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首页 > 新闻资讯 > 行业知识 > 压力容器常用焊接方法及特点特种设备生产制造许可证（资质）：压力容器常用焊接方法及特点
1 焊条电弧焊（shielded metal arc welding，SMAW）
以药皮焊条和工件之间的电弧加热金属，从而达到结合的一种弧焊方法，见图16.2.1。以药皮的分解物对电弧进行保护，施焊时无须外加压力或保护气体，填充金属取自于焊条。以前称手工电弧焊是很不确切的。
焊条电弧焊应用历史悠久。设备、焊条、工艺配套完善，适用于各种材料焊接，施焊产品适应性强，设备要求简单，初次投资少，无需专用辅助装置，绝大多数情况下是手工焊，对焊工操作技能要求高，劳动条件差，生产效率低，焊缝质量与焊工体力、情绪关系密切。
2 埋弧焊（submerged arc welding，SAW）
以一个（或多个）金属裸电极与工件之间形成的一个（或多个）电弧加热金属，使之接合的弧焊方法，熔化的金属和电弧被焊剂层所覆盖而加以保护，见图 16.2.2-1。不施压力，填充金属取自申极。有时从想剂、陈加填充丝中可添加合金元素。俗称的"理弧自动镍极大多数情况下应为"埋弧机械焊"。
埋弧焊可采用较大的焊接电流，较高的焊接速度，生产效率高;机械化焊接，质量稳定，对焊工操作水平的依赖程度大大降低;没有弧光辐射，劳动条件较好;焊接成本较低，焊接工件厚度范围广。
但埋弧焊时不能直接观察电弧与坡口的相对位置，容易焊偏，为保证焊剂覆盖熔池，大多情况下只能采取平焊位置，添加辅助装置可用于横焊。适应于长直焊缝、环焊缝，难以焊接不规则焊缝或焊机头伸不进去的地方，大型设备的埋弧焊需要专用辅助装置多、初始投资较大。
一般大于 100mm厚板焊接通常采用窄间隙埋弧焊，开I形坡口或窄间隙U形坡口。坡口角度非常小，侧壁几乎是平行的，大大节省了填充金属，极大地提高了焊接效率，而且减小了热影响区宽度、降低了焊缝金属的稀释率、提高了焊缝金属化学成分的均匀性、减小了焊接接头的残余应力，显著提高了焊接接头的韧性和抗脆断能力。
耐蚀层埋弧堆焊是通过电弧热来熔化焊带、焊剂及母材，常用于容器内壁的耐蚀层堆焊。其优点为;焊道熔深均匀;母材有一定的稀释率，一般需堆焊两层可达到设计技术要求;熔敷效率高∶堆焊层化学成分均匀;堆焊层表面平滑，但洒常要需加磁控装置，防止磷偏吹而产生的咬边;重复焊接一致性较好等。
3 钨极气体保护焊（gas tungsten arc welding，GTAW）
以钨极和工件之间的电弧加热金属，以获得结合的弧焊方法，可使用也可不使用压力和填充金属。保护气体常用氩气，其次为氨气，在惰性气体保护下除低熔点金属元素蒸发外，氧化还原反应不明显，可以焊接化学性能活泼的有色金属。焊接过程稳定，特别适合于薄板的焊接，单面焊时背面成形好，但熔深浅，熔敷速度慢，生产效率低，惰性气体价格贵，焊接成本高，通常用于打底焊。
4 熔化极气体保护焊（gas metal arc welding，GMAW）
在外来气体保护下，采用连续送进的填充金属极和焊接熔池之间的电弧的弧焊方法。其分类如下∶药芯焊丝电弧焊（lux-cored arc welding，FCAW）即采用连续送进的药芯焊丝和焊接熔池之间的电弧进行焊接的熔化极气体保护焊方法，自保护药芯焊丝电弧焊的气体来自管状焊丝内部的药粉，有利于野外操作;非自保护药芯焊丝焊接需外加保护气体。
药芯焊丝电弧焊的焊接工艺评定规则和焊工考试规则与熔化极气体保护焊相同。
熔化极气体保护焊和药芯焊丝电弧焊这两种焊接方法，都可以分别是手工焊、机械化焊和自动焊接。通常以机械方式送进焊丝，手工移动焊枪称为"半自动焊"，其实质是手工焊，应按手工焊进行管理。
熔化极惰性气体保护焊的特点是气体保护熔滴和熔池不产生冶金反应，适于焊接各种有色金属;可用较大电流，生产效率高;明弧焊接，便于操作，有效控制缺陷;易进行全位置焊接;易实现机械化与自动化;惰性气体价格较贵，焊接成本偏高。
若采用 CO，进行熔化极气体保护焊，可大大降低焊接成本，但有较强烈的冶金反应，烧损熔滴和熔池中合金成分，因而电弧燃烧稳定性差，焊缝外观受影响。其特点是电流密度大、电弧热量集中，焊丝的熔化效率高，焊缝熔深大，焊接速度快，生产效率高;CO2气体有较强的冷却作用，焊接变形小，对油、锈的敏感性低，焊缝中含氢量少，有利于防止冷裂纹;可进行全位置焊接，明弧操作，可实现机械化、自动化焊接;节省电能，焊接成本低。但要认真检验焊缝金属低温韧性，特别是时效冲击韧性。
5 等离子弧焊（plasma arc welding，PAW）
以电极与工件间的压缩电弧（转移弧）或电极与压缩嘴间的压缩电弧（非转移弧）或两种电弧同时加热金属，从而使两件金属获得接合的弧焊方法，见图16.2.5。保护气体是从嘴孔喷出的热离子化气体，也可以再辅之以另一种气源的保护气体。保护气体可以是单一的惰性气体，也可以是混合气体。可用也可不用压力和填充金属。
等离子弧焊的特点是能量集中，温度高，焊接速度快;电弧挺直，稳定性好，可焊接较薄的工件;弧长变化对焊缝成形影响比较小;电极与工件不接触，焊缝没有夹钨的危险;焊接热输人小，焊接质量高;焊接电源、控制系统与焊炬都较复杂，设备费用是钨极氮弧焊的2倍～5倍，工艺参数的调节匹配较复杂，喷嘴寿命短。
在压力容器行业中，等离子弧广泛用于不锈钢和有色金属的切割，微束等离子弧也用于波纹管等薄板的焊接，自动等离子弧焊常用于厚度为 8mm 以下的钛、锆、镍、不锈钢等金属的焊接。
对于较厚钛、不锈钢等金属目前均采用等离子焊+TIG焊专机，简称"P+T"。该设各利用等离子电弧良好的小孔穿透能力，在保证单面焊背面自由成形的同时，尽量提高焊接速度;TIG焊的自由电弧有良好的覆盖能力，配合适量的填充金属重熔，达到正面成形美观的效果，P+T复合工艺的焊接效率约是等离子焊接效率的1.3 倍，是 TIG焊接效率的5倍～7倍。主要用于壁厚 3mm～20mm不锈钢、钛合金长直缝的焊接。壁厚8mm 以下的不锈钢和壁厚10mm 以下的钛合金不开坡口，大于此厚度需要开坡口并填丝进行焊接。
6 电渣焊（electroslag welding，ESW）
电流通过液体熔渣所产生的电阻热使填充金属和工件的被焊表面熔化，产生金属结合的焊接方法，根据电极形状，可分为丝极、板极、熔嘴电渣焊等。当焊接时，熔渣沿着接头的整个横截面移动，而熔池则受到熔渣的保护，为了保证熔池形状、强制焊缝成形，在接头两侧采用铜滑块作为成形卡具，铜滑块内部通有冷却水。起焊时，首先以电弧加热焊剂，使其熔化形成液体渣池，当渣池达到一定深度，然后灭弧，导电的渣借助于电流通过电极和工件时的电阻而保持为熔融状态。
当焊缝轴纳线位于垂直位置时。中清焊的熔池位置与焊缝成形条件最好，不易产生气孔和夹渣;渣池温度高，热源体积大，整个厚度可一次焊成，生产率高;焊缝成形系数（熔焊时，在单道焊缝横截面上，焊缝宽度与焊缝计算厚度之比）调节范围大，不易产生焊接热裂纹;焊接热输入大，渣池冷却速度慢，扩散氢有足够的溢出时间，焊缝冷裂纹倾向较小。然而焊缝和热影响区在高温停留时间长，易产生晶粒粗大的过热组织，焊接接头的冲击韧性较差、一般焊后要进行正火处理，增加了工序，延长生产周期，成本升高。
近年来，广泛应用的焊后不需做正火处理的窄间隙焊，基本取代了电渣焊。但是电渣焊只常用于耐蚀层堆焊。堆焊层合金稀释率约为10%，远低于埋弧堆焊，可用于单层堆焊，没有电弧，单侧供给焊剂，焊剂消耗量小，堆焊效率约2倍于埋弧堆焊，焊道之间搭接比埋弧堆焊更加平滑，成形也更加美观，但由于电流较大，需加磁控装置防止磁偏吹。
7 摩擦焊（friction welding，FRW）
此为固态焊方法，借助工件之间的相对旋转或滑动产生热量，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，从而使工件在压力接触下完成焊接过程。
摩擦焊的特点是;焊接质量好而目稳定，焊接效率高，生产费用低，节能环保，所焊材料由传统的金属材料拓宽到粉末合金、复合材料、难熔材料及陶瓷一金属新型材料等，机动化、自动化程度高，操作技术容易掌握。但焊接盘状工件、薄壁管件和非圆工件较困难。摩擦焊的焊接接头难以用无损检测方法检查，摩擦焊机投资较大。
8 螺柱焊（stud welding，SW）
将金属螺柱（或类似零件）一端与板件（或管件）表面接触，通过电弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力完成与工件相连接的焊接方法，可采用电弧焊、电阻焊、摩擦焊或其他适当的焊接方法，可用也可不用外部保护气体。
螺柱焊主要用于焊接挂置保温层、防护层用的螺柱，若采用焊条电弧焊将螺柱与工件连接起来，不能称为螺柱焊。
螺柱焊的特点是效率高，质量稳定，设备简单，操作容易，劳动条件好，可在密集排列或近间距的情况下大量焊接紧固件。
9 气电立焊（electro-gas welding，EGW）
气电立焊是由普通熔化极保护焊和电渣焊发展形成的一种熔化极气体保护焊方法。它采用焊接小车和冷却滑块二级联动弧长控制系统，弧长自我调节能力及抗干扰能力较好，通过电弧电压的反馈来控制行走机构自动上升，系统配用专门的大热输人用药芯焊丝、以 CO.气体保护进行立向对接焊。焊接时坡口正而采用水冷铜滑块，背面采用楔式垫板或带凹槽冷却垫板来强制冷却使焊缝成形，电弧轴线方面与焊缝熔深方向垂直，并沿板厚方向前后摆动，导电嘴在距每侧冷却滑块5mm～10mm处停留 2s~3s.以抵消水冷滑块对金属的冷却作用，使焊缝表面完全熔合，并成形良好。不断熔化的焊缝金属流向电弧下的熔池中，随着熔池上升，电弧与正面的水冷滑块也随着上移，通常21.5mm厚的焊缝可一次成形，21.5mm 以上厚的焊缝分两次成形，生产效率高、焊接质量好、综合成本低，目前已广泛应用于大型原油储罐纵焊缝焊接。
气电立焊与窄间隙的区别在于焊缝可一次或二次成形，不用多道多层焊;与电渣焊的区别在于熔化焊材和母材是电弧熟而不是电阻热，且气电立焊使用专用药芯焊丝，合金成分调节容易，在 100kJ/cm 大热输人下焊接接头晶粒长大不明显，低温冲击韧性远优于电渣焊，焊后不用进行正火等热处理;由于焊接热输入大，扩散氢有足够的时间溢出，而该类焊丝一般扩散氢含量较低，焊缝中基本不会产生冷裂纹。
以药皮焊条和工件之间的电弧加热金属，从而达到结合的一种弧焊方法，见图16.2.1。以药皮的分解物对电弧进行保护，施焊时无须外加压力或保护气体，填充金属取自于焊条。以前称手工电弧焊是很不确切的。
焊条电弧焊应用历史悠久。设备、焊条、工艺配套完善，适用于各种材料焊接，施焊产品适应性强，设备要求简单，初次投资少，无需专用辅助装置，绝大多数情况下是手工焊，对焊工操作技能要求高，劳动条件差，生产效率低，焊缝质量与焊工体力、情绪关系密切。
2 埋弧焊（submerged arc welding，SAW）
以一个（或多个）金属裸电极与工件之间形成的一个（或多个）电弧加热金属，使之接合的弧焊方法，熔化的金属和电弧被焊剂层所覆盖而加以保护，见图 16.2.2-1。不施压力，填充金属取自申极。有时从想剂、陈加填充丝中可添加合金元素。俗称的"理弧自动镍极大多数情况下应为"埋弧机械焊"。
埋弧焊可采用较大的焊接电流，较高的焊接速度，生产效率高;机械化焊接，质量稳定，对焊工操作水平的依赖程度大大降低;没有弧光辐射，劳动条件较好;焊接成本较低，焊接工件厚度范围广。
但埋弧焊时不能直接观察电弧与坡口的相对位置，容易焊偏，为保证焊剂覆盖熔池，大多情况下只能采取平焊位置，添加辅助装置可用于横焊。适应于长直焊缝、环焊缝，难以焊接不规则焊缝或焊机头伸不进去的地方，大型设备的埋弧焊需要专用辅助装置多、初始投资较大。
一般大于 100mm厚板焊接通常采用窄间隙埋弧焊，开I形坡口或窄间隙U形坡口。坡口角度非常小，侧壁几乎是平行的，大大节省了填充金属，极大地提高了焊接效率，而且减小了热影响区宽度、降低了焊缝金属的稀释率、提高了焊缝金属化学成分的均匀性、减小了焊接接头的残余应力，显著提高了焊接接头的韧性和抗脆断能力。
耐蚀层埋弧堆焊是通过电弧热来熔化焊带、焊剂及母材，常用于容器内壁的耐蚀层堆焊。其优点为;焊道熔深均匀;母材有一定的稀释率，一般需堆焊两层可达到设计技术要求;熔敷效率高∶堆焊层化学成分均匀;堆焊层表面平滑，但洒常要需加磁控装置，防止磷偏吹而产生的咬边;重复焊接一致性较好等。
3 钨极气体保护焊（gas tungsten arc welding，GTAW）
以钨极和工件之间的电弧加热金属，以获得结合的弧焊方法，可使用也可不使用压力和填充金属。保护气体常用氩气，其次为氨气，在惰性气体保护下除低熔点金属元素蒸发外，氧化还原反应不明显，可以焊接化学性能活泼的有色金属。焊接过程稳定，特别适合于薄板的焊接，单面焊时背面成形好，但熔深浅，熔敷速度慢，生产效率低，惰性气体价格贵，焊接成本高，通常用于打底焊。
4 熔化极气体保护焊（gas metal arc welding，GMAW）
在外来气体保护下，采用连续送进的填充金属极和焊接熔池之间的电弧的弧焊方法。其分类如下∶药芯焊丝电弧焊（lux-cored arc welding，FCAW）即采用连续送进的药芯焊丝和焊接熔池之间的电弧进行焊接的熔化极气体保护焊方法，自保护药芯焊丝电弧焊的气体来自管状焊丝内部的药粉，有利于野外操作;非自保护药芯焊丝焊接需外加保护气体。
药芯焊丝电弧焊的焊接工艺评定规则和焊工考试规则与熔化极气体保护焊相同。
熔化极气体保护焊和药芯焊丝电弧焊这两种焊接方法，都可以分别是手工焊、机械化焊和自动焊接。通常以机械方式送进焊丝，手工移动焊枪称为"半自动焊"，其实质是手工焊，应按手工焊进行管理。
熔化极惰性气体保护焊的特点是气体保护熔滴和熔池不产生冶金反应，适于焊接各种有色金属;可用较大电流，生产效率高;明弧焊接，便于操作，有效控制缺陷;易进行全位置焊接;易实现机械化与自动化;惰性气体价格较贵，焊接成本偏高。
若采用 CO，进行熔化极气体保护焊，可大大降低焊接成本，但有较强烈的冶金反应，烧损熔滴和熔池中合金成分，因而电弧燃烧稳定性差，焊缝外观受影响。其特点是电流密度大、电弧热量集中，焊丝的熔化效率高，焊缝熔深大，焊接速度快，生产效率高;CO2气体有较强的冷却作用，焊接变形小，对油、锈的敏感性低，焊缝中含氢量少，有利于防止冷裂纹;可进行全位置焊接，明弧操作，可实现机械化、自动化焊接;节省电能，焊接成本低。但要认真检验焊缝金属低温韧性，特别是时效冲击韧性。
5 等离子弧焊（plasma arc welding，PAW）
以电极与工件间的压缩电弧（转移弧）或电极与压缩嘴间的压缩电弧（非转移弧）或两种电弧同时加热金属，从而使两件金属获得接合的弧焊方法，见图16.2.5。保护气体是从嘴孔喷出的热离子化气体，也可以再辅之以另一种气源的保护气体。保护气体可以是单一的惰性气体，也可以是混合气体。可用也可不用压力和填充金属。
等离子弧焊的特点是能量集中，温度高，焊接速度快;电弧挺直，稳定性好，可焊接较薄的工件;弧长变化对焊缝成形影响比较小;电极与工件不接触，焊缝没有夹钨的危险;焊接热输人小，焊接质量高;焊接电源、控制系统与焊炬都较复杂，设备费用是钨极氮弧焊的2倍～5倍，工艺参数的调节匹配较复杂，喷嘴寿命短。
在压力容器行业中，等离子弧广泛用于不锈钢和有色金属的切割，微束等离子弧也用于波纹管等薄板的焊接，自动等离子弧焊常用于厚度为 8mm 以下的钛、锆、镍、不锈钢等金属的焊接。
对于较厚钛、不锈钢等金属目前均采用等离子焊+TIG焊专机，简称"P+T"。该设各利用等离子电弧良好的小孔穿透能力，在保证单面焊背面自由成形的同时，尽量提高焊接速度;TIG焊的自由电弧有良好的覆盖能力，配合适量的填充金属重熔，达到正面成形美观的效果，P+T复合工艺的焊接效率约是等离子焊接效率的1.3 倍，是 TIG焊接效率的5倍～7倍。主要用于壁厚 3mm～20mm不锈钢、钛合金长直缝的焊接。壁厚8mm 以下的不锈钢和壁厚10mm 以下的钛合金不开坡口，大于此厚度需要开坡口并填丝进行焊接。
6 电渣焊（electroslag welding，ESW）
电流通过液体熔渣所产生的电阻热使填充金属和工件的被焊表面熔化，产生金属结合的焊接方法，根据电极形状，可分为丝极、板极、熔嘴电渣焊等。当焊接时，熔渣沿着接头的整个横截面移动，而熔池则受到熔渣的保护，为了保证熔池形状、强制焊缝成形，在接头两侧采用铜滑块作为成形卡具，铜滑块内部通有冷却水。起焊时，首先以电弧加热焊剂，使其熔化形成液体渣池，当渣池达到一定深度，然后灭弧，导电的渣借助于电流通过电极和工件时的电阻而保持为熔融状态。
当焊缝轴纳线位于垂直位置时。中清焊的熔池位置与焊缝成形条件最好，不易产生气孔和夹渣;渣池温度高，热源体积大，整个厚度可一次焊成，生产率高;焊缝成形系数（熔焊时，在单道焊缝横截面上，焊缝宽度与焊缝计算厚度之比）调节范围大，不易产生焊接热裂纹;焊接热输入大，渣池冷却速度慢，扩散氢有足够的溢出时间，焊缝冷裂纹倾向较小。然而焊缝和热影响区在高温停留时间长，易产生晶粒粗大的过热组织，焊接接头的冲击韧性较差、一般焊后要进行正火处理，增加了工序，延长生产周期，成本升高。
近年来，广泛应用的焊后不需做正火处理的窄间隙焊，基本取代了电渣焊。但是电渣焊只常用于耐蚀层堆焊。堆焊层合金稀释率约为10%，远低于埋弧堆焊，可用于单层堆焊，没有电弧，单侧供给焊剂，焊剂消耗量小，堆焊效率约2倍于埋弧堆焊，焊道之间搭接比埋弧堆焊更加平滑，成形也更加美观，但由于电流较大，需加磁控装置防止磁偏吹。
7 摩擦焊（friction welding，FRW）
此为固态焊方法，借助工件之间的相对旋转或滑动产生热量，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，从而使工件在压力接触下完成焊接过程。
摩擦焊的特点是;焊接质量好而目稳定，焊接效率高，生产费用低，节能环保，所焊材料由传统的金属材料拓宽到粉末合金、复合材料、难熔材料及陶瓷一金属新型材料等，机动化、自动化程度高，操作技术容易掌握。但焊接盘状工件、薄壁管件和非圆工件较困难。摩擦焊的焊接接头难以用无损检测方法检查，摩擦焊机投资较大。
8 螺柱焊（stud welding，SW）
将金属螺柱（或类似零件）一端与板件（或管件）表面接触，通过电弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力完成与工件相连接的焊接方法，可采用电弧焊、电阻焊、摩擦焊或其他适当的焊接方法，可用也可不用外部保护气体。
螺柱焊主要用于焊接挂置保温层、防护层用的螺柱，若采用焊条电弧焊将螺柱与工件连接起来，不能称为螺柱焊。
螺柱焊的特点是效率高，质量稳定，设备简单，操作容易，劳动条件好，可在密集排列或近间距的情况下大量焊接紧固件。
9 气电立焊（electro-gas welding，EGW）
气电立焊是由普通熔化极保护焊和电渣焊发展形成的一种熔化极气体保护焊方法。它采用焊接小车和冷却滑块二级联动弧长控制系统，弧长自我调节能力及抗干扰能力较好，通过电弧电压的反馈来控制行走机构自动上升，系统配用专门的大热输人用药芯焊丝、以 CO.气体保护进行立向对接焊。焊接时坡口正而采用水冷铜滑块，背面采用楔式垫板或带凹槽冷却垫板来强制冷却使焊缝成形，电弧轴线方面与焊缝熔深方向垂直，并沿板厚方向前后摆动，导电嘴在距每侧冷却滑块5mm～10mm处停留 2s~3s.以抵消水冷滑块对金属的冷却作用，使焊缝表面完全熔合，并成形良好。不断熔化的焊缝金属流向电弧下的熔池中，随着熔池上升，电弧与正面的水冷滑块也随着上移，通常21.5mm厚的焊缝可一次成形，21.5mm 以上厚的焊缝分两次成形，生产效率高、焊接质量好、综合成本低，目前已广泛应用于大型原油储罐纵焊缝焊接。
气电立焊与窄间隙的区别在于焊缝可一次或二次成形，不用多道多层焊;与电渣焊的区别在于熔化焊材和母材是电弧熟而不是电阻热，且气电立焊使用专用药芯焊丝，合金成分调节容易，在 100kJ/cm 大热输人下焊接接头晶粒长大不明显，低温冲击韧性远优于电渣焊，焊后不用进行正火等热处理;由于焊接热输入大，扩散氢有足够的时间溢出，而该类焊丝一般扩散氢含量较低，焊缝中基本不会产生冷裂纹。
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