鋼以及焊接工藝在當前鍋爐與管道中的應用要求

摘 要：現(xiàn)在環(huán)境保護成了各行各業(yè)的主流思想，人們?yōu)榱私档湍芎囊约敖档蛯Νh(huán)境的污染程度，最大程度的采取一切措施。在管道以及鍋爐領域環(huán)保理念也越來越深入人心，這也是為了適應時代要求。文章通過對相關的事例以及數(shù)據(jù)進行分析，針對國內外在鍋爐和管道在選材和焊接的工藝兩方面進行了分析，以對新形勢新要求進行了闡釋。

關鍵詞：選材；鍋爐；管道；要求

1 用鋼方面的新要求

1.1 趨勢

用鋼的主要領域在壓力容器以及鍋爐和管道，其中鍋爐在用鋼上的發(fā)展速度最快。尤其是近十年間，由于能源危機的影響，作為火力發(fā)電的主要燃料——煤炭的供應越來越緊張，因此能耗的降低不僅僅是我國的需要，在世界范圍內都成為了主流思想。而能耗的高低則是和鍋爐的燃燒效率有關。鍋爐的效率每高出五個百分比，可以減少15%的燃料消耗，而影響鍋爐效率的主要因素就是運行參數(shù)，主要有蒸汽的溫度以及壓力。目前在世界上熱效率最高的鍋爐達到了50%。

并且，需要強調的是，鍋爐的效率提高有利于大氣的保護，這主要是效率的提高會對煤煙的排放產生影響，主要表現(xiàn)在硫化物以及二氧化碳的排放量的下降。因此，從保護大氣的角度考慮，提高工作參數(shù)的設計，在特超臨界的鍋爐生產中也是一種必然的發(fā)展方向。

蒸汽參數(shù)提高會影響的是鍋爐的內部壓力，而受壓的部件則是直接受到作用的。其因此，在臨街以及特超臨界的工作狀態(tài)下，鍋爐內部的主要部件，像是過熱器、再熱器以及膜式水冷壁、蒸汽的主管道以及出口集箱在溫度上都已經達到了鋼材發(fā)生蠕變的范圍。這些部件所使用的鋼材，在所設計的規(guī)定溫度中除了要有足夠強的蠕變性之外，還應當具有抗氧化以及耐腐蝕和成型以及焊接性。

從鍋爐主要部件用鋼的發(fā)展階段來看，即便是工作溫度相對較底的水冷壁部件，也必須采用鉻含量大于2%的Cr-Mo鋼或多組元的CrMoVTiB鋼。按現(xiàn)行的鍋爐制造規(guī)程，這類低合金鋼，當管壁厚度超過規(guī)定的界限時，焊后必須進行熱處理。由于膜式水冷壁的外形尺寸相當大，工件長度一般超過30m，焊后熱處理不僅延長了生產周期，而且大大提高了制造成本。

在特超臨界的蒸氣參數(shù)下，當蒸氣溫度達到700℃，蒸氣壓力超過370bar時，水冷壁的壁溫可能超過600℃。在這種條件下，必須采用9%Cr或12%Cr馬氏體耐熱鋼。

對于鍋爐過熱器和再熱器高溫部件，在超臨界和特超臨界蒸汽參數(shù)下，其工作溫度范圍為560～650℃。在低溫段通常采用9～12%Cr鋼，從高溫耐蝕性角度考慮，最好選用12%Cr鋼。在600℃以上的高溫段，則必須采用奧氏體鉻鎳高合金耐熱鋼。根據(jù)近期的研究成果，對于高溫段過熱器和再熱器管件，為保證足夠高的高溫耐蝕性和抗氧化性，應當選用鉻含量大于20%的奧氏體鋼，例如25Cr-20NiNbN（HR3C），23Cr-18NiCuWNbN（SAVE25），22Cr-15NiNbN（Tempaloy A-3），和20Cr-25NiMoNbTi（NF709）等。

在相當高的蒸汽參數(shù)下（375bar/700℃）下，在過熱器出口段，由于奧氏體鋼蠕變強度不足，不能滿足要求，而必須采用鎳基合金，如Alloy617。

現(xiàn)代奧氏體耐熱鋼與傳統(tǒng)的奧氏體耐熱鋼相比，其最大特點是含有多組元的碳化物強化元素，從而在很大程度上提高了鋼材的蠕變強度。

對于超臨界鍋爐機組的高壓出口集箱和主蒸汽管道等厚壁部件主要采用改進型的9-12%Cr馬氏體鉻鋼。

9～12%馬氏體鉻鋼的發(fā)展規(guī)律與前述的奧氏體耐熱鋼相似，即從最原始的Cr-Mo二元合金向多組元合金演變，其主攻方向是盡可能提高鋼材的高溫蠕變強度，減薄厚壁部件的壁厚，以簡化制造工藝和降低制造成本。上述鋼種由于嚴格控制了碳、硫、磷含量，焊接性明顯改善。在國外超臨界和特臨界鍋爐已逐步推廣應用，取得了可觀的經濟效益。

1.2 管道用鋼的趨勢

管道用鋼的發(fā)展在很多方面與前述的鍋爐用鋼相似。實際上很多鋼種和鋼號都是相同的，其中只有輸氣管線用鋼可以認為是獨立的分支。近10年來，輸送管線的工作應力已從40bar提高到100bar，甚至更高。最近臺灣省建造了一座1600MW抽水蓄能電站，其壓水管道采用了X100型（屈服強度690Mpa）高強度鋼。

目前在世界范圍內，輸送管線中采用的最高強度級別的鋼種為X80型，相當于我國標準鋼號L555，其最低屈服強度為555Mpa.國外已計劃將X100型高強度鋼用于輸送管線。

鑒于管線的焊接都在野外作業(yè)，要求鋼材具有良好的焊接性，因此管線用鋼多采用低碳，低硫磷的微合金鋼，并經熱力學處理。

2 鍋爐和管道對焊接工藝的新要求

2.1 國內的焊接工藝

大型的火電站的鍋爐大多都是使用了扁鋼加之光管相互焊接作為水冷壁的管屏。此部件在外形以及尺寸吭是和鍋爐容量成正比的。若是鍋爐的容量為600MW那么其水冷壁的管屏上的拼接縫在長度上就會超過萬米。因此高校的焊接工藝是十分必要的。上個世紀的九十年代前，在焊接鍋爐中大多采用的是多頭的埋弧自動焊接技術。但是實踐中就會發(fā)現(xiàn)埋弧焊是有著缺陷的，這種缺陷越來越無法適應鍋爐高質量的焊接要求，埋弧焊是單面焊接的技術，在焊接時不可避免的會令管屏出現(xiàn)變形，管屏的長度越是長這種扭曲變形的量就越大，還需要另外進行校正，這種校正是十分費工的。這樣又再次加高了成本，而且在周期上也延長了。優(yōu)質焊接工藝以及方法的需要的呼聲越來越強烈。

2.2 國際焊接工藝

在1988年，日本就研發(fā)出了更為適應管屏焊接的新技術，這是由三菱重工開發(fā)的針對冷水壁管屏的自動焊接方式——雙面脈沖式的MAG法，并且這種方式應用于生產也非常的成功。這種方式在日本被叫做MPM法，之所以說其適應就是因為這種方式克服了老式的焊接方式的單面焊接的缺陷，采用了多焊頭分別從正反兩面進行焊接的方式，這樣一來焊縫由于從正反兩面進行，因此就會在變形量上相互抵消。焊接完成后基本上不會出現(xiàn)變形扭曲，不但在經濟效益上節(jié)省了成本，同時也是重大的一項技術上的突破。

2.3 MAG在我國的應用

日本三菱的MAG自動焊接工藝最早引入我國是哈爾濱鍋爐廠進行引入的，這項技術以及裝備在鍋爐的焊接中發(fā)揮了重要的作用，成功的應用到了鍋爐的膜式管屏的焊接中。并逐漸的開始在全國的鍋爐制造中進行了應用和推廣，到目前為止，我國MPM的焊接生產線已經有十多條開始應用MAG技術并投運正常。這種方式的焊接主要的核心內容就是保證正面和反面的焊縫質量都需要進行保障，焊縫的熔深是其中的關鍵點，除此之外，還有形狀以及尺寸。因此就需要對仰焊進行特殊的工藝處理，利用富氬混合氣體進行的脈沖電弧焊。焊接的電源在整個系統(tǒng)中產生穩(wěn)定性很高的脈沖，送絲就會在管屏的全長焊接中進行穩(wěn)定噴射過渡。因此在配備上電源以及送絲機的要求就較高。設備在焊接中的性能呢個越高，那么焊接出來的性能以及質量就越高，管屏焊接縫的合格率就會越穩(wěn)定越高。

3 結束語

鍋爐以及管道會應用于很多的領域，諸如能源領域，水力、火力、風力以及核能發(fā)電領域，輸油輸氣、石油化工領域，食品加工、飲料、飲水處理領域，藥品制造領域等等，并且為了適應環(huán)境要求同時對能耗進行相應的降低，因此對于鍋爐以及管道無論是在選擇材料還會焊接的工藝選擇上的要求都愈發(fā)的嚴格。因此焊接工作者在近年來不斷的在這一領域進行探索研究，以期尋找到最佳的方案。并且，在不斷的總結和進步中，很多關鍵的技術點已經取得了突破，并很快的成功應用于時間中，創(chuàng)造了更多的經濟效益。除了自行研發(fā)之外，我國還不斷的汲取國際上先進的一些經驗和技術，更加為我國的重工業(yè)技術發(fā)展提供了有力的基礎以及支持。