2023年化工压力容器在环缝自动焊中焊道余高过大的原因分析及其预防措施

2023年化工压力容器在环缝自动焊中焊道余高过大的原因分析及其预防措施摘要：文章介绍了化工压力容器在生产制造过程中环焊缝焊接过程中出现的焊缝余高过大的问题，分析余高超标产生的各种原因，并提出改进的建议。

关键词：自动焊；余高；焊接参数

前言

随着科学技术的进步和工业生产的发展，压力容器已经广泛应用于化工、冶金，核电，国防等工业领域及人们的日常生活中。压力容器内部常常是在高温，高压的环境中运行。所以压力容器的质量就显得尤为关键。在这其中，焊接是整个压力容器制造过程中时间最长，最重要的工序之一。焊缝质量直接决定了整个压力容器的质量和使用寿命，焊接质量不好，不仅使压力容器寿命大大缩短，严重的还可能导致爆炸，危急人们的生命，惨痛的教训比比皆是。笔者从事压力容器生产制造工作，通过理论知识的研究和现场实际情况相结合，对埋弧自动焊焊接过程中出现的焊缝余高过大问题进行原因分析，并最终制定出相应的预防措施。

埋弧焊是一重以电弧作为热源的机械化程度很高的焊接方法，它有着生产效率高，焊接质量好，劳动条件好等优点，目前被广泛使用。影响埋弧自动焊焊缝形状和尺寸的原因很多，但主要焊接参数有电弧电压，焊接电流，焊接速度，预热温度，焊材直径、焊件倾斜角度等，这些焊接参数需要进行合理的匹配才能焊出外观良好且没有任何缺陷的焊缝。因此需了解各工艺参数对焊缝成型（尤其是余高）的影响，研究其规律以及与焊缝结晶过程的关系，才能解余高过大的问题。

1影响焊缝余高的原因

余高是指超出焊缝表面焊趾连线上面的那部分焊缝金属的高度。焊缝的余高使焊缝的横截面增加，承载能力提高，并且能增加射线摄片的灵敏度，但却使焊趾处会产生应力集中，影响焊缝质量，所以一般余高不宜过高，通常情况下要求余高不能低于母材，其高度随母材厚度增加而加大，但最大不得超过3mm。余高超标分为连续超标和断续超标两种。影响焊缝余高的焊接参数有以下几点：

1.1焊接电流：在其他参数条件不变时，余高与焊接电流变化成正比，即焊接电流增大，使焊丝熔化量增加，焊缝余高增加。

1.2电弧电压：在其他条件不变的情况下，电弧电压降低，使熔池中温度降低，焊缝宽度减少变得高而窄，所以余高有所增加。电弧电压增高，焊缝宽度增加，余高相对减小。在埋弧自动焊时，电压是依据电流来确定的，即一定的焊接电流要保持一定的电压才能使电弧稳定燃烧，所以电弧电压的变化范围是有一定限度的，即要与电流相匹配。

1.3焊接速度：在其他条件不变的情况下，焊接速度减小，焊丝熔化量增加，焊缝余高也会增加。

1.4焊丝直径：焊接电流、电弧电压、焊接速度一定时，焊丝直径不同，焊缝形状也会发生变化，当其他条件不变时，熔深与焊丝直径成反比，随着电流密度的增加，熔池熔化金属量不断增加，熔融金属后排困难，熔深增加较慢，并随着熔化金属量的增加，余高增加且焊缝成形变差。

1.5焊丝伸长量：焊丝伸长量增加时，伸出部分的电阻热增加，使焊丝熔化加快，焊缝余高增大。

1.6焊件倾斜角度：当焊件倾斜，上坡焊时，熔化金属在重力作用下有加强排出熔池倾向，因而余高有所增加。即随着倾斜度的增加，焊缝余高明显增加。

1.7焊丝倾斜角度：焊接时，调整设备上的操作机头，使焊丝在焊接方向上后倾一个角度时，电弧也跟着倾斜一个角度，电弧向后吹力增加，对熔池底部金属液体排出作用加强，余高增加。

1.8焊剂堆散高度：埋弧焊焊剂堆高高度一般在25-40mm，焊剂堆高越大，焊缝余高越高。

在整个环焊缝的焊接过程中，因其工况和纵缝焊缝不同，还需考虑其他因素。纵缝焊接时焊接件不动，由焊接操作机行走，焊接熔池的形成和结晶是处于相对静止状态的，比较容易控制和观察。一般设备不大，有时候还可以近距离操作。而在环缝焊接时（U型坡口），窄间隙焊接设备比较庞大，且筒节直径也都很大，人也需要在几米高的高度上进行焊接环缝。焊接操作机的机头不动，焊件在托辊上做旋转循环运动，因此可以说焊接熔池的形成和结晶的过程是在运动状态下完成的。环缝焊接时焊丝与焊件的相对位置非常关键，焊接时筒体在托辊上转动，环缝焊接时熔池和结晶位于高点水平处，其目的是使熔池的结晶过程尽可能处于水平状态，铁水流动性小，减少重力的影响，利于成形。这样不但可以使焊缝成型美观，还可以保证焊接质量。一般焊件的直径越大，允许焊丝的偏心量就越大，焊丝的偏心量使焊丝一直处于“上坡焊”的位置，目的是使焊缝有足够的熔深。这样一则可以减小熔深，避免烧穿，二则使得焊缝成型美观。

焊接环缝时，因为筒体回圆效果不好，会造成筒体圆度差较大，在某些局部位置就会形成实际的电弧长度变化（即电弧电压变化）。在焊接处位置亦形成了局部筒体的曲率差异，但是焊丝偏心量不能随着局部曲率改变微调。这些不同造成了环焊缝的焊缝余高超标较为普遍。在焊接开X型坡口的内表面环焊缝时，因为内表面和外表面的直径不同的，成型要求的焊接参数值也不同，这就要求在焊接过程中改变焊丝的偏心量d和各项焊接参数值。但是焊接过程中某些操作者为了省事，往往在环缝的内部和外部焊接时采用相同的焊接参数。再加上焊接内表面环焊缝时不如外表面焊缝容易观察焊接操作机、送丝速度、焊接速度以及焊丝与焊件的相对位置等，这就造成了内表面环焊缝的余高超标最为常见。

2预防措施

预防焊缝余高超标的主要措施是严格按照经评定合格的焊接工艺指导书施焊，尤其要注意焊接电流、电弧电压和焊接速度这三个参数，一定要想换匹配，另外对焊丝伸出长度，焊件倾斜角度，焊剂堆散高度也需要注意。对开坡口的角度加强控制，焊接时应严格控制线能量在允许范围内。注意筒体回圆的质量控制，减少不圆度。加强对装配质量的控制，尤其要控制好错边量和装配间隙这两个要素，保证间隙均匀一致，钝边对齐。焊接时，操作者要加强对焊接情况的观察，精力集中，焊接时作好记录，及时总结焊接参数对焊缝余高的影响。

3结束语

本文主要分析了焊缝余高与各种焊接参数之间的关系，需要指出的是，影响焊缝余高因素有很多，在处理余高的这个问题时，应该考虑多方面的因素。尤其是在实际的制造过程中，针对不同的材质，不同厚度的钢板，以及各种焊接位置，现场的实际环境，技术人员要通过不断摸索，设计和制定出不一样的焊接参数来使得化工压力容器完全满足客户的不同要求。压力容器的生产制造单位，应当进行各种验证性试验，编制产品焊接工艺时寻找出最佳的焊接参数，不断改进焊接工艺，从而提高埋弧自动焊的焊接质量。