淺談鍋爐壓力容器焊接技術

杜濤

摘 要：近些年，我國鍋爐等壓力容器的焊接技術發展很迅速。由于鍋爐等壓力容器尺寸的變化和服役條件的改變，焊接技術需要更多的改進，不僅需要采取適當的焊接方法、焊接材料、焊接設備和焊接工藝，確保焊接接頭的性能，還需要遵守高效率和低能耗的原則。在壓力容器焊接的研究工作中，焊接科研者遇到了很多技術問題。這就需要科研者通過不斷地努力，突破技術性障礙，應用到實際生產中，獲得一定的經濟效益，發展鍋爐壓力容器的焊接技術。文章系統分析了鍋爐壓力容器的焊接特點、焊接方法、焊接材料和焊接工藝。

關鍵詞：壓力容器；焊接技術；焊接工藝

中圖分類號：TG409 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）08-0014-01

鍋爐壓力容器的制造步驟較多，可以分為選取原材料、檢驗、劃線、初割、清理、機械加工、焊接、無損檢測、熱處理、壓力檢測和防銹等。鍋爐壓力容器的制作水平可以反應一個國家的工業化進程，還與百姓的生活和社會經濟建設息息相關。目前，我國鍋爐壓力容器制造企業在焊接技術上逐漸取得了進步，焊接設備也在繼續更新換代。焊接質量的好壞可以直接決定壓力容器的使用壽命，因此必須保證壓力容器的高質量，減少因壓力或氣溫變化產生的不好影響。

1 鍋爐壓力容器的焊接特點

不同于其它類型的壓力容器，鍋爐的使用服役條件為高溫、高壓，因此鍋爐壓力容器焊接的特點比較特別，具體有以下幾點：

①低合金高強鋼中含有較多C、Mn、V、Nb等元素，這些元素會導致鋼的硬度大，再經過焊接后，產生淬硬效果。當鋼的服役條件是剛性很大時，就會產生冷裂紋，且裂紋的發展較慢，給壓力容器的使用埋下危險。同時，焊接時焊接接頭熱影響區受高溫的影響，鋼中的C、Nb、Cr、Mo等元素會留在奧氏體里，焊后冷卻很快，這些元素無法及時析出。而在焊后熱處理的時候，這些元素易彌散的形式析出，使晶粒內部的強度升高，晶界處的應力較小，相對呈松弛狀態，也就易產生變形，導致焊接接頭的產生沿晶開裂。然后，如果焊接線能量小，熱影響區會因馬氏體而出現裂紋；焊接線能量大，熱影響區的晶粒尺寸會很大，塑性降低。此外，焊接接頭熱影響區還會出現軟化區域，這將直接降低鍋爐壓力容器的使用安全和壽命。

②鍋爐壓力容器的尺寸較大，壁厚也較大，無論在焊件的預熱、微觀組織獲得和焊縫觀察上，都給焊接技術帶來較大的挑戰，焊接技術需要向自動化、智能化、簡單化的方向發展。

2 鍋爐壓力容器的焊接方法

中國鍋爐壓力容器的焊接技術和焊接方法一直在不斷的進步，可以根據具體的焊接位置和母材的不同，選取不同的焊接方法，鍋爐壓力容器的焊接方法主要有四種：手工電弧焊、埋弧自動焊、氣體保護電弧和電渣焊，簡要分析幾種焊接方法。

手工電弧焊是最常見的焊接方法，基本原理是是利用電弧產生的高溫使焊接部位熔化，這種方法單純依靠手工操作，雖然靈活性較大，但對工人技術的要求很高，工作效率不高。

如果焊接面的很大，還需要熱處理時，可以采用電渣焊。電渣焊是一種較特殊的方法，由于鍋爐壓力容器的體型巨大，通常呈圓球形，重量很大，只能使用這種方法處理較大焊接面。

氧乙炔焰氣焊的熱源較復雜，熱度不夠，只可以焊接韌性較高的鋼，無法應用在焊接接頭的焊接上。

當焊接工藝評價完成后，才可以選取適當的焊接方法，制定相應的焊接工藝參數。

3 鍋爐壓力容器的焊接材料

鍋爐壓力容器常采用耐熱鋼焊接材料，有以下幾個注意事項：

①首先，選擇耐熱鋼焊接材料時，焊縫金屬的強度指標需要和母材保持一直，也就是等強焊接。不僅需要保證焊縫金屬和母材在常溫狀態下強度一直，還要保證在高溫狀態下焊縫的強度不低于母材的標準值。

②焊接材料中的C含量對焊縫金屬的影響較大，應保證焊材C含量低于母材的C含量，避免焊縫金屬產生裂紋。但C含量不能過小，在焊后熱處理使，產生的鐵素體，會降低焊接接頭的韌性。一般焊縫金屬的C含量保持在0.08%～0.12%之間最好，不僅可以使焊縫金屬沖擊韌性較高，還能保證與母材的等強。

③焊縫金屬中Cr、Mo等元素的含量要高于母材中的含量，這是保證焊縫金屬和母材等強的基礎。

④確保對焊縫金屬中O、Si、P、Sn、Se、Sb等元素的嚴格控制，這是為了保證焊縫金屬和母材回火脆性的一致。

4 鍋爐壓力容器的焊接工藝

4.1 底層焊

底層焊通常采用氫弧焊的方法，從上到下，以點焊方式開始。為了確保底層焊縫的均勻性，減小裂紋產生的可能，底層焊的檢查也是必要的。

4.2 中層焊

在中層焊進行前，需要先清理和檢查已焊焊縫。如果需要重新施焊，要保證焊縫接頭和底層焊縫接頭錯開的距離至少要在10 mm以上。中層焊選擇直徑為3.2的焊條，中層焊縫的厚度至少是焊條直徑的8～12倍，選擇直線型的運條方式。

4.3 表層焊

表層焊采用焊條的直徑需參考焊縫已焊厚度。每根焊條的起弧位置與收弧位置均要與中層焊縫接頭錯開，要保證表層焊縫的表面完整性以及壓力容器的圓滑過渡。

4.4 焊后熱處理

焊后熱處理是必要的步驟，可以消除焊接的殘余應力，防止冷裂紋的產生，優化焊接接頭的力學性能。一般焊后熱處理可分為后熱處理、消除應力后的焊后熱處理和改善焊接接頭性能的焊后熱處理，可根據不同的要求采用適合的熱處理方法。

4.5 無損檢測

當鍋爐壓力容器焊接工作全部完成后，需要對焊縫進行必要的無損檢測，包括焊縫表面的無損檢測和焊縫內部的無損檢測，檢測時需參考相關的質量規定和要求。

5 結 語

我國鍋爐壓力容器生產技術水平還有很大的提升空間，和世界先進技術間有較大差異，相關的焊接技術、焊接材料和焊接設備的研發都在研究和發展中。所以，為了使我國鍋爐壓力容器的制造技術有突飛猛進的發展，首先，國家和企業需要加大對鍋爐壓力容器焊接研發的投入，培養科研工作者的技術水平。其次，可以開展和國外高技術水平企業的深入合作，引進高端技術，進行技術的融和。再次，發展自己的先進焊接技術，例如自動焊接、智能焊接和新型焊接材料的研制，提高我國焊接技術的核心競爭力，徹底擺脫對國外焊接技術的依靠。

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