鍋爐壓力容器焊接方法及焊接工藝分析

崔金剛 張恒

摘要：我國農(nóng)業(yè)大國向工業(yè)大國的轉(zhuǎn)變中，鍋爐作為重要的熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)中極為常用。因?yàn)殄仩t壓力容器在投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)需要面臨高溫高壓的環(huán)境，所以對焊接技術(shù)有較高的要求。因?yàn)楹讣牟馁|(zhì)、使用性能、結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行環(huán)境不同，所以采用的焊接方法也不相同，但是最終目的都是為了保證鍋爐壓力容器能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文就此展開分析。

關(guān)鍵詞：鍋爐壓力容器;焊接方法;焊接工藝;質(zhì)量

焊接技術(shù)作為一項(xiàng)成本低廉、容易操作而且性能可靠的粘接技術(shù)，在鍋爐壓力容器制造、安裝以及修復(fù)過程中廣泛使用。尤其是在鍋爐壓力容器逐漸向大型化方向發(fā)展的背景下，很多零部件需要運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后再進(jìn)行焊接組裝。而鍋爐壓力容器使用的材料由于化學(xué)成分和物理性能不同，在焊接的過程中需要經(jīng)歷迅速加熱和冷卻的過程，容易對焊縫以及施焊區(qū)內(nèi)的母材在組織和性能上產(chǎn)生影響，如果焊接方法和焊接工藝出現(xiàn)偏差，將會直接影響到鍋爐壓力容器使用的安全性。為了提高焊接質(zhì)量，在開展焊接施工前，需要詳細(xì)了解焊件的化學(xué)成分和物理性能，明確施焊對象的結(jié)構(gòu)特征以及使用性質(zhì)，經(jīng)過全面認(rèn)真的分析最終制定出合理的焊接施工方案，采用適宜的焊接方法和焊接工藝，減少焊接質(zhì)量缺陷，確保鍋爐壓力容器能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1鍋爐壓力容器焊接方法

1.1手工電弧焊

手工電弧焊的歷史較早，也是最為常見的焊接方法，但是受到焊條長度的限制，只能應(yīng)用于焊縫較短的焊接施工中。其應(yīng)用原理主要是利用電弧產(chǎn)生的高溫在焊條和焊件之間形成焊接熔池，經(jīng)過自然冷卻即完成焊接。在焊接的過程中，金屬棒上熔化的藥皮會產(chǎn)生熔渣和氣體，將周圍空氣隔離開從而起到保護(hù)焊接熔池的目的。手工電弧焊適用于多種焊接材料，操作比較簡單，只需要手工操縱焊條即可完成焊接，原理比較簡單，但是焊縫的質(zhì)量不易控制，對焊接操作人員的技術(shù)要求較高。在焊接技術(shù)水平不斷提升的背景下，手工電弧焊在焊接施工中應(yīng)用的越來越少。

1.2埋弧焊

埋弧焊是指電弧在焊劑層下燃燒的一種焊接方法，在鍋爐壓力容器焊接中應(yīng)用比較廣泛，比如在拼板焊縫、筒節(jié)焊縫以及筒節(jié)間環(huán)縫焊縫中使用埋弧焊的效果較好。因?yàn)殡娀∈窃诤竸酉氯紵?，會受到焊劑和熔渣的保護(hù)作用，所以基本不會產(chǎn)生輻射的熱量和弧光，既能夠提高熱效率，又能夠減少對人體的輻射。因?yàn)槁窕『笧闄C(jī)械化焊接，所以焊接效率較高，適用于大批量的焊接施工，尤其對于長度和厚度都較大的直線或者大直徑的環(huán)縫焊接都比較適用于埋弧焊。在焊劑和熔渣對焊接熔池的保護(hù)下，焊縫金屬的雜質(zhì)較少，所以焊縫質(zhì)量較高。但是埋弧焊也有一定的缺點(diǎn)，在焊接之前焊件的準(zhǔn)備工作會耗費(fèi)較長的時(shí)間，而受到焊劑保護(hù)的影響，焊接過程中操作者無法觀察到焊縫和熔池的形成過程，會對焊接質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。埋弧焊比較適用于水平位置或者傾斜度較低的焊縫中，使用范圍受到一定的限制。由于使用機(jī)械進(jìn)行焊接，所以相對于手工焊而言缺乏一定的靈活性。

1.3氬弧焊

氬弧焊是利用氬氣作為保護(hù)氣體的焊接技術(shù)，其主要原理是在高電流的作用下使焊材在施焊點(diǎn)上熔化形成液態(tài)的熔池，在高溫的作用下，輸送出的氬氣會將空氣中的氧氣與焊材隔離，以防止焊材氧化，在鋼制壓力容器焊接中比較適用。因?yàn)闅寤『钢须娏鞯拿芏容^大，熱量比較集中，所以焊接速度快，焊接效果高。在氬弧焊中，受到氬氣的保護(hù)作用，可以減少空氣中其他氣體對電弧和熔池的影響，可以獲得較高質(zhì)量的焊接接頭。氬弧焊的操作比較簡單，幾乎適用于所有金屬，可以對焊件進(jìn)行全位置焊接，且焊接時(shí)操作者可以觀察電弧狀態(tài)。因?yàn)闅寤『笩o需溶劑和涂藥層，所以可進(jìn)行機(jī)械化和自動化操作，大大提高焊接效率。氬弧焊不適用于精密鑄件缺陷的修補(bǔ)中，因?yàn)闊嵊绊憛^(qū)域大，所以焊接后焊接接頭質(zhì)量會有所下降。氬弧焊在焊接時(shí)會產(chǎn)生強(qiáng)光、紫外線、臭氧等物質(zhì)，對施焊人員的身體損傷較大。

1.4其他焊接方法

在實(shí)際焊接施工中，應(yīng)該根據(jù)焊件的材質(zhì)、性能、結(jié)構(gòu)、位置等要素，選擇適宜的焊接方法。比較常見的焊接方法還有鎢極氣體保護(hù)電弧焊、電渣焊、等離子弧焊、激光復(fù)合焊等。隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，還會出現(xiàn)各種先進(jìn)的焊接方法，為提高鍋爐壓力容器的焊接質(zhì)量創(chuàng)造有利條件。

2鍋爐壓力容器的焊接工藝

不同的焊接方法所使用的焊接工藝也不相同，隨著焊接方法的多樣化發(fā)展，焊接工藝也不斷的更新，主要的焊接工藝有如下幾種。

2.1底層焊

底層焊一般會采用氬弧焊，在鍋爐的水冷壁、過熱器、省煤器焊接中比較常用。采用自上而下的焊接順序進(jìn)行點(diǎn)焊的方式，可以保證焊縫的均勻性。在焊接前應(yīng)對氬弧底部進(jìn)行測試，保證氬氣的純潔性。做好施焊區(qū)的防護(hù)工作，避免自然風(fēng)影響到焊接質(zhì)量。在焊接過程中，可能會因?yàn)椴僮魇д`而影響到焊縫內(nèi)部的均勻性，所以在焊接完成后，應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)要求對底部焊縫進(jìn)行檢查，避免出現(xiàn)裂縫。

2.2中層焊

在底層焊完成后，在施焊區(qū)可能會有殘留的雜質(zhì)，所以在中層焊焊接之前，應(yīng)該對施焊區(qū)進(jìn)行清理，并進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)底層焊存在質(zhì)量問題要及時(shí)解決。實(shí)施中層焊的焊接接頭要與底層焊的焊接接頭錯(cuò)開10mm以上，適宜選擇直徑為3.2mm的焊條，這樣焊縫的厚度可以達(dá)到焊條直徑的8～12倍。

2.3表層焊

因?yàn)楸韺雍纲|(zhì)量直接關(guān)系到壓力容器表面的美觀性以及平整度，所以對焊接技術(shù)有較高的要求。在選擇焊條時(shí)應(yīng)該根據(jù)焊縫的已焊厚度來考慮，焊接過程中，需要控制好起弧和收弧的位置，要與中層焊的焊接接頭錯(cuò)開，以保證焊接表面的平整度。在表層焊完成后，要檢查焊縫表面是否有裂縫、熔渣等焊接質(zhì)量缺陷，同時(shí)用鋼絲刷清潔焊縫表面，并做好保溫和防腐處理。

2.4焊后熱處理

焊后熱處理是焊接工藝中重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)楹缚p和施焊區(qū)域內(nèi)的工件在短時(shí)內(nèi)受到加熱和冷卻的作用，會對其組織和性能產(chǎn)生不良影響。為了消除焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，防止冷裂紋的產(chǎn)生，在焊接完成后，應(yīng)該根據(jù)焊件大小、結(jié)構(gòu)以及性能采取適宜的熱處理方法，提高焊縫質(zhì)量，避免鍋爐壓力容器在使用中發(fā)生爆炸事故，提高鍋爐壓力容器的安全性，延長使用壽命。

2.5無損檢查

在所有焊接工作完成后，為了確保鍋爐壓力容器的焊接質(zhì)量，要對其進(jìn)行無損檢查。采用適宜的方法和儀器對容器表面以及焊縫內(nèi)部進(jìn)行無損檢查，在檢查過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范參數(shù)操作。通過無損檢查，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊縫表面以及焊縫內(nèi)部存在的質(zhì)量缺陷，便于及時(shí)修復(fù)，提高鍋爐壓力容器使用的安全性。

3結(jié)語

因?yàn)殄仩t壓力容器在使用過程中會面臨高溫高壓、腐蝕、爆管等危害，所以對密封性和耐腐蝕性有較高的要求。焊接是將兩種或者兩種以上相同或者不同的材料通過加熱或者加壓的方式連接成一體的工藝過程。而在焊接過程中以及焊接完成后，焊接接頭的質(zhì)量會直接影響到鍋爐的整體質(zhì)量。為了保證鍋爐壓力容器的焊接質(zhì)量，需要選擇適宜的焊接方法和焊接工藝，確保焊接接頭在強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性方面都能夠滿足鍋爐運(yùn)行時(shí)的技術(shù)要求。隨著我國焊接技術(shù)水平的不斷提升，不斷出現(xiàn)新的焊接材料、焊接設(shè)備、焊接方法和焊接工藝，為促進(jìn)我國工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

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