鍋爐異種金屬焊接的缺陷問題探討

邵 慧

（錦西工業(yè)學(xué)校，遼寧 葫蘆島 125000）

1 鍋爐異種金屬焊接工藝的問題和缺陷

通過文獻(xiàn)調(diào)查能夠看出，現(xiàn)階段，鍋爐一種焊機(jī)在應(yīng)用的過程中具有一定的缺陷和問題，其主要表現(xiàn)如下。

首先，異種金屬指的是兩種性質(zhì)不同的金屬產(chǎn)品，其中的差異性較大，例如化學(xué)成分、熱導(dǎo)率、比熱容、物理結(jié)構(gòu)因子等等，其中存在的差異使得鍋爐異種金屬焊接工作難度不斷增加。為了保證焊接過程中兩種金屬能出現(xiàn)相同或者相近的化學(xué)反應(yīng)，需要在焊接的過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)。其次，異種金屬在焊接接口處的處理方式直接影響最終的焊接效果，尤其是兩種差異性較大的金屬焊接焦點(diǎn)及有可能產(chǎn)生麻面、裂縫等不良現(xiàn)象，不僅會影響后續(xù)的使用，而且一旦調(diào)整失誤會造成大量原材料的浪費(fèi)，提升了生產(chǎn)加工的成本。

1.1 奧氏體鋼熔焊缺陷

根據(jù)文獻(xiàn)研究能夠看出，鍋爐異種金屬焊接處理加工的過程中，奧氏體鋼焊絲焊接過程中呈現(xiàn)出的缺陷比重較多。根據(jù)實(shí)際的數(shù)據(jù)分析，能夠看出奧氏體鋼焊絲焊接在過熱器中的局限性較大。大多數(shù)鍋爐異種金屬焊接需要通過散熱器和過熱器分別加工才能夠成型，而過熱器與再熱器構(gòu)造均采用T22鋼絲作為主要材料，因此在發(fā)生異種金屬的焊接過程中所出現(xiàn)的局限性以及問題也是這一方面的原因造成的。鍋爐異種金屬焊接過程中對焊接的具體時間焊接次數(shù)以及不同材料投入的順序能夠看出以上因素一旦出現(xiàn)變化，則會影響最后的焊接結(jié)果。并且焊接出現(xiàn)故障的原因與鍋爐啟動方式也有一定的關(guān)聯(lián)性。奧氏體鋼熔焊在使用過程中，出現(xiàn)焊縫的時間需要鍋爐不間斷運(yùn)行，超過30000小時之后才能夠逐漸顯現(xiàn)出來，而啟動過程一旦出現(xiàn)問題，則焊縫則問是缺陷會在啟動與關(guān)閉超過50次之后逐漸顯現(xiàn)。在整個過程當(dāng)中最短的出現(xiàn)時間為機(jī)組啟動200次以后出現(xiàn)了相應(yīng)的缺陷問題；啟動次數(shù)最少的機(jī)組出現(xiàn)缺陷的運(yùn)行時間為45000小時。

1.2 鎳基熔焊缺陷

就現(xiàn)階段鍋爐一種金屬材料焊接工作而言，也存在由于鎳基而產(chǎn)生金屬裂縫的缺陷問題。同時通過嚴(yán)格的金相檢測得知，鐵元素周邊倘若有鎳基熔焊那么則會形成較大一些的裂縫，這種現(xiàn)象的缺陷問題產(chǎn)生并不受到使用環(huán)境、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)等方面的影響。與此同時，專家和學(xué)者在研究中詳細(xì)記錄了鍋爐的運(yùn)行情況，并且分析了數(shù)據(jù)變化。鍋爐異種金屬焊接之后出現(xiàn)裂縫的使用時間約為80000小時，裂縫明顯呈現(xiàn)且直接影響使用的時間為100000小時。鎳基熔焊所產(chǎn)生缺陷問題的關(guān)鍵因素是再熱器與過熱器的影響，并且吸熱管道也存在相同的缺陷問題。

1.3 鐵素體熔焊缺陷

在對鍋爐異種金屬鐵素體進(jìn)行焊接施工的過程中，鐵元素體得到了充分的利用，即便是這種操作方式在制造加工業(yè)中十分常見，但是不能忽視其中存在的問題和局限。鑒于此，在鍋爐異種金屬焊接的過程中需要對焊接處進(jìn)行全方位檢查，判斷其是否出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，或是存在裂縫隱患。而經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，最科學(xué)有效的方式就是將鍋爐管材的吸熱管運(yùn)轉(zhuǎn)20000個小時以上，而后對設(shè)備使用的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分析，在重復(fù)論證之后再次觀察其使用階段是否存在裂縫現(xiàn)象。雖然在研究中已經(jīng)將T22替換成為其他材料，然而在鍋爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)到80000小時以上時，裂縫現(xiàn)象也未能夠有效避免。

1.4 壓力焊焊縫缺陷

在將異種金屬焊接到鍋爐的操作中時，晶界面出現(xiàn)裂紋是導(dǎo)致壓力焊焊縫缺陷的主要原因，驗(yàn)證過程為，在操作管材為T22材料時，運(yùn)行52000小時，啟動的次數(shù)達(dá)到273次后，就會有壓力焊縫缺陷的問題出現(xiàn)?？梢?，鍋爐異種金屬焊接工作中，壓力導(dǎo)致的裂縫現(xiàn)象并不是這種制作工藝中常見的，其形成的條件也十分復(fù)雜。

在鍋爐異種金屬材料的焊接階段，之所以會出現(xiàn)壓力焊裂縫的重要因素是前晶界面所引起的。針對這種現(xiàn)象，專家和學(xué)者也開展了相應(yīng)的研究，將T22鋼材作為原材料的鍋爐運(yùn)行時間增加至60000小時，并且將鍋爐設(shè)備的開關(guān)機(jī)次數(shù)增加到300次以上。此時，設(shè)備使用逐漸產(chǎn)生裂縫。根據(jù)綜合層面來看，壓力焊裂縫的問題在鍋爐異種金屬材料焊接的流程中所出現(xiàn)的概率較小一些，因?yàn)槠渌枰臈l件比較嚴(yán)苛。

1.5 電阻焊缺陷

由于鍋爐異種金屬焊接中的焊縫結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其中某一個因素的變化則會影響金屬的性能。其中應(yīng)變、運(yùn)行工況、材料性能這幾個因素都是相對穩(wěn)定的，影響異種金屬焊接性能的主要原因則是焊接的焊縫位置。鐵素體鋼管、奧氏體鋼管在焊接中熱膨脹系數(shù)差異已經(jīng)超過25%。這就導(dǎo)致兩種材料在焊接的過程中難以在同一時間發(fā)生相同的性質(zhì)變化，導(dǎo)致焊接效果不理想。

鍋爐異種金屬焊接工藝出現(xiàn)問題的主要原因是兩種金屬材料的化學(xué)成分物理成分結(jié)構(gòu)屬性等均出現(xiàn)存在一定的差異。當(dāng)兩種不同成分的金屬在焊接之后，極易出現(xiàn)金屬裂縫、麻面等不同程度的缺陷。一旦焊接過程中的步驟、溫度、操作環(huán)節(jié)、設(shè)備控制出現(xiàn)不規(guī)范不合理的現(xiàn)象，或者是焊接的某一項(xiàng)未能夠按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，便會造成溫度和結(jié)構(gòu)上的誤差。焊接點(diǎn)、焊接位置則會通過上述的原因產(chǎn)生不利的影響。一旦焊接的金屬出現(xiàn)異常情況，甚至?xí)苯佑绊懡饘僮陨淼男阅芎筒馁|(zhì)。利用電阻焊接能夠轉(zhuǎn)變金屬材料中鐵元素的體位，而后有效規(guī)避異種金屬焊接出現(xiàn)裂縫的問題。

1.5.1 碳元素的移動

碳元素的移動指的是在異種金屬焊接節(jié)點(diǎn)位置，鐵素體中碳元素不斷擴(kuò)展。的全部過程，碳元素移動的實(shí)現(xiàn)條件指的是。過熱器達(dá)到一定的溫度。引發(fā)了焊絲焊接過熱的現(xiàn)象。

1.5.2 外界負(fù)荷

導(dǎo)致異種金屬焊接出現(xiàn)裂縫的主要原因便是外界負(fù)荷。根據(jù)數(shù)據(jù)分析能夠看出裂紋的分布范圍為管子的四周也就是180°圓弧之內(nèi)，說明了是彎曲變形所致使的。

2 金屬熔焊局限性的防控對策

在上文中，已經(jīng)詳細(xì)論述了鍋爐異種金屬焊接工藝實(shí)施過程中極易出現(xiàn)的問題和事故，經(jīng)過專家研究文獻(xiàn)調(diào)查數(shù)據(jù)整理得出了以下結(jié)論，在金屬焊接過程中，相關(guān)工作人員可以結(jié)合以下要點(diǎn)展開工作。首先，需要遵循的原則之一便是不可以強(qiáng)烈組配。異種金屬焊接也需要選擇相似性較強(qiáng)的金屬。對于焊接過程中接點(diǎn)易出現(xiàn)問題的金屬可以局部進(jìn)行加厚與固定。其次，在異種金屬材料焊接的過程中。避免強(qiáng)力敲打碰撞金屬表面。然后再進(jìn)行異種金屬焊接加工處理不前，工作人員需要詳細(xì)分析不同材質(zhì)金屬的特點(diǎn)，物理性質(zhì)、化學(xué)成分。確保金屬中有兩種或兩種以上的相似特點(diǎn)，才能夠有效規(guī)避金屬焊接后出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象。最后，在開展加工工作之前。需要精準(zhǔn)計(jì)算一種金屬的膨脹系數(shù)，選擇二者膨脹比中最為接近的溫度節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加工。

根據(jù)上文研究的內(nèi)容能夠看出異種金屬焊接存在不同方面的問題和局限性，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)加工行業(yè)的整體運(yùn)行與發(fā)展，為了對其缺陷和問題進(jìn)行有效地調(diào)控，可以從以下幾個方面著手。第一，可以加固和加厚異種金屬焊接的連接點(diǎn)，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的局部問題。與此同時，還應(yīng)當(dāng)規(guī)避強(qiáng)力組配的制作方法，需要保證焊接的兩種金屬在物理和化學(xué)性質(zhì)中具有一定的相似性，才能夠進(jìn)行焊接。其次，在進(jìn)行一種焊接的過程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)分析兩種不同金屬的特點(diǎn)，在確保二者具有較高關(guān)聯(lián)度的基礎(chǔ)上，才能夠進(jìn)行焊接處理。需要注意的一點(diǎn)是對兩種金屬的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，盡量降低異種金屬焊接過程中出現(xiàn)的不良反應(yīng)。

3 鍋爐異種金屬焊接檢驗(yàn)管理工作分析

3.1 檢驗(yàn)光譜

檢驗(yàn)光譜指的是對合金鋼材料中的元素種類、含量進(jìn)行具體分析，這邊是光譜檢驗(yàn)的主要工作。為了降低檢驗(yàn)光譜中存在的問題與失誤，需要在焊接合金鋼材料之前與之后，詳細(xì)檢驗(yàn)光譜。在合金鋼焊接之前，實(shí)施100%的光譜減緩擦，按照合金鋼的不同批次，依次進(jìn)行抽樣檢查。在焊接結(jié)束之后，對受熱面管子的合金鋼縫隙金屬進(jìn)行光譜檢查，其檢查的比重需保持在10%以上。

檢驗(yàn)光譜不僅可以應(yīng)用在焊接材料檢查中，也可應(yīng)用于焊接工作人員工作量檢驗(yàn)中，在每一階段工作結(jié)束之后，需要對工作人員的工作成果進(jìn)行關(guān)撲復(fù)查，避免其中存在的安全隱患和焊接問題惡化影響后續(xù)使用和工作。當(dāng)發(fā)現(xiàn)焊接工人出現(xiàn)焊接材料錯用、焊接質(zhì)量不足的現(xiàn)象，需要對焊接成品進(jìn)行全面復(fù)查，而后對存在隱患和問題的部分全部返工，避免造成后續(xù)使用影響。

3.2 檢驗(yàn)硬度

檢驗(yàn)異種金屬焊接后的熱處理效果、焊接質(zhì)量，需要對其硬度進(jìn)行檢驗(yàn)，這也是判定其質(zhì)量的主要方式。在鍋爐焊接工程中，檢驗(yàn)熱處理之后的合金鋼焊接接頭位置也是當(dāng)下較為常見的內(nèi)容之一。異種金屬焊接接頭熱處理之后，硬度檢驗(yàn)需要遵循以下標(biāo)準(zhǔn)。

首先，需要嚴(yán)格按照國家規(guī)定的焊接標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

其次，異種金屬焊接之后硬度檢查需要保證在熱處理之后進(jìn)行，其中母材布氏硬度數(shù)值保證在100以下。當(dāng)焊接的異種金屬的合金含量在2%以下時，其母材布氏硬度數(shù)值需要低于270。而焊接的異種金屬合金量為3%—10%時，則母材布氏硬度數(shù)值小于300。異種金屬焊接之后接頭經(jīng)過熱處理，在檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其硬度高于規(guī)定值，復(fù)檢中便需要根據(jù)焊接產(chǎn)品的批次加倍實(shí)施，如若在后期檢查中仍及有不合格產(chǎn)品，需要再次對全部產(chǎn)品進(jìn)行分批次檢查。在明確問題出現(xiàn)的主要原因之后，對出現(xiàn)問題的產(chǎn)品進(jìn)行二次處理，利用熱處理方式將不合格的焊接金屬進(jìn)行加工，并再次檢驗(yàn)其質(zhì)量。

3.3 檢驗(yàn)金相

檢驗(yàn)異種金屬焊接接頭位置的主要方向是對焊接接頭分布情況、微觀組織，通過檢查結(jié)果能夠直接判斷出焊接經(jīng)過熱處理的質(zhì)量。在對異種金屬焊接進(jìn)行金相檢查中，對于熱處理、金屬焊接工藝的要求較高，一部分金屬在焊接中經(jīng)常出現(xiàn)未回火馬氏體，或者出現(xiàn)過渡回火索氏體、鐵素體異常組織的現(xiàn)象，在出現(xiàn)以上情況之后，對焊接之后的鍋爐使用壽命也會產(chǎn)生一定的影響，造成鍋爐使用時間縮短的不良現(xiàn)象。鑒于此，對于異種金屬焊接接頭位置的檢驗(yàn)工作十分重要。

異種金屬鍋爐焊接的金相檢驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)存在完全回火的馬氏體，這也是鋼材料焊接之后出現(xiàn)的正?，F(xiàn)象。此時，將金屬焊接之后出現(xiàn)的熱影響排除在外，焊接金屬的母材中會呈現(xiàn)出鮮明的馬氏體板條特征，此時金屬中的鐵元素含量通常情況下在3%以下，視場數(shù)值也應(yīng)當(dāng)保證在10%以下，焊接金屬中的鐵素體含量在熔合區(qū)中占比需要高于10%，以上數(shù)值的具體水平應(yīng)當(dāng)結(jié)合焊接之后的熱處理情況、焊接工藝等，進(jìn)一步判斷金屬熱處理的相關(guān)情況，如若能夠判定其硬度水平過量，或者是回火不足，便需要進(jìn)行二次熱處理。

根據(jù)上文研究的內(nèi)容能夠看出，筆者就當(dāng)下我國鍋爐異種金屬焊接現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)研究，分析其中存在的主要問題和局限性?？芍?，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)水平進(jìn)步，人們對于金屬異種焊接的認(rèn)知程度逐漸加深，雖然異種金屬焊接已經(jīng)取得了良好的成效，且在各個行業(yè)中使用，但是其存在的問題和局限也是不容忽視的。奧氏體鋼熔焊是當(dāng)下異種金屬焊接中的主要方式，也是問題出現(xiàn)的高頻環(huán)節(jié)，需要相關(guān)工作人員不斷深化研究、創(chuàng)新金屬焊接的有效方式，力求能夠取得更加理想的效果，助力我國工業(yè)、制造業(yè)全面發(fā)展。