪動性好，等離子焊熔池溫度高，電弧攪動性好，有助于釋放熔池內(nèi)氣體。（3）壓縮效應(yīng)高，等離子焊對焊接電流的要求較低，即使在0.1A的小電流狀態(tài)下，也能達(dá)到穩(wěn)定的電弧燃燒，因此，其非常適用于微型緊密零件的焊接。（4）小孔效應(yīng)穩(wěn)定，等離子電弧可產(chǎn)生穩(wěn)定的小孔效應(yīng)，通過小孔效應(yīng)，僅在正面焊接便可達(dá)到雙面成型效果。（5）焊接成本低，相比一般的氬弧焊，等離子焊可省1/3～1/2的電和1/2～2/3的氣，且在較小的焊接厚度情況下，也不需填絲，從而能降低焊接成本。（6）擴(kuò)散角小和挺直度好，等離子焊擴(kuò)散角小、挺直度好，易獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，因此，非常適用于壓力容器、鍋爐等對焊接接頭要求較高的產(chǎn)品制造。

2等離子焊機(jī)設(shè)備組成、技術(shù)參數(shù)及主要焊接方法

2.1等離子焊機(jī)設(shè)備組成

為了提高上海姚成輕工機(jī)械有限公司容器的焊接質(zhì)量和焊接效率，我公司新購置了一臺上海朗志等離子自動焊機(jī)，等離子焊機(jī)設(shè)備主要由等離子焊槍、氬弧焊槍、焊接電源、AVC+OSC焊接控制器、離子視頻監(jiān)控系統(tǒng)、焊接操作機(jī)、冷卻水箱、HGJ20-C可調(diào)式滾輪架等設(shè)備組成，工件直徑范圍為400～4000mm，焊接鋼板理論上厚度為3～20mm，最大不可超過20mm，對筒體縱、環(huán)縫等焊接均可適用，這些焊縫的可靠性、質(zhì)量均較高，因此，其對焊接設(shè)備的要求也更加嚴(yán)格，不僅能夠?qū)附与娏?、脈沖的時(shí)間進(jìn)行精確的控制和調(diào)整，且還能對提前送氣、滯后送氣的時(shí)間進(jìn)行精準(zhǔn)的控制和改變，且還需對焊接行程進(jìn)行精確的控制和改變，使其在完成焊接后能自動衰減。另外，還需確保焊接設(shè)備操作靈活、簡便，焊接參數(shù)穩(wěn)定、可靠，重復(fù)性良好。

2.2焊接工藝評定

壓力容器產(chǎn)品焊接前需對等離子自動焊+氬弧焊（P+T）的焊接方法進(jìn)行焊接工藝評定，首先，根據(jù)NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》編制預(yù)焊接工藝規(guī)程（pWPS）,可采用尺寸為400mm×150mm×10mm的單塊試板兩塊進(jìn)行焊接效果評定，即將焊接引弧板和熄弧板加在試板的兩端，然后，按照預(yù)焊接工藝規(guī)程(pWPS)參數(shù)進(jìn)行試板焊接，完成試板焊接后，需對試板的焊縫外觀進(jìn)行檢查，確保內(nèi)外焊縫成形良好，無明顯缺陷，再按照NB/T47013-2015《承壓設(shè)備無損檢測》進(jìn)行X射線照相，在X射線照相合格部位按NB/T47014-2011制取試樣，拉伸試驗(yàn)按規(guī)定的試驗(yàn)方法測定焊接接頭的抗拉強(qiáng)度，每個(gè)試樣的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的母材抗拉強(qiáng)度，彎曲試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果顯示α=180°，且背彎、面彎無裂縫，有沖擊試驗(yàn)要求的應(yīng)按規(guī)定制取沖擊試樣，所有試驗(yàn)合格則可將焊接工藝評定為合格，從而形成焊接工藝評定報(bào)告（PQR）。

2.3等離子焊接工藝的主要焊接方法

等離子焊接工藝的焊接方法主要包含縱縫焊接和環(huán)縫焊接兩種。（1）縱縫焊接，兩端焊接100×50mm的引弧板和熄弧板，由于縱縫的間隙和錯(cuò)邊量均較小，采用等離子焊接工藝對其進(jìn)行焊接，不僅能有效保證組對質(zhì)量，且還能引出可能產(chǎn)生的焊接缺陷。（2）環(huán)縫焊接，起弧和收弧是保證環(huán)縫等離子弧焊工藝質(zhì)量的關(guān)鍵，其中，起弧指的是從引燃等離子弧至形成正常熔池的過程，這一過程不僅會對焊接能否正常進(jìn)行產(chǎn)生直接的影響，同時(shí)還會影響等離子弧焊收弧質(zhì)量，因此，焊接人員應(yīng)對起弧部位進(jìn)行合理的選擇，一般選擇錯(cuò)邊量少、間隙小等環(huán)縫組對質(zhì)量較好的部位起弧，并且，還需采用預(yù)熱、離子氣流量遞增的方式起弧，也即先將非轉(zhuǎn)移小弧引燃和熱通離子氣以對焊件進(jìn)行預(yù)熱，然后，將轉(zhuǎn)移大弧引燃和電流加大，同時(shí)對離子氣進(jìn)行遞增，延時(shí)后轉(zhuǎn)動焊件，形成“小孔效應(yīng)”后進(jìn)行焊接。

3等離子自動焊在壓力容器上應(yīng)用

3.1焊接前的技術(shù)要求

在壓力容器上應(yīng)用等離子自動焊主要是采用等離子自動焊打底、氬弧焊自動焊蓋面的焊接方法進(jìn)行，材料厚度和坡口形式不同，設(shè)置的坡口角度、鈍邊P范圍也具有一定的差異，如材料厚度≤8mm，坡口形式為I型，不設(shè)置間隙；材料厚度為10～12mm，坡口形式為外Y形時(shí)，坡口角度設(shè)置為70°～75°，鈍邊P范圍為(5±0.5)mm；材料厚度為＞12mm，坡口形式為外Y形時(shí)，坡口角度設(shè)置為80°～85°，鈍邊P范圍為(5±0.5)mm，這有這樣才能確保坡口加工滿足焊接要求，從而才能順利進(jìn)行焊接。

3.2等離子自動焊的焊接步驟

（1）操作人員安全防護(hù)。焊工面罩（10#或更高的防護(hù)玻璃）-防弧光打眼和對臉部的保護(hù)；工作服-棉的阻燃防止燒壞衣服或本人；工作鞋-鋼頭防砸、絕緣；護(hù)目鏡-防止打砂輪時(shí)對眼的傷害。（2）焊道前準(zhǔn)備。首先檢查點(diǎn)焊點(diǎn)是否氧化，若有氧化，先用砂輪片打磨干凈，再用布砂輪進(jìn)行光潔處理，防止磨痕內(nèi)殘留物影響工件焊接質(zhì)量和焊接效果，然后檢查是否仍有氧化現(xiàn)象未處理，若處理干凈，就用鋼絲刷進(jìn)行最后處理。（3）焊機(jī)準(zhǔn)備。①對鎢棒進(jìn)行打磨，打磨的錐形頂端到底部不得少于6毫米，不得有毛刺、裂紋。②裝等離子槍火嘴，型號與焊接母材厚度相對應(yīng)，詳細(xì)見焊接參數(shù)表。③裝氬弧焊槍焊磁嘴，選用規(guī)則：6mm以下用8#磁嘴，6mm以上用10#磁嘴。④打開中心氣體鋼瓶，氣瓶氣壓不得低于2MPa，我司選用“氫氬混合氣”，比例氬氣97%，氫氣為3%，選用氫氬混合氣可以提高焊接效率，成品率和成型效果；打開焊槍保護(hù)氣氣體鋼瓶，氣壓不得低于3.5MPa，我司選用的是“氫氬混合氣”；打開面保和背保氣體，我司用保護(hù)氣為99.99%以上的純氬，保證兩個(gè)氣瓶內(nèi)氣壓足夠可供焊接過程之中使用。⑤檢查冷卻壓縮機(jī)和水泵是否工作，顯示燈是否點(diǎn)亮。⑥焊絲盤裝置在架子上。（4）開始焊接。采用等離子自動焊對縱縫焊接前，焊接人員需讓槍頭空走一遍，通過焊接槍頭和工件水平和垂直偏差調(diào)整工件以達(dá)到焊接最佳位置；采用等離子自動焊對環(huán)縫焊接前，需通過空轉(zhuǎn)對組對質(zhì)量進(jìn)行仔細(xì)檢查，并對錯(cuò)邊和間隙大的位置進(jìn)行標(biāo)記，在具體操作時(shí)合理調(diào)整電流和槍頭離工件的位置，從而達(dá)到良好的焊接效果。

3.3等離子自動焊常見的問題分析

（1）偏弧。一般因?yàn)椤盎鹱炖匣薄ⅰ版u極損壞”、“鎢極打磨偏心”等問題所引起。（2）等離子外焊道成型咬邊。一般因?yàn)楹笜尠惭b傾斜度過大、焊接速度過快、焊槍中心磁環(huán)破損、鎢極打磨偏心、等離子中心氣體過大等問題所引起的。（3）等離子外焊道鋸齒狀。一般因?yàn)榛鹱炖匣?、電流過大、環(huán)焊焊槍位置擺放過后、鎢極損壞、內(nèi)保氣體過大、水路堵塞焊槍溫度過高、氣體不純等問題所引起。（4）等離子內(nèi)焊道成型過大。一般因?yàn)榛鹱煨吞栠^大、焊接速度過慢、氣體比例不正確、焊縫拼接間隙過大、電流過大等問題所引起。（5）等離子內(nèi)焊道成型尖銳。一般因?yàn)榈入x子中心氣體過大、焊接速度過快、火嘴型號太小等問題所引起。（6）等離子外焊道高低不平。一般因?yàn)槟覆那疤幚韱栴}、焊道拼接間隙不均勻、氣體不穩(wěn)定、焊機(jī)航道有拖掛等問題所引起。

4結(jié)語

我司通過引進(jìn)等離子自動焊，它焊接速度快，效率高得到充分發(fā)揮，大大提高了本公司容器環(huán)、縱縫的焊接效率，一定程度上降低了公司的用工成本，焊接操作人員在不斷摸索，不斷提高自身的焊接技能，一次探傷通過率達(dá)到99.5%，不僅焊接質(zhì)量得到了保證，并且表面成型效果要比手工焊接美觀，客戶對產(chǎn)品的焊道質(zhì)量大為贊賞，因此，相關(guān)企業(yè)可積極采用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行壓力容器產(chǎn)品的生產(chǎn)和制造。隨著等離子自動焊在壓力容器行業(yè)上及其他行業(yè)上廣泛應(yīng)用，會使得焊機(jī)更加優(yōu)化，更加高效，焊接的母材厚度也會越來越厚。

參考文獻(xiàn)：

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[2]NB/T47014,承壓設(shè)備焊接工藝評定[S].

[3]NB/T47013-2012,承壓設(shè)備無損檢測[S].

作者：唐純鑫 單位：上海姚成輕工機(jī)械有限公司