浅谈等离子弧焊在压力容器生产过程中的应用

浅谈等离子弧焊在压力容器生产过程中的应用 陶 鑫1 曹 威1 曹婷婷2 叶 茂2 李先富 1 江苏双良锅炉有限公司1 格菱动力设备（中国）有限公司 2

摘要：文章用生产实例介绍了等离子弧焊在压力容器行业中的应用，提供了在焊接过程中的基本焊接参数。并与常用的埋弧焊、TIG焊进行了性能对比。

关键词：等离子弧焊 压力容器 应用

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等离子弧焊是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的，是一种将自由钨弧强化压缩之后获得的电离度更高的电弧等离子体－等离子弧，等离子弧具有较之其他焊接方法几倍高的能量密度，采用这种等离子弧进行焊接，从而获得优质的焊接接头的焊接方法，被称为等离子弧焊。

等离子弧焊具有能量密度大，加热集中，熔透能力强，焊接速度高，热影响区窄，焊接变形小。等离子弧电弧稳定，扩散角小，挺直度好，容易获得优质的焊接接头，特别适用于锅炉、压力容器等对焊接接头要求比较高的机械产品的制造。但是由于等离子弧焊设备比较复杂，价格高，目前在国内的压力容器制造行业尚未广泛应用。

为了提高我公司压力容器产品筒体的焊接质量，我公司新购置了等离子弧焊系统。系统由等离子纵缝焊接系统，等离子环缝焊接系统组成，主要用于我公司压力容器产品的制造。例如：换热器的壳体，贮罐类产品的罐体，塔类产品的筒体，反应釜类产品的筒体的纵、环向焊缝的焊接。我公司承接的多晶硅制造的核心设备0901和0902产

品，由于其介质的毒性大，使用条件恶劣，密封要求高，焊接质量要求严格，制造精度高，目前国内企业使用的该种设备大部分为进口产品。我公司引入等离子弧焊设备后对提高焊接质量，减少设备的焊接应力和变形，保证产品在运行过程中的稳定性、密封性、安全性，将起到至关重要的作用。

1．等离子焊机设备及应用

1.1焊接设备

等离子焊接设备包括焊接电源、焊枪、护罩、专用制冷水箱、气路系统等部分组成。

等离子纵缝焊接系统主要设备有：HL3000纵缝焊机，(AVC+0SC)焊接控制器，EWM400DC-P焊接电源（图1），等离子焊枪等设备组成。

照片1

等离子环缝焊接系统主要设备有：HCJ3000焊接操作机，HGJ20-C 可调式滚轮架，(AVC+0SC)焊接控制器，EWM400DC-P焊接电源，等离子焊枪，等离子视频监控系统等设备组成。

1.2主要技术参数：

焊接工件直径：Φ350－2600mm.

工件长度：单节≥1000mm。

焊接钢板厚度：5－20mm。最大22mm.

适用焊缝形式：筒体纵、环缝焊接，封头与筒体的环缝焊接。

由于焊缝的高质量，高可靠性要求，对焊接设备提出了严格的要求：1）能够改变并精确的控制提前送气、滞后送气的时间。

2）精确的控制焊接电流、脉冲的时间，并进行调整。

3）能改变、精确的控制焊接行程，在完成焊接后自动衰减。

4）焊接工艺参数稳定、可靠、重复性好。

5）枪头与工件接触处必须有良好的绝缘。

6）操作时方便、轻巧、灵活。

1.3焊接产品的材质：碳钢，低合金钢，不锈钢，有色金属。

2．等离子弧焊的工艺过程

2.1压力容器产品利用等离子焊接焊前技术要求

采用等离子打底，自动TIG盖面的焊接方法；等离子焊接时对于钢板厚度小于等于14mm不锈钢材料采用从坡口内进行焊接，对于钢板厚度大于14mm的材料从钝边侧进行焊接。

坡口的加工必须满足焊接的要求，这样才可以能够顺利的进行焊

接。如坡口加工不到位，达不到要求的尺寸，就会造成整条焊缝未熔合。铣边后坡口两侧必须清理干净。焊前用不锈钢丝刷或砂轮清理坡口表面，坡口内用丙酮或洒精擦去油污。如果坡口清理不干净，焊接时会产生气孔等缺陷。

2.2根据钢板的厚度不同，需要加工的坡口不同,具体要求见下表：

2.3筒体的焊接工艺

实例1：091产品筒体包括两节筒体，有1条环缝和2条纵缝。产品材料为00Cr17Ni14Mo2，厚度为10mm；筒体直径为Φ1500。

（1）焊接方法：筒体采用等离子弧焊打底+自动氩弧焊盖面。 （2）焊接材料: 自动氩弧焊焊丝牌号H03Cr19Ni12Mo2Si，焊丝直径：φ 1.0 mm；

(3)气体配比及流量：离子气 97%Ar+3%H 2，保护气体流量为5－6L/min。

(4)焊接操作架:4 000 mm×4 000 mm。

(5)坡口形式： 见图2。

(6)焊接顺序： 外侧首先采用等离子焊打底，然后采用自动氩弧焊焊满盖面。

(7)焊接工艺参数见表1。

(8)技术要求:坡口采用机械加工，严格控制装配间隙、错边量。装点在外侧点固。内侧熔化极气体保护焊焊后，外侧打磨点固焊点。筒体卷圆时要控制错边量（见图5），错边量在0-0.5mm 之内，间隙在

0-0.5mm，错边量过大会造成等离子焊接时的局部未熔合。

(9)点固焊要求:筒体点固焊时采用手工氩弧焊自熔点焊（不填丝）。 外Y 型坡口，等离子从坡口侧进行焊接点焊要求见图6，环缝点焊要求与纵缝相同，不设引弧板。

（10） 施焊环境应在室内环境进行焊接，风速不得大于2m/s，相对湿度不大于90%。环境温度不低于5℃。

(11)照片2为等离子焊焊后具体实物的纵焊缝图：

照片2

(12)照片3为自动氩弧焊焊后具体实物的纵焊缝详图：

照片3

实例2：压力容器产品01E801a换热器筒体.材料:0Cr18Ni9，厚度为

8mm；筒体直径为Φ600；利用等离子焊接设备焊接。

（1）焊接方法：筒体采用等离子弧焊打底+自动氩弧焊盖面。

（2）焊接材料: 自动氩弧焊焊丝牌号H08Cr21Ni10MSi，焊丝直径：

φ 1.0 mm；

(3)气体配比及流量：离子气 97%Ar+3%H2，流量为5－6L/min；。

(4)焊接操作架:4000 mm×4000 mm。

(5)坡口形式： 见图一。

(6)焊接顺序： 外侧首先采用等离子焊打底，然后采用自动氩弧焊焊

满盖面。

(7)焊接工艺参数见表1。

(8)技术要求:坡口采用机械加工，严格控制装配间隙、错边量。点固

焊在外侧点固。内侧熔化极气体保护焊焊后，外侧打磨点固焊焊点。

筒体卷圆时要严格控制错边量(见图7)，错边量在0-0.5mm之内，间

隙0-0.5mm，错边量过大会造成等离子焊接时局部未熔合。