HR-2钢压力容器激光焊接工艺研究

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　　摘 要：本文对HR-2某型号压力容器壳体进行激光焊接工艺研究，结果表明，采用焦距181-187mm，速度0.02-0.025m/s，功率1560-1860W焊接参数所焊焊缝内部质量更好，满足客户要求。在此基础上进行了试验件及产品的焊接，所焊产品经X光检查合格，气密试验考核合格，满足使用要求。
　　关键词：HR-2;压力容器;激光焊接工艺
　　本文中所研究的奥氏体型HR-2不锈钢制压力容器，由上件和下件两个带有止口（止口厚度1mm）、壁厚2.5mm的近似半椭球体采用激光焊接组焊而成，底部不允许焊透，两端口径较小，内部热量不易散发，变形不易控制，焊接难度较大，技术要求也很高，具体的技术要求见表1。
　　1 试验条件及方法
　　1.1 试验设备
　　本次试验过程采用的设备为6KW的光纤激光焊接机器人工作站，应用立卧两用变位机和6轴KUKA KR-60型机器人进行配合实现环缝焊接，激光器为美国IPG公司所生产的YLS-6000型光纤激光器，最大激光功率为6300W，配备Precitec标准焊接头，聚焦镜片焦距200mm，传输光纤芯径300μm。
　　1.2 试验材料
　　HR-2材料较为少见，且价格昂贵。因此我们拟采用与其化学成分最为接近的304不锈钢进行工艺参数调试，二者化学成分及力学性能对比如表2所示。
　　1.3 试验过程
　　试验主要分为试板堆焊、试验件焊接两个阶段。试板堆焊阶段主要是锁定参数的范围，试验件焊接主要是优化轨迹程序和起收弧参数。
　　1.3.1 试板堆焊
　　本阶段采用板厚为2.5mm的304不锈钢平板堆焊的方式进行焊接工艺参数的摸索，使用單因素变量法对焦距、功率、速度三个因素进行实验，对得到的数据进行分析比对，依次得到其相对应的最佳值，对这个最佳值进行稳定性试验，确保它处于范围的中心，再对这个参数进行拉偏试验，得到优化后具体的焊接参数范围，以最大程度的满足焊缝的外观和气孔要求。
　　焊缝X射线检测结果见表3，通过对比发现YL031006号试板的焊接参数最符合技术要求，因此我们对该焊接参数分别进行稳定性试验和拉偏试验，最终锁定了焊接工艺参数的范围焦距181-187mm，速度0.02-0.025m/s，功率1560-1860W，具体的试验过程见表4。
　　1.3.2 试验件焊接
　　本阶段采用对试验件实施环缝焊接的方式进行轨迹编程的调整和优化。将试验件装卡到变位机上，采用变位机转盘每转30度角取一个示教点的方式记录整条环缝的轨迹，以达到尽可能最精确的焊缝轨迹，得到均匀规整的环焊缝，通过分析得到最优参数焦距183mm，速度0.023m/s，功率1680W。
　　2 产品的焊接及检测
　　2.1 产品的焊接
　　按照前述的工艺方法，以及根据之前焊接参数的工艺试验，采用最优参数组合，完成了五件产品的焊接。
　　2.2 焊后的检测情况
　　按表1要求对5件产品进行了各项检测，以下是检测结果：
　　（1）产品焊缝区域外观光滑、平整。
　　（2）产品X射线检测结果如图1所示，焊缝内部无裂纹、气孔密集区及大于Φ0.5mm的单个气孔，无焊漏焊偏现象。
　　（3）气密性检测方案如图2所示，利用6根双头螺杆和两个堵盖，从外面压紧压力容器的接口与密封圈来达到密封的目的。检测现场见图3，我们提高了设计图纸要求的强度考核，采用每隔5分钟加压0.1MPa的方式，加压到1.2MPa，保压了15min，期间无任何气泡冒出。
　　3 结论
　　（1）通过工艺试验发现，采用焦距181-187mm，速度0.02-0025m/s，功率1560-1860W焊接参数所焊焊缝内部质量更好，满足客户要求。
　　（2）通过试验件的焊接获得了最优参数焦距183mm，速度0.023m/s，功率1680W，应用在5件产品的焊接上，所焊产品焊缝X光检测符合用户要求，尺寸检测符合用户要求，通过了12MPa气密试验的强度考核。
　　参考文献：
　　[1]雷华东，黄文荣，郭鹏，等.抗氢不锈钢的激光焊接性及气孔成因初探[J].焊接技术，2002，31（3）：8-10.
　　[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册：第2卷：材料的焊接性[J].北京：机械工业出版社，1992.
　　作者简介：邓鑫（1993-），男，汉族，河南洛阳人，本科，研究方向：激光焊接。
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