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双面埋弧焊在压力容器制造中的应用研究

投稿人：王飞容器班组长

摘要：压力容器作为承压类特种设备，广泛应用于化工、石油、能源、军工等领域，其制造质量直接关系到生命财产安全和工业生产的连续稳定。焊接作为压力容器制造的关键工艺，其质量优劣至关重要。双面埋弧焊因其焊接效率高、成型质量好、自动化程度高、劳动条件优越等显著特点，在压力容器筒体纵缝、环缝等主焊缝的焊接中占据了核心地位。本文首先阐述了双面埋弧焊的技术原理与工艺特点，系统分析了其在压力容器筒体纵缝、环缝焊接中的具体应用流程、工艺要点及质量控制方法。接着，深入探讨了双面埋弧焊在应用过程中面临的常见缺陷及其防治措施，并与其他焊接方法进行了对比分析，凸显其技术经济性。最后，对双面埋弧焊技术的未来发展趋势进行了展望。研究表明，双面埋弧焊是现代大型压力容器高效、高质量制造不可或缺的关键技术，其持续优化与创新对推动压力容器行业的技术进步具有重要意义。

关键词：双面埋弧焊；压力容器；焊接工艺；质量控制；焊接缺陷

引言

压力容器是指在内部或外部承受流体介质压力的密闭设备，其运行条件往往伴随着高温、高压、低温或腐蚀性介质，一旦发生失效，后果极其严重。因此，对压力容器的安全性、密封性和耐久性提出了极高的要求。在压力容器的制造过程中，焊接是连接各承压部件、形成整体结构的最主要方法，焊接接头的质量直接决定了产品的最终性能。

在众多焊接方法中，埋弧焊由于其熔敷效率高、焊接质量稳定、无弧光辐射、烟尘少等优点，自问世以来便成为中厚板焊接的选择方法之一。而双面埋弧焊是在单面埋弧焊基础上发展起来的一种高效焊接技术，特别适用于需要全焊透的中厚板对接接头。它通过分别在接头的正面和背面进行埋弧焊，无需清根或仅需轻微清根即可实现完全熔透，极大地提高了生产效率和接头质量。

本文旨在系统性地研究双面埋弧焊技术在压力容器制造中的应用。通过剖析其工艺原理，详述其在纵、环缝焊接中的实施策略，分析质量控制要点与常见缺陷的防治，并与其它焊接方法进行对比，全面展示该技术的优势与价值，以期为压力容器的现代化制造提供理论参考和实践指导。

一、双面埋弧焊的技术原理与工艺特点

1.1 技术原理

双面埋弧焊，顾名思义，是在工件接头的正反两面依次进行的埋弧焊。其核心原理是利用电弧在焊剂层下燃烧进行焊接。焊接时，连续送进的焊丝与工件之间产生电弧，电弧热使焊丝、母材及部分焊剂熔化，形成金属熔池和熔渣。 gaseous 气体产生在熔池周围，排开空气，形成保护。熔池凝固后形成焊缝，熔渣冷却后形成渣壳，易于清除。

双面埋弧焊的典型实施方式有两种：

双面双焊枪法：在工件两侧同时布置焊枪，一次行程完成双面焊接。此法效率极高，但对设备精度、工件装配和跟踪系统要求苛刻，多用于专业生产线。

常规双面法：先在一侧进行第一道焊接（通常带有衬垫），然后翻转工件，在另一侧进行第二道焊接。这是压力容器制造中最常用的方法。

在压力容器焊接中，为保证第一道焊缝背面成型良好并实现完全熔透，常采用以下几种工艺：

焊剂垫法：在接头背面衬以承托焊剂的软管或金属板，通入压缩空气使焊剂紧贴焊缝背面，起到衬托熔池、防止烧穿的作用。

铜衬垫法：在背面使用带成形槽的铜衬垫，通水冷却，第一面焊接时焊缝背面在铜衬槽内成型，可获得光滑平整的背面焊缝。

锁底对接法：在接头设计时预留锁口，第一面焊接时锁口起衬托作用，焊后通常需加工去除锁口部分再焊第二面，适用于特定结构。

1.2 工艺特点

双面埋弧焊在压力容器制造中展现出以下突出特点：

焊接效率高：埋弧焊电流大（通常可达1000A以上），焊丝熔敷速度快，且双面焊一次即可完成厚板焊接，相比多层多道焊，生产效率可提高数倍。

焊缝质量优良：焊剂层的保护效果好，熔池冶金反应充分，焊缝金属纯净，化学成分稳定，力学性能（尤其是冲击韧性）优异。焊缝成型美观，内部缺陷（如气孔、夹渣）发生率低。

自动化程度高：整个过程实现了送丝、行走的机械化与自动化，对焊工操作技能的依赖性降低，焊缝质量稳定性和一致性高。

劳动条件好：电弧在焊剂层下燃烧，无弧光辐射，烟尘挥发少，改善了工人的劳动环境。

节约焊接材料：由于熔深大，对于中厚板，可不开坡口或开小坡口，减少了填充金属的消耗。同时，未熔化的焊剂可回收再利用。

热输入量较大：这是其优点也是缺点。高热输入保证了熔深，但也导致焊接热影响区（HAZ）较宽，晶粒易粗化，对某些材料需严格控制热输入并配合焊后热处理。

二、双面埋弧焊在压力容器制造中的具体应用

在压力容器制造中，双面埋弧焊主要用于筒节的纵缝拼接和筒节与筒节、筒节与封头之间的环缝连接。

2.1 在筒体纵缝焊接中的应用

筒体纵缝是压力容器上承受轴向应力的关键焊缝，要求全焊透且无损检测合格率高。

工艺流程：

下料与坡口制备：根据钢板厚度，通常采用I型坡口（即不开坡口）或小角度V/X型坡口。坡口一般采用机械加工或等离子/火焰切割后打磨清理。

板边预弯与装配：利用卷板机或压力机对板边进行预弯，以消除卷圆后直边的影响。随后在专用夹具或平台上进行装配，严格控制对口错边量和间隙。

点固焊：在焊缝两端和中间进行定位焊，多采用手工电弧焊或气体保护焊，点固焊缝应有足够的强度和长度。

焊接：将装配好的筒节吊装至纵缝焊接操作机或龙门式焊机下。首先进行内侧焊接。在筒节内侧下方放置焊剂垫，并确保焊剂与焊缝背面紧密贴合。调整焊枪位置、焊接参数（电流、电压、速度），进行内侧焊接。完成后，将筒节吊离，翻转180°，无需清根（若第一面熔透良好），直接进行外侧焊接。外侧焊接的主要作用是熔透内侧焊缝的根部并达到规定的焊缝尺寸。

焊后处理与检验：焊接完成后，清除焊缝表面的渣壳。待焊缝冷却至规定温度后，进行外观检查。随后进行无损检测（UT/RT），合格后方可进入下一道工序。

工艺要点：

焊接参数匹配：内侧焊接是保证熔透的关键，通常采用较大的电流和适中的电压，以确保足够的熔深。外侧焊接电流可略小于内侧，以保证良好的盖面成型并防止咬边。

焊剂垫紧贴：内侧焊接时，必须确保焊剂垫始终紧贴焊缝，防止出现烧穿或背面成型不良。

起弧与收弧处理：在焊缝两端需加装引弧板和熄弧板，将焊接起始和结束的不稳定区引至工件之外，保证实际焊缝的全长质量。

2.2 在筒体环缝焊接中的应用

环缝是连接各筒节及封头的焊缝，其焊接需要在工件旋转的情况下进行。

工艺流程：

组对与点固：将两个筒节（或筒节与封头）在滚轮架上进行组对，严格控制错边量和棱角度。沿圆周方向均布点固焊。

焊接：焊机机头固定，置于焊缝上方。启动滚轮架，使工件匀速旋转。

内侧焊接：焊枪伸入容器内部，对准环缝进行焊接。同样需要可靠的背面衬托措施，如大型容器内部可铺设移动式焊剂垫小车。

外侧焊接：完成内侧焊后，将焊机机头调整至外部焊缝位置，工件反向旋转，进行外侧焊接。

检验：同纵缝，进行外观和无损检测。

工艺要点：

焊丝位置：进行环缝焊接时，焊丝需相对于焊缝顶点有一个适当的“偏移量”（前置或后置），以控制熔池流动，防止铁水下淌，保证焊缝成型。通常，内侧焊时焊丝后置，外侧焊时焊丝前置。

焊接速度稳定：滚轮架的转速必须均匀、平稳，任何抖动都会影响焊缝成型的稳定性。

多层多道焊应用：对于超厚壁压力容器，双面埋弧焊也采用多层多道焊技术。即在每一面进行多道次焊接，通过合理的焊道排布和参数控制，进一步细化晶粒，提高接头综合性能。

三、焊接质量控制与常见缺陷防治

3.1 质量控制要点

为确保双面埋弧焊焊缝质量，必须对“人、机、料、法、环”各环节进行严格控制。

焊工资格：操作人员及工艺评定人员需持证上岗。

设备维护：定期校验焊接电源、送丝机构、行走机构的稳定性。

材料管理：

焊丝与焊剂：必须按标准采购、验收和保管。焊剂使用前需按说明书要求烘干，防止因潮湿而产生气孔。焊丝表面应洁净、无油锈。

母材：坡口及其附近20mm范围内必须清理干净，去除水、油、锈、氧化皮等污染物。

工艺纪律：严格按评定合格的焊接工艺规程（WPS）执行，不得随意更改焊接参数。

过程检验：加强装配质量、点固焊质量、焊剂垫贴合情况、焊接参数等的巡检。

焊后检验：严格执行外观检查、无损检测（UT、RT、MT/PT）以及必要的破坏性检验（按工艺评定要求）。

3.2 常见缺陷及其防治措施

双面埋弧焊常见缺陷主要有气孔、夹渣、未焊透、咬边等。

气孔：

产生原因：焊剂潮湿、焊丝或坡口有油污、焊剂覆盖不充分、电弧磁偏吹等。

防治措施：严格执行焊剂烘干制度；彻底清理焊丝和坡口；保证足够的焊剂覆盖厚度；合理接地，减小磁偏吹。

夹渣：

产生原因：层间清理不净（多层焊时）、焊接电流过小或速度过快使熔渣来不及浮出、焊道成型不良（如深而窄的焊道）导致熔渣裹挟。

防治措施：每道焊后彻底清渣；选择合适的焊接参数以获得宽而浅的焊道；注意焊丝的摆动。

未焊透：

产生原因：焊接电流太小、焊接速度太快、装配间隙过小、坡口角度不当、焊丝对中不良。

防治措施：优化焊接参数，确保足够的热输入；严格控制装配质量；精确对中焊丝。

咬边：

产生原因：焊接电流过大、电弧电压过高、焊接速度过快、焊丝角度不正确。

防治措施：适当降低电流和电压；调整焊接速度；修正焊丝角度，使其指向焊缝中心。

四、双面埋弧焊与其他焊接方法的对比分析

在压力容器制造中，除双面埋弧焊外，常用的焊接方法还有手工电弧焊、氩弧焊和单面埋弧焊等。

焊接方法	优点	缺点	适用场景
双面埋弧焊	效率极高，质量稳定，成型好，自动化程度高，成本较低	设备投入大，工件需翻转或内部操作，位置受限	中厚板纵、环缝，大型容器主焊缝
手工电弧焊	灵活，设备简单，全位置焊	效率低，质量依赖焊工技能，劳动强度大	定位焊、附件焊接、返修、现场安装、无法自动焊的位置
钨极氩弧焊	电弧稳定，成型美观，无熔渣，合金过渡系数高	熔深浅，效率低，成本高，对防风要求高	打底焊（单面焊双面成型），薄板、不锈钢、有色金属焊接
单面埋弧焊	无需翻转工件	需复杂的衬托装置，对参数和装配敏感性高，易烧穿	特定结构，无法进行双面焊的场合

通过对比可知，双面埋弧焊在效率、质量和综合成本上对于大型压力容器的主体焊缝焊接具有无可比拟的优势，是现代压力容器制造流水线上的主力工艺。

五、发展趋势与展望

随着压力容器向大型化、高参数化（高温、高压、耐腐蚀）发展，对焊接技术提出了更高要求。双面埋弧焊技术也在不断创新与进步：

窄间隙埋弧焊：对于超厚板（如>100mm），采用窄间隙坡口设计，极大地减少了填充金属量，降低了焊接应力和变形，提高了生产效率和经济性，是未来厚壁容器焊接的主流方向。

多丝埋弧焊：采用双丝、三丝甚至更多焊丝进行焊接，通过前后丝的参数配合，在保证熔深和成型的同时，可大幅提高焊接速度。 tandem 双丝焊的应用日益广泛。

智能化与数字化：将焊接过程与传感器技术、人工智能和大数据结合。实现焊接参数的实时监测与自适应控制、焊缝跟踪的自动纠偏、焊接质量的在线评估，打造“智能焊机”和“数字化车间”。

新材料配套：开发适用于新一代高强度钢、耐热钢的专用焊丝和焊剂，以满足更苛刻工况下压力容器的性能要求。

环保与节能：研发低烟尘、低有害物质的绿色焊剂，优化焊接工艺以降低能源消耗，符合可持续发展的要求。

结论

双面埋弧焊技术以其卓越的焊接效率、稳定的焊缝质量和良好的综合经济效益，在压力容器制造领域，特别是筒体纵、环缝的焊接中，确立了其不可动摇的核心地位。通过深入理解其工艺原理，严格把控从材料准备、工艺执行到质量检验的每一个环节，并积极防治常见焊接缺陷，能够充分发挥该技术的优势，制造出安全可靠、质量上乘的压力容器产品。面对未来的挑战与机遇，双面埋弧焊技术与窄间隙、多丝、智能化等新技术的融合，必将进一步推动我国压力容器制造业向高端、绿色、智能化方向迈进，为国民经济的核心领域提供更坚实可靠的装备保障。

参考文献

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