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承压设备焊接技术(3)||常用焊接方法-埋弧焊(SAW)!

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0.引言    

   

在承压设备焊接的众多工艺中,埋弧焊(SAW)凭借其高效、优质的核心特性,成为中厚板焊接场景的“主力军”。它以电弧在焊剂层下燃烧为核心特征,通过焊剂的保护、冶金作用与电弧热的共同作用熔化金属,实现工件的冶金连接,在大型承压设备的长焊缝焊接中发挥着不可替代的作用。

1.核心优势    

 

高效优质的焊接选择  

埋弧焊之所以能在工业生产中广泛应用,关键在于其在生产效率、焊接质量和劳动条件上的突出优势,完美适配大批量承压设备的制造需求。  

1)生产效率卓越:采用大焊接电流及高电流密度设计,大幅提升了电弧的穿透能力与焊丝的熔敷速度。相较于传统手工焊接,无需频繁更换焊条,可实现较长焊缝的连续焊接,显著缩短了焊接周期,尤其适合承压设备中长焊缝的批量焊接作业。  

2焊接质量稳定:焊接过程中,电弧被焊剂层覆盖,有效隔绝了空气对熔池的污染,减少了气孔、夹渣等焊接缺陷的产生。同时,焊剂还能起到细化晶粒、调整焊缝化学成分的作用,使焊接接头的力学性能更均匀稳定,满足承压设备对焊接质量的严苛要求。  

3劳动条件优越:焊剂层不仅能隔绝空气,还能有效吸收电弧光、降低焊接烟尘排放量,大幅改善了焊工的作业环境。且多数埋弧焊可实现机械化操作,减少了焊工的体力消耗,降低了职业健康风险。  

2.技术局限    

需匹配特定工况条件  

尽管埋弧焊优势显著,但受其工艺特性限制,在应用场景上存在一定约束,需结合承压设备的结构与需求合理选用。  

1焊接位置受限:由于依赖焊剂的覆盖与重力作用保证熔池稳定,埋弧焊主要适用于平焊位置的焊接,对于立焊、横焊、仰焊等空间位置的焊接难度极大,难以适配结构复杂、焊缝位置多样的承压设备。  

2焊接厚度有范围:虽然埋弧焊熔深较大,但对于厚度过薄的工件,易出现烧穿等缺陷;而对于超厚工件,单次焊接难以满足要求,需配合多层多道焊工艺,增加了操作复杂性。  

3坡口与装配要求高:为保证焊接质量与熔透效果,埋弧焊对焊件的坡口加工精度、装配间隙及错边量要求严格。若工件预处理或装配质量不佳,易导致焊缝未熔合、未焊透等严重缺陷,影响承压设备的安全性。

3.工业应用    

 

聚焦中厚长焊缝场景  

凭借熔深大、生产效率高、质量稳定的核心优势,埋弧焊成为焊接生产中应用最广泛的方法之一,尤其在中厚长焊缝的焊接场景中表现突出。  

在承压设备领域,埋弧焊广泛应用于锅炉、压力容器、换热器等核心设备的制造;同时,在造船、化工设备、冶金机械以及海洋结构、核电设备等对焊接质量和效率要求极高的领域,也占据着核心地位。其稳定的焊接性能,为各类大型承压设备及重工装备的结构强度提供了坚实保障。

来源:压力容器工程师
燃烧化学冶金海洋焊接装配焊件管道
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首次发布时间:2025-10-31
最近编辑:12小时前
君雔
本科 | 高级工程师 压力容器工程师
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压力容器冷成形封头热处理难题解析:标准、理论与实操困境!

在压力容器制造领域,封头作为关键承压部件,其成形质量与后续热处理工艺直接关系到设备安全。GB/T 150及TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》明确要求,冷成形封头若冷变形率超过5%,需进行恢复性能热处理,且需制备母材试件。然而实际生产中,这一要求却面临诸多执行难题,成为行业亟待突破的瓶颈。 要理解这一困境,首先需厘清恢复性能热处理的核心——再结晶退火。当冷变形后的金属被加热至650℃-700℃(钢材常规区间)并保温足够时间,内部被拉长、破碎的晶粒会重新形成均匀细小的等轴晶粒,位错等晶体缺陷减少,金属强度、硬度下降,塑性、韧性回升,冷变形强化效应消除,这便是再结晶退火的作用原理。但再结晶温度并非固定值,它受金属纯度、原始晶粒度、保温时间、加热速度及冷变形率等多重因素影响。即便同一批原材料,因加工参数差异,再结晶温度也会不同,目前尚无标准或手册能提供精准参数,这为后续工艺埋下隐患。 按《容规》要求,需在设计文件中明确母材热处理试件的试验温度、方法等细节,但缺乏再结晶退火参数依据,根本无法提出具体要求。 制造环节的操作乱象则进一步加剧问题。由于参数缺失,企业常采用焊后热处理或正火处理替代再结晶退火,却都存在缺陷。若参照ASME标准用焊后热处理,虽能消除冷作残余应力,但无法恢复材料性能,且封头为薄壁三维曲面,难以制取力学性能试样,用未经冷变形的平板模拟试件毫无代表性,设置母材试件沦为形式。若采用正火处理,本质是重新进行性能热处理,与再结晶恢复性能无关,还可能导致热轧钢板抗拉、屈服性能下降,原本合格的材料经处理后反而不达标,同时增加成本,不如直接采用热成形。 临界变形率的限制更让再结晶退火在理论层面难以成立。变形率2%-10%为临界区间,此范围内再结晶退火会导致晶粒急剧长大,力学性能恶化。而GB/T 150规定的5%变形率门槛值,恰好处于这一危险区间。更棘手的是,封头母线各处曲率不同,变形率差异大,要针对同一零件不同部位制定不同热处理参数,实际操作中完全无法实现。 GB/T25198-2023中的要求 冷成形封头热处理:旧难题与GB/T150-2024的碰撞及出路 在压力容器制造的复杂工艺体系中,冷成形封头的热处理一直是个棘手问题。随着GB/T150-2024的实施,这一领域又迎来了新的变化与挑战,亟需重新审视与梳理。 旧标准困境回顾 在GB/T150-2011及相关旧标准体系下,当冷变形率超过5%时,需进行恢复性能热处理并制备母材试件。从理论层面看,恢复性能热处理主要依靠再结晶退火,通过加热使冷变形金属的晶粒重新结晶,消除位错等缺陷,恢复材料塑性与韧性。但再结晶温度受多种因素影响,同一批原材料因加工参数差异,再结晶温度波动大,缺乏精准标准参数指导。 在实际操作中,标准间的矛盾凸显。GB/T25198-2010要求所有钢制冷成形封头热处理却未明确类型,GB/T150-2011仅针对冷变形率超5%情况,设计单位因缺乏再结晶退火参数,难以在设计文件中明确母材热处理试件要求。 GB/T150-2024带来的变化 GB/T150-2024对冷成形封头热处理相关内容进行了重要修订。在奥氏体不锈钢封头方面,与旧标准按变形率判断是否热处理不同,新标准主要依据设计温度和铁素体含量。对于设计温度低于-40℃和进行应变强化处理的压力容器用铬镍奥氏体型不锈钢制冷成形封头,按GB/T1954测得铁素体显示含量不应大于15%,否则需进行恢复性能热处理;设计温度等于或高于-40℃但低于675℃时,铁素体显示含量不应大于25%,超标则需处理;设计温度高于675℃的铬镍奥氏体型不锈钢制封头,应在成形后进行恢复性能热处理,且铁素体显示含量不应大于15%。这意味着在奥氏体不锈钢封头领域,热处理决策不再单纯依赖变形率,而是构建了一个综合温度与铁素体含量的新判断体系。 新变化引发的思考与应对 新的判断体系在一定程度上简化了部分因变形率判断复杂带来的问题,但也带来了新挑战。首先,铁素体含量检测成为关键环节。企业需准确掌握GB/T1954规定的检测方法,确保检测数据准确可靠,这对检测设备精度、人员操作水平都提出了更高要求。在实际生产中,不同批次原材料、不同加工工艺可能导致封头铁素体含量分布不均,如何合理确定检测部位、保证检测的代表性,是企业面临的现实难题。 对于制造企业而言,面对新标准,应积极调整工艺控制流程。一方面,加强原材料质量管控,从源头控制铁素体含量;另一方面,优化冷成形工艺参数,尽量减少冷变形对材料组织性能的不利影响,降低铁素体含量超标的风险。在热处理环节,根据新标准要求,合理选择恢复性能热处理方式,确保封头性能符合标准。例如,对于高温(>675℃)或高变形率导致铁素体超标需进行固溶处理的封头,严格控制固溶处理的温度、时间等参数,抑制马氏体相变,减少因铁素体聚集产生微裂纹的可能性。 封头为薄壁三维曲面,难以制取力学性能试样,用未经冷变形的平板模拟试件毫无代表性,设置母材试件沦为形式。 GB/T150-2024的实施为冷成形封头热处理问题带来了新的解决思路,但在落地执行过程中,无论是标准细节完善、不同标准间的协调,还是企业生产工艺的适应性调整,都还有很长的路要走。只有行业各方共同努力,才能让新标准在保障压力容器安全的同时,切实提升行业整体制造水平。 参考文献: [1]GB/T 150.4-2024,压力容器[S].北京:中国标准出版社,2024; [2]TSG21-2016,固定式压力容器安全技术监察规程[S],北京:新华出版社,2016; [3]寿比南,杨国义,徐锋,等,GB150-2011《压力容器》标准释义[M],北京:新华出版社,2012; [4]马鹏飞,李美兰,戈晓岚,热处理技术[M],北京:化学工业出版社,2008:19-21; [5]崔忠圻,刘北兴,金属学与热处理[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008:162-165; [6]GB/T25198-2023,压力容器封头[S],北京:中国标准出版社,2023; [7]中国机械工程学会热处理学会,热处理手册第1卷工艺基础(第4版)[M],北京:机械工业出版社,2008,1:161-162; [8]曹天欢,蒋秀华.压力容器冷成形封头恢复性能热处理的探讨[J].锅炉技术,2017,48(04):60-63.来源:压力容器工程师

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