压力容器埋弧焊气孔成因与控制

压力容器埋弧焊气孔成因与控制

刘志刚大庆油田第六采油厂培训中心163513

摘要本文从压力容器行业埋弧焊工艺特点入手,介绍了产生气孔的一般原因,通过长期的观察、试验,找到了产生气孔的特殊原因,并提出了解决措施,进一步完善了埋弧焊工艺。

主题词埋弧焊气孔控制措施焊接工艺

1前言

压力容器制造中,主要承压件是筒体,如图1所示。一般由2-3节筒节加两个封头组成,制作过程包括筒节的制造,筒节及封头的组焊等工艺过程:下料、坡口、压头、卷圆、组对(点固)、纵缝焊接(埋弧焊)、校圆、组对环缝(点固)、焊接环缝(埋弧焊)。

在组对过程中,标准要求较高,否则会影响焊接质量。按照GB150-1998规定,母材厚度小于20mm环缝组对偏差应控制在板厚的25%以内,纵缝组对偏差控制在3mm(母材厚度小于12mm控制在板厚的25%)以内,在筒体的焊接中,全部用埋弧自动焊完成,焊接质量将直接影响筒体的质量。

2问题的产生

埋弧自动焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法,在焊剂层下电弧在焊丝末端与焊件之间的燃烧。使焊剂熔化,蒸发形成气体,在电弧周围形成一个封闭空腔,电弧在这个空腔内中稳定燃烧,焊丝不断送入,以熔滴状进入熔池与熔化的母材金属混合,并受到熔化焊剂的还原,净化及合金化作用,产生CO、O2、NO等气体,随着焊接过程的进行,电弧向前移动熔池冷凝固定后形成焊缝,比重较轻的熔渣浮在熔池的表面,有效的保护熔池金属。如果熔池凝固过快,使气体来不及逸出而残存在焊缝金属中就会形成气孔。在埋弧焊中多见CO气孔。

2.1气孔形成的一般原因及采取的措施

气孔形成的一般原因:

1)铁锈、油污和水分对熔池既有氧化作用,又带来大量的氢。

2)焊接方法埋弧焊熔透力强,焊缝的熔深相对于手工电弧焊深的多,气体从熔池中逸出困难,故生成气孔的倾向比手弧焊大得多。

3)定位焊和补焊碱性焊条未按规定烘干或焊道未清理。

4)电流的种类和极性使用交流电源,将使产生气孔倾向增大。

5)焊接工艺参数焊速增加,焊接电流增大,都会使气孔倾向增加。

针对以上原因产生的气孔,通常采取如下措施来防止。

1)焊接前用磨光机把坡口两侧20mm内的铁锈、油污打磨干净,漏出金属光泽,清除坡口附近的铁锈及污物。

2)焊接前焊剂要按规定的温度进行烘干并保温,下班前回收好焊剂,放到焊剂保温箱中保温以免受潮。药剂要保持洁净。

3)定位焊和补焊时,碱性焊条要按规定严格烘干。组对完或补焊完毕要立即施焊,否则焊道会返潮。

4)使用直流电源,反极性连接可减少产生气孔的倾向。

5)采用合理的工艺参数焊接。

采用以上措施后,气孔一般能得到有效的控制,但也有例外情况。

2.2分析原因及相应对策

经过一段时间观察、分析,发现出现气孔的筒体板厚都在14mm以上,筒体直径在800mm以上,而板厚在10mm以下,直径在800mm以下的筒体则没有出现气孔。对以上两类筒体焊缝中心线和坡口中心线进行划线标注,发现在施焊过程中,发生气孔的焊缝,其中心线均不同程度的偏离了坡口中心线(δ),如图2所示,板厚在14mm以上,直径大于800mm的筒体,偏离的程度越大,产生密集气孔的倾向越大,产生气孔的部位均在焊缝偏离坡口中心线3mm以上时发生,而在板厚在10mm以下,直径小于800mm的筒体,既使焊缝偏离坡空中心线3mm以上也不会产生气孔。

也就是说问题出现在机头导轨(轨道)或转胎上,在焊接过程中,机头偏离坡口中心,导致焊缝中心偏离坡口中心。板厚愈大,直径愈大,导热就愈快,处于焊缝边缘的气泡来不及逸出形成气孔;板厚愈小,直径愈小,导热就愈慢,处于焊缝边缘的气泡可以逸出,不能形成气孔。由于国内多数厂家和我们一样采用国产设备及工装进行生产,大多存在如下缺陷:

1)小车导轨或机头轨道制造直线度超差,加之安装导轨时存在偏差,机头在导轨上进行,使焊枪偏离焊道。

2)小车导轨或机头轨道长期处在生产环境中,不可避免的被各种工件碰撞,加之四季温差变化,可能使轨道产生弯曲变形,在施焊时必然焊偏。

3)转胎安装后四轮间存在形位公差。筒体在转胎上旋转时发生径向窜动,而使焊枪偏离焊道。

4)转胎长期处在生产环境中,轴承在荷载下长期工作,如果润滑不到位,很容易滚轴磨损,造成轴承间隙过大使转胎发生径向窜动。

以上情况都能使焊缝偏离,偏差不大时,不影响焊道熔化,外观成形美观,这种焊偏不易觉察,当偏差过大时,焊缝偏离焊道,就会产生严重质量问题。找到了问题的症结,我们就可以有针对性地采取措施了。

1)制作导轨(轨道)时应检查直线度,安装时应检查两导轨间的平行度,偏差应在允许的范围内,否则不能安装。

2)在生产环境中,提醒工人不能碰导轨,发生碰撞应及时检查,维修,随着季节的变化随时检测导轨的直线度和平行度。

3)转胎在安装时,严格控制其形位公差,发现问题,应立即调整。

4)转胎处于生产环境中,应定期进行润滑,及时更换不合格轴承。

通过采取以上措施后,焊缝焊偏的情况得到有效控制,气孔现象消失。结果对比如图3所示。

3焊接过程中应注意的几个问题

组对时,要保证工件装配质量,切忌强行组对造成应力集中。

1)焊前对纵焊缝要焊好引弧板及收弧板,引弧板与收弧板的坡口形式应与筒体相同。

2)焊前应把地线接牢固,对好焊嘴。注意焊接筒体倾斜角不宜大于60。

3)选择工艺参数注意根据实际情况适时调整,如组对间隙过大时(大于2mm)应在筒体背面用焊条电弧焊进行封底,避免烧穿,并减少焊接电流或加快焊速。

4)焊接过程中,始终注意焊嘴对准焊缝中心,发现偏离及时调节。

5)焊接过程中,发现电弧在焊剂里燃烧不稳定,应及时停焊,查明原因经调整后再继续施焊。

6)为保证焊接质量,应尽量采用小电流,减少热输入。这样能提高接头力学性能。

按照上诉工艺措施,我们连续施焊筒节20节,进行射线检测,按JB4730-2005标准,达到规定要求,全部合格。

4结束语

埋弧自动焊虽然大大地减轻了焊工的劳动强度,具有焊缝成形美观,生产效率高等优点,但也需要我们在生产中勤于动脑,多观察善总结,及时发现施焊过程中影响焊缝质量的不确定因素,分析产生的原因,不拘于书本知识,大胆提出自己的创新方法,就一定能够有效提高埋弧自动焊的焊接质量和效率,创造出更大的经济效益。

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