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摘要： 小直径筒体焊接的一个重要特点就是，不能双面焊接，这就要求在施焊时制定一个完善的焊接工艺流程，才能保证施焊的质量，本文从焊接的两个方法，即手工焊接和自动焊接，分别阐述小直径筒体的焊接工艺。归根结底的要点，就是要保证焊接的质量！
关键词： 小直径筒体焊接 工艺
中图分类号： TG439 文献标识码： A 文章编号：
正文： 所谓非机加工小直径筒体，在国家标准规范里，并没有明确其直径范围是多少，一般以卷板机能卷制最小直径。有的筒体直径不大于500mm，坡口采用半自动火焰或是手工火焰切割；然后打磨至露出金属光泽，手工电弧焊焊接；也有的小直径碳素钢、低合金钢和奥氏体不锈钢筒体，一般指内径φ≤600mm，筒体壁厚δ≥3mm，长度L ≤1500mm。坡口以机械加工坡口为主，一般都是小型的压力容器。如气瓶、立式反应罐等。压力容器对焊接要求严格得多，小直径筒体焊接还包括了一些人能进去但不能施焊的压力容器，比如：600--700mm锅炉汽包，人仅能进去检验、但不能处理焊道、不能焊接。像这样的小直径筒体，可以参照GB150《固容规》去焊接。
小直径筒体焊接有如下几个特点：
仅能单面焊接；
焊缝必须为全熔透焊缝！在电焊工考试中有一个比较严格的项目，就是关于管道焊接或者针对于小直径筒体焊接的，叫做“背透”。所谓的“背透”，就是单面焊接，双面成形。
施焊不能过流、焊接工艺要求极为苛刻。
对坡口要求高、返修难度大，严格的焊道甚至不允许返修。
小直径筒体焊接方法有两种：一是手工焊接、一是自动焊接，下面我们就逐一介绍这两种方法的焊接工艺。我们将从人、机、料、法、环等五个方面阐述：
一、焊接工艺方法：
1焊接坡口加工：在实际生产中坡口机加工小直径筒体与封头环焊缝焊接较容易；为保证焊接的质量，坡口尽量采用机械加工坡口，这样可以减少坡口处的氧化层，得于焊接和清理，如果采用碳弧气刨加工坡口，必须清除渗碳层，而且需要用角磨砂轮机进行打磨。坡口有设计要求的，一定遵照设计要求施工，没有设计要求的，要参照相关规范与标准施工。
2.常用的焊接工艺方法：手工钨极氩弧焊(GTAW)打底，焊条电弧焊(SMAW)填充、盖面。即氩—电联焊。对于非机加工坡口来说由于坡口角度偏差大，表面可能有凹凸不平，致使筒体与封头、筒体与筒体间装配后间隙大小不一致，经常造成手工钨极氩弧焊未焊透或是带垫板的焊缝熔敷金属流入垫板与筒体内壁之间，致使焊缝的射线探伤不合格。 所以在筒体在氩—电联焊时，要采用机械加工坡口。
3.焊道布置方法：A：环缝带垫板焊接；封焊垫板两侧；B：环焊缝背透。
二、施焊有关人员：
1.焊接工程师应根据NB/T47014（JB/T4708）《承压设备焊接工艺评定》的要求编制《焊接工艺指导书》，指导施焊人员的操作，建立特种作业人员管理体系、《焊接操作规程》等。
2.由于小直径筒体焊接的要求很高，对施工焊的有关人员要求也特别的高，其一就是铆工下料、坡口对接、筒体校直、封头检查等，都需要一个有要验、有水平的铆工；其二就是对施焊人员要求也高，施焊人员在操作前，要做以下工作：
A：图纸及工艺交底；
B：焊工考试：尤其是考施焊范围内的平口、纵缝、横缝等；
C：焊接试件的检查：也是对施焊焊工的检查，包括力学性能检验，UT、RT检验等。
三、机具：机具的准备分两个方面，一个是坡口加工，需要小型车床，一个是焊接机具，即电焊机，电焊机的选用只要能满足氩弧焊接所需要的电流、电压及稳定性就可以了。UT、RT所用的仪器等
四、材料：焊接材料宜根据筒体材料确定，如筒体材料为20钢、Q235B钢，则在氩—电联焊时，选用焊丝为H08Mn2Si,电焊条选用E4315型（J427）；如果筒体材料为Q345R，选用焊丝为H08Mn2SiA，焊条选用E5015（J507）型低氢碱性焊条。
五、关于环境，由于小直径筒体设备，占地小。自重轻，所以宜在车间内施焊，这样可以保证焊接质量，如果在室外时，需要采取一定的防护措施，包括防风、防雨、焊口防锈等。
下面举例说明小直径筒体焊接的过程。
一、焊前准备；选择直径为450mm壁厚为8mm的Q345R筒体进行2个不同的焊接工艺实验对比，（有垫板和无垫板）
1：坡口形式及加工 对于8mm厚的钢卷制的筒体与封头焊接时；常用的坡口形式有两种I形和Y形；I型坡口仅适用不非熔透焊接常压容器或盛瓶，机械坡口加工[如下图所示]
2：组装定位 定位焊缝长度25~30mm 间距不大于150mm
3：焊前清理 坡口清理 打磨 焊丝用无水乙醇或丙酮去油垢
4：采用氩—电联焊。
二、焊接材料；根据接头与母材等强度原则GTAW用焊丝H08Mn2SiA和纯度为99.99%以上的氩气； SMAW用低氢型碱性焊条E5015[J507]使用前进行350~400度烘陪，保温时间不少于1h。焊条要存放在保温筒内，要随用随取！
1.垫板；材质为Q345R 厚度6mm 宽度30mm
2.焊接设备：用符合要求的电焊机。一般宜用BX型电焊机。
3.焊接参数及焊接顺序：（见下表）
方案一：焊缝背面带垫板，采用钨极氩弧焊封焊板两侧 焊条电弧焊填充 (SMAW)及盖面的焊接工艺
注：氩弧焊氩气流量：8～10L|Min 型式如下：
焊后进行100%RT探伤，Ⅱ级以上为合格，一次探伤合格率达100%；未发现未焊透，表面气孔等缺陷；探伤结果满足相关要求。
方案二：焊缝背面不带垫板，采用手工钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充，最后用细丝埋弧焊的焊接工艺。
焊后进行100%RT探傷，Ⅱ级以上为合格，一次探伤合格率达100%；未发现未焊透，表面气孔等缺陷；探伤结果满足相关要求。
结果分析
1：在上述工艺实验分析中；均采用的是氩—电联焊，当进行很好的层间处理后。未出现未焊透的现象。
2：对于带垫板的焊缝，必须用手工钨极氩弧焊对垫板两侧进行封焊然后用焊条电弧焊进行填充，否者熔敷金属流入垫板与内壁之间，造成探伤结果不合格。因为焊缝带垫板，垫板在于筒体内壁装配时有的部位间隙较大，焊接时熔敷金属很容易流入垫板与内壁之间。
3：对于不带垫板的焊缝，采用传统的焊接工艺，GTAW打底 SMAW填充盖面，这样能保证焊接质量的，但需要注意的是，在用SMAW填充过程中，一定要进行层间处理！否则，一旦在填充层出现焊接缺陷，则处理起来很麻烦和费力。氩—电联焊的关键就在于填充层。要做好层间打磨、层间焊道的清理工作。
小直径筒体焊接---机械自动焊：
机械自动焊接：是机械化大生产的需要，也是生产力发展的趋势。近十几年来，我国在焊接装备制造业技术水平有了长足进步，焊接装备的成套性、自动化程度、制造精度和质量都有了明显提高，各种焊接设备的应用范围正逐步扩大，小直径钢筒体就是一种适合专机焊接的典型结构件。这种钢筒体内侧焊缝手工施焊非常困难，甚至无法手工焊接，焊缝质量很难保证，且效率低、劳动强度大。因此，使用专机焊接是最理想的焊接方法，在此以一种小直径钢筒体的专机焊接应用技术作以下介绍。
1 小直径筒体自动焊接机
1.1 设备简介
焊接专机主要用于筒体内、外纵缝的自动焊接，主要结构由焊接操作机和电动机调滚轮架组成；操作机主要由立柱（包括提升机构、防坠落保险装置及配重部件）、横梁（包括齿条及横梁驱动部件）、机头等部件组成，电动机调滚轮架由一组手动机调主动滚轮架、一组手动机调从动滚轮架和底座组成。
1.2 设备特点
本焊接专机具有以下几个特点：
焊接质量高、焊接速度快、线能量小、工件变形小；
生产率高、人工消耗少、操作简单；
分埋弧自动焊接和气体保护焊接，能节约焊材。
2 焊接工艺
2.1 坡口尺寸
焊接坡口的几何形状、尺寸和制备方法会直接影响到Q345R焊接接头的质量，焊縫的根部缺口往往是各种裂纹的起源地。本文所述的小钢筒，当板厚小于10mm时, 对接纵缝可采用单面V型坡口；当板厚大于10mm时，可采用双面坡口，制备方式为机械加工坡口。钝边高度、组对间隙、焊接参数之间须保持良好的匹配，匹配不当可导致在焊接时出现穿丝现象，或不能将钝边完全熔合, 容易产生钝边未熔现象。坡口形状示意图如图3所示，其中：δ表示板厚, α表示坡口角度，b表示根部间隙，p表示钝边高度。推荐坡口尺寸：α= 45°~ 60°，b=0~2mm，p=0 ~5mm。
2.2 工艺参数
Q345R钢焊接参数包括能量参数、温度参数和操作参数三部分。能量参数是指焊接电流、电弧（焊接）电压和焊接速度；温度参数则包括预热温度、层间温度和后热温度；操作参数主要由焊接位置、焊接顺序、焊接方向和焊道层次等参数组成。在这些参数中，能量参数和温度参数对接头的质量和性能起决定性的作用。对本文所述的小直径钢筒体而言，属于容器钢且材料为中厚板，能量参数对其焊接接头起主导作用。
下面举例说明小直径筒体焊接工件过程：
小直径钢筒体工件规格：直径=400 mm，壁厚=14mm，长度=1500mm，材料为Q345R。坡口制备：α=50°，b=0mm，p =2mm。焊接方法：富氩气体保护焊，焊丝型号：H08M2SiA，焊丝直径：φ1.2mm, 焊枪行走角：90°。焊缝余高控制在1mm以下。
各焊接工艺参数见附表。
3 焊前准备及焊接
3.1 焊前准备
为了保证小钢筒的焊接质量，降低故障率，正确使用焊接专机，增加设备寿命，必须做好焊前准备工作，主要有以下几点：
3.1.1 检查零件坡口尺寸是否符合要求；将坡口内、外壁50 mm范围内的铁锈、油污、水分等清理干净。
3.1.2 检查保护气体是否合格，气体量是否足够，各电路、气路是否正常。
3.1.3 焊接电流、电压等焊接工艺参数是否符合要求。
3.1.4 检查焊接专机“急停”开关是否复位。
3.1.5 按工艺要求调整好焊接速度，送上动力电，按下“启动”按钮调整机头位置，使焊枪移到与焊缝合适的位置。手动运行一次校核焊接速度是否可靠。
3.1.6 检查各部分的数据是否输入正确，将手控盒上的“手动/联动”开关扳到 “联动”位置，保证各部分处于同步运行状态。
3.2 焊接
完成以上焊前准备各步骤后，按下“焊启/焊停”按钮，即可进行焊接。使用焊接专机后，焊缝一次性成形，焊缝成形美观，质量可靠。
3.3焊接过程控制：在焊接过程中，需要专业焊工严格控制焊接质量，如电焊的电流、电压、速度、保护气体量或焊剂量。
3.4在焊接过程中，如果是埋弧焊，要过一段时间清理药皮，查看缺陷及接头质量，注意层间清理。
3.5在起弧、收弧过程中，要用引弧板。
结束语：小直径筒体的焊接，无论是手工焊接还是自动焊接，都是要达到相关的强制性标准的，比如《瓶规》、《固容规》（GB150）。所以，对于小直径筒体的焊接，从建立质保体系到实施焊接，都有一个完善的质量监督过程。小直径筒体的焊接，对于施工企业来说，能体现出施工方的技术、质量、管理的水平。
参考文献：《焊接技术》---冯福详、何振平：《非机加坡口小直径筒体环境缝焊接》2008.4
关键词： 小直径筒体焊接 工艺
中图分类号： TG439 文献标识码： A 文章编号：
正文： 所谓非机加工小直径筒体，在国家标准规范里，并没有明确其直径范围是多少，一般以卷板机能卷制最小直径。有的筒体直径不大于500mm，坡口采用半自动火焰或是手工火焰切割；然后打磨至露出金属光泽，手工电弧焊焊接；也有的小直径碳素钢、低合金钢和奥氏体不锈钢筒体，一般指内径φ≤600mm，筒体壁厚δ≥3mm，长度L ≤1500mm。坡口以机械加工坡口为主，一般都是小型的压力容器。如气瓶、立式反应罐等。压力容器对焊接要求严格得多，小直径筒体焊接还包括了一些人能进去但不能施焊的压力容器，比如：600--700mm锅炉汽包，人仅能进去检验、但不能处理焊道、不能焊接。像这样的小直径筒体，可以参照GB150《固容规》去焊接。
小直径筒体焊接有如下几个特点：
仅能单面焊接；
焊缝必须为全熔透焊缝！在电焊工考试中有一个比较严格的项目，就是关于管道焊接或者针对于小直径筒体焊接的，叫做“背透”。所谓的“背透”，就是单面焊接，双面成形。
施焊不能过流、焊接工艺要求极为苛刻。
对坡口要求高、返修难度大，严格的焊道甚至不允许返修。
小直径筒体焊接方法有两种：一是手工焊接、一是自动焊接，下面我们就逐一介绍这两种方法的焊接工艺。我们将从人、机、料、法、环等五个方面阐述：
一、焊接工艺方法：
1焊接坡口加工：在实际生产中坡口机加工小直径筒体与封头环焊缝焊接较容易；为保证焊接的质量，坡口尽量采用机械加工坡口，这样可以减少坡口处的氧化层，得于焊接和清理，如果采用碳弧气刨加工坡口，必须清除渗碳层，而且需要用角磨砂轮机进行打磨。坡口有设计要求的，一定遵照设计要求施工，没有设计要求的，要参照相关规范与标准施工。
2.常用的焊接工艺方法：手工钨极氩弧焊(GTAW)打底，焊条电弧焊(SMAW)填充、盖面。即氩—电联焊。对于非机加工坡口来说由于坡口角度偏差大，表面可能有凹凸不平，致使筒体与封头、筒体与筒体间装配后间隙大小不一致，经常造成手工钨极氩弧焊未焊透或是带垫板的焊缝熔敷金属流入垫板与筒体内壁之间，致使焊缝的射线探伤不合格。 所以在筒体在氩—电联焊时，要采用机械加工坡口。
3.焊道布置方法：A：环缝带垫板焊接；封焊垫板两侧；B：环焊缝背透。
二、施焊有关人员：
1.焊接工程师应根据NB/T47014（JB/T4708）《承压设备焊接工艺评定》的要求编制《焊接工艺指导书》，指导施焊人员的操作，建立特种作业人员管理体系、《焊接操作规程》等。
2.由于小直径筒体焊接的要求很高，对施工焊的有关人员要求也特别的高，其一就是铆工下料、坡口对接、筒体校直、封头检查等，都需要一个有要验、有水平的铆工；其二就是对施焊人员要求也高，施焊人员在操作前，要做以下工作：
A：图纸及工艺交底；
B：焊工考试：尤其是考施焊范围内的平口、纵缝、横缝等；
C：焊接试件的检查：也是对施焊焊工的检查，包括力学性能检验，UT、RT检验等。
三、机具：机具的准备分两个方面，一个是坡口加工，需要小型车床，一个是焊接机具，即电焊机，电焊机的选用只要能满足氩弧焊接所需要的电流、电压及稳定性就可以了。UT、RT所用的仪器等
四、材料：焊接材料宜根据筒体材料确定，如筒体材料为20钢、Q235B钢，则在氩—电联焊时，选用焊丝为H08Mn2Si,电焊条选用E4315型（J427）；如果筒体材料为Q345R，选用焊丝为H08Mn2SiA，焊条选用E5015（J507）型低氢碱性焊条。
五、关于环境，由于小直径筒体设备，占地小。自重轻，所以宜在车间内施焊，这样可以保证焊接质量，如果在室外时，需要采取一定的防护措施，包括防风、防雨、焊口防锈等。
下面举例说明小直径筒体焊接的过程。
一、焊前准备；选择直径为450mm壁厚为8mm的Q345R筒体进行2个不同的焊接工艺实验对比，（有垫板和无垫板）
1：坡口形式及加工 对于8mm厚的钢卷制的筒体与封头焊接时；常用的坡口形式有两种I形和Y形；I型坡口仅适用不非熔透焊接常压容器或盛瓶，机械坡口加工[如下图所示]
2：组装定位 定位焊缝长度25~30mm 间距不大于150mm
3：焊前清理 坡口清理 打磨 焊丝用无水乙醇或丙酮去油垢
4：采用氩—电联焊。
二、焊接材料；根据接头与母材等强度原则GTAW用焊丝H08Mn2SiA和纯度为99.99%以上的氩气； SMAW用低氢型碱性焊条E5015[J507]使用前进行350~400度烘陪，保温时间不少于1h。焊条要存放在保温筒内，要随用随取！
1.垫板；材质为Q345R 厚度6mm 宽度30mm
2.焊接设备：用符合要求的电焊机。一般宜用BX型电焊机。
3.焊接参数及焊接顺序：（见下表）
方案一：焊缝背面带垫板，采用钨极氩弧焊封焊板两侧 焊条电弧焊填充 (SMAW)及盖面的焊接工艺
注：氩弧焊氩气流量：8～10L|Min 型式如下：
焊后进行100%RT探伤，Ⅱ级以上为合格，一次探伤合格率达100%；未发现未焊透，表面气孔等缺陷；探伤结果满足相关要求。
方案二：焊缝背面不带垫板，采用手工钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充，最后用细丝埋弧焊的焊接工艺。
焊后进行100%RT探傷，Ⅱ级以上为合格，一次探伤合格率达100%；未发现未焊透，表面气孔等缺陷；探伤结果满足相关要求。
结果分析
1：在上述工艺实验分析中；均采用的是氩—电联焊，当进行很好的层间处理后。未出现未焊透的现象。
2：对于带垫板的焊缝，必须用手工钨极氩弧焊对垫板两侧进行封焊然后用焊条电弧焊进行填充，否者熔敷金属流入垫板与内壁之间，造成探伤结果不合格。因为焊缝带垫板，垫板在于筒体内壁装配时有的部位间隙较大，焊接时熔敷金属很容易流入垫板与内壁之间。
3：对于不带垫板的焊缝，采用传统的焊接工艺，GTAW打底 SMAW填充盖面，这样能保证焊接质量的，但需要注意的是，在用SMAW填充过程中，一定要进行层间处理！否则，一旦在填充层出现焊接缺陷，则处理起来很麻烦和费力。氩—电联焊的关键就在于填充层。要做好层间打磨、层间焊道的清理工作。
小直径筒体焊接---机械自动焊：
机械自动焊接：是机械化大生产的需要，也是生产力发展的趋势。近十几年来，我国在焊接装备制造业技术水平有了长足进步，焊接装备的成套性、自动化程度、制造精度和质量都有了明显提高，各种焊接设备的应用范围正逐步扩大，小直径钢筒体就是一种适合专机焊接的典型结构件。这种钢筒体内侧焊缝手工施焊非常困难，甚至无法手工焊接，焊缝质量很难保证，且效率低、劳动强度大。因此，使用专机焊接是最理想的焊接方法，在此以一种小直径钢筒体的专机焊接应用技术作以下介绍。
1 小直径筒体自动焊接机
1.1 设备简介
焊接专机主要用于筒体内、外纵缝的自动焊接，主要结构由焊接操作机和电动机调滚轮架组成；操作机主要由立柱（包括提升机构、防坠落保险装置及配重部件）、横梁（包括齿条及横梁驱动部件）、机头等部件组成，电动机调滚轮架由一组手动机调主动滚轮架、一组手动机调从动滚轮架和底座组成。
1.2 设备特点
本焊接专机具有以下几个特点：
焊接质量高、焊接速度快、线能量小、工件变形小；
生产率高、人工消耗少、操作简单；
分埋弧自动焊接和气体保护焊接，能节约焊材。
2 焊接工艺
2.1 坡口尺寸
焊接坡口的几何形状、尺寸和制备方法会直接影响到Q345R焊接接头的质量，焊縫的根部缺口往往是各种裂纹的起源地。本文所述的小钢筒，当板厚小于10mm时, 对接纵缝可采用单面V型坡口；当板厚大于10mm时，可采用双面坡口，制备方式为机械加工坡口。钝边高度、组对间隙、焊接参数之间须保持良好的匹配，匹配不当可导致在焊接时出现穿丝现象，或不能将钝边完全熔合, 容易产生钝边未熔现象。坡口形状示意图如图3所示，其中：δ表示板厚, α表示坡口角度，b表示根部间隙，p表示钝边高度。推荐坡口尺寸：α= 45°~ 60°，b=0~2mm，p=0 ~5mm。
2.2 工艺参数
Q345R钢焊接参数包括能量参数、温度参数和操作参数三部分。能量参数是指焊接电流、电弧（焊接）电压和焊接速度；温度参数则包括预热温度、层间温度和后热温度；操作参数主要由焊接位置、焊接顺序、焊接方向和焊道层次等参数组成。在这些参数中，能量参数和温度参数对接头的质量和性能起决定性的作用。对本文所述的小直径钢筒体而言，属于容器钢且材料为中厚板，能量参数对其焊接接头起主导作用。
下面举例说明小直径筒体焊接工件过程：
小直径钢筒体工件规格：直径=400 mm，壁厚=14mm，长度=1500mm，材料为Q345R。坡口制备：α=50°，b=0mm，p =2mm。焊接方法：富氩气体保护焊，焊丝型号：H08M2SiA，焊丝直径：φ1.2mm, 焊枪行走角：90°。焊缝余高控制在1mm以下。
各焊接工艺参数见附表。
3 焊前准备及焊接
3.1 焊前准备
为了保证小钢筒的焊接质量，降低故障率，正确使用焊接专机，增加设备寿命，必须做好焊前准备工作，主要有以下几点：
3.1.1 检查零件坡口尺寸是否符合要求；将坡口内、外壁50 mm范围内的铁锈、油污、水分等清理干净。
3.1.2 检查保护气体是否合格，气体量是否足够，各电路、气路是否正常。
3.1.3 焊接电流、电压等焊接工艺参数是否符合要求。
3.1.4 检查焊接专机“急停”开关是否复位。
3.1.5 按工艺要求调整好焊接速度，送上动力电，按下“启动”按钮调整机头位置，使焊枪移到与焊缝合适的位置。手动运行一次校核焊接速度是否可靠。
3.1.6 检查各部分的数据是否输入正确，将手控盒上的“手动/联动”开关扳到 “联动”位置，保证各部分处于同步运行状态。
3.2 焊接
完成以上焊前准备各步骤后，按下“焊启/焊停”按钮，即可进行焊接。使用焊接专机后，焊缝一次性成形，焊缝成形美观，质量可靠。
3.3焊接过程控制：在焊接过程中，需要专业焊工严格控制焊接质量，如电焊的电流、电压、速度、保护气体量或焊剂量。
3.4在焊接过程中，如果是埋弧焊，要过一段时间清理药皮，查看缺陷及接头质量，注意层间清理。
3.5在起弧、收弧过程中，要用引弧板。
结束语：小直径筒体的焊接，无论是手工焊接还是自动焊接，都是要达到相关的强制性标准的，比如《瓶规》、《固容规》（GB150）。所以，对于小直径筒体的焊接，从建立质保体系到实施焊接，都有一个完善的质量监督过程。小直径筒体的焊接，对于施工企业来说，能体现出施工方的技术、质量、管理的水平。
参考文献：《焊接技术》---冯福详、何振平：《非机加坡口小直径筒体环境缝焊接》2008.4