[发明专利]等离子焊焊接容器筒体环缝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子焊焊接容器筒体环缝的方法，主要用于容器筒体环缝的焊接，属于金属容器制造领域。

背景技术

等离子焊接系统以电极与工件间的压缩电弧(转移弧)、电极与喷嘴间的压缩电弧(非转移弧)或两种电弧同时加热金属，从而使两件金属获得结合的弧焊方法。

等离子焊接的特点是能量集中，温度高，焊接速度快；电弧挺直，稳定性好，可焊接更细、更薄的工件；弧长变化对焊缝成形影响比较小；电弧与工件不接触，焊缝没有夹钨的危险；焊接热输入小，焊接质量高。

按焊缝成形原理，等离子弧焊有下列三种基本方法：穿透型等离子弧焊(即穿孔型等离子弧焊接)；熔透型等离子弧焊；微束等离子弧焊。

穿透型等离子弧焊的原理是等离子焊的弧柱和弧焰同时加热工件，利用等离子弧穿透工件厚度，形成贯穿工件的小孔；在小孔前沿的熔化金属沿着等离子弧柱流到小孔后面并逐渐凝固成焊缝。

等离子焊可用于碳钢、不锈钢、耐热钢、钛合金、锆合金、镍基合金等材料的焊接，由于等离子焊接系统造价较高，所以一般只用于不锈钢、钛合金、锆合金、镍基合金等稀贵金属材料的焊接。特别是用于锆及锆合金、镍及镍基合金的焊接。

锆、镍、钛及其合金和不锈钢具有较强的耐腐蚀性能，广泛用于化工耐腐蚀设备的制造，但锆的化学性能属于非常活泼的金属，锆及锆合金对环境中的氧、氮、氢等都有很强的亲和力。特别是在高温下，锆容易与上述气体发生化学反应，与氢在200℃可生成氢化锆(ZrH₂)，在大约315℃的氢气氛中，锆会吸收氢而导致氢脆；与氧在300℃可生成氧化锆(ZrO₃)，在550℃及以上，与空气中的氧反应生成多孔的脆性氧化膜，在700℃以上，锆吸收氧而使材料严重脆化；与氮在600℃时，锆就会吸收氮生成氮化锆(ZrN)。镍、钛及其合金和不锈钢虽然化学性能不属于活泼金属，但在高温下也易与环境中的氧和氢发生反应。

由于等离子焊接的能量集中，温度高。因此，对被焊金属表面应进行保护，特别是对锆和锆合金保护的要求更加严格。镍、钛及其合金和不锈钢也要很好的保护。

现有的保护方式有：

1.采用真空环境中焊接，对于小型工件可以，对于大型工件，保护环境的要求和造价很高，特别是对大型容器的制造就更无法实施。

2.采用在等离子焊炬上和焊缝的背面都设一个保护罩，在保护罩内通保护气体，在焊接过程中，跟着焊炬的移动，拖动焊缝背面的保护罩保护焊缝。但这种方法，只适合对平直的纵焊缝的焊接，不适合容器筒体环缝的焊接。且等离子焊炬上装设的保护罩较小、结构太简单，无冷却实施，易造成焊缝表面的缺陷。

3.容器筒体环缝的焊接，筒体需要支承筒体的电动滚轮架带动筒体旋转，才能进行焊缝的焊接。但由于筒体的圆度误差、筒体与筒体的对接误差和焊接坡口的形式以及焊接坡口的误差，在焊接过程中筒体容易左右窜动，焊接过程无法控制，焊道难于保护，导致焊缝中容易产生气孔、未熔透等缺陷，甚至熔池塌陷使焊接中途中止。大型筒体环焊缝的焊接难以实现。

4.穿透型等离子弧焊的等离子弧柱的穿透金属厚度一般在8mm以下，对于小于穿透厚度的金属板材，其对接坡口一般加工成“I”型；对于大于一次焊透厚度(8mm)的金属板材，一般采用“Y”坡口。

但，传统的“Y”型坡口，由于在加工过程中，钝边高度不容易准确测量，会导致局部地方钝边高度超标，即使钝边高度不超标，筒体在旋转过程中会产生纵向窜动，一般情况下人们认为等离子弧很窄，没有宽度，但实际上等离子弧是有一定宽度，所以在焊接过程中会熔掉非钝边坡口上的材料，导致焊接厚度的增加。所以一旦筒体发生窜动，焊炬不能及时跟随移动时就会产生弧柱偏移焊道，从而使焊接厚度增加，产生未焊透、气孔等缺陷，甚至使焊接过程中断。

发明内容

本发明方法正是为了克服上述现有等离子焊存在的缺陷和不足而提供一种保证已焊焊缝和热影响区能有效得到保护，焊接质量好、焊接效率高并节省保护气体和减轻操作人员的劳动强度的等离子焊焊接容器筒体环缝的方法。

本发明方法是通过如下技术方案来实现的。

本发明方法是在等离子焊机头上加装了瞄准焊道的激光头，在已焊焊缝的正面设有上大保护罩，焊缝的背面设有下大保护罩，在容器筒体内设有能使下大保护罩随时对准焊缝的工装，容器筒体对接环缝采用新“Y”型坡口，达到自动连续完成容器筒体环焊缝的焊接。