立式鍋爐下腳圈與鍋殼的連接焊縫質量控制

楊　君　秦光輝　陸　文　向旭東

（樂山市特種設備監督檢驗所）

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立式鍋爐下腳圈與鍋殼的連接焊縫質量控制

楊君*秦光輝陸文向旭東

（樂山市特種設備監督檢驗所）

摘要結合生產實踐，從全面質量控制的角度深入分析了影響鍋爐下腳圈與鍋殼連接焊縫質量的主要因素，并提出了合理可行的控制措施。

關鍵詞立式鍋爐鍋殼下腳圈焊縫氬弧焊焊接質量

*楊君，男，1983年生，工程碩士，工程師。樂山市，614000。

0　前言

近幾年的特種設備事故統計分析顯示，小型立式鍋爐惡性爆炸事故占鍋爐爆炸事故的比重較大，而立式鍋爐的爆破點多發生在下腳圈與鍋殼的連接焊縫處。該焊縫是立式鍋爐的最后一道封閉焊焊縫。為確保其焊接質量，滿足鍋爐結構的使用性能與安全性能要求，降低該部位的事故概率，《鍋爐安全技術監察規程》（以下簡稱《鍋規》）中4.3.3.2款規定，立式鍋殼鍋爐下腳圈與鍋殼的連接焊縫應當采用氬弧焊打底[1]。在《鍋規》實施過程中，發現氬弧焊打底時出現的缺陷較多。本文通過對立式鍋爐下腳圈與鍋殼的連接焊縫焊接質量控制的探討，結合生產實踐，分析了影響焊接質量的因素，提出了監督管理、工藝改進等方面的綜合建議，從而可避免或減少焊接缺陷的產生，有效控制和提高焊接質量，消除或減少焊縫在使用中的安全隱患。

1缺陷與原因分析

立式鍋爐下腳圈與鍋殼的連接焊縫采用氬弧焊打底時常產生下述幾種缺陷類型：有未焊透、根部未熔合、根部咬邊、根部焊瘤、焊縫余高超標、內凹和夾鎢等，部分缺陷類型示例詳見圖1。產生上述焊接缺陷的原因主要有工藝參數、裝配質量、工裝設備、焊工操作等幾個方面，換言之，就是“人、機、料、法、環”幾個方面。

2下腳圈與鍋殼的連接焊縫氬弧焊打底質量要求

2.1外觀質量

按照《鍋規》4.5.1條要求，受壓元件焊接接頭的焊縫外形尺寸應符合設計圖樣和工藝文件的要求，對接焊縫高度不低于母材表面，焊縫與母材表面平滑過渡，焊縫和熱影響區表面無裂紋、夾渣、弧坑和氣孔，鍋筒（鍋殼）、爐膽的縱（環）焊縫無咬邊。

圖1　幾種焊接缺陷類型

2.2無損檢測

按照《鍋規》4.5.4.4款要求，鍋爐受壓部件焊接接頭的射線檢測技術等級不低于AB級，焊接接頭質量等級不低于Ⅱ級，即不得有裂紋、未焊透、未熔合及超標的條形、圓形缺陷。立式鍋殼鍋爐按《鍋規》劃分為C級鍋爐，其射線檢測比例為至少20％。

3下腳圈與鍋殼的連接焊縫氬弧焊打底質量控制

3.1控制措施

要使氬弧焊打底焊質量得到有效控制，主要應從“人、機、料、法、環”五個方面進行控制。具體地，對于下腳圈與鍋殼的連接焊縫，主要控制坡口加工尺寸、定位裝配尺寸、焊接工藝參數與被焊工件的適宜性、無損檢測、焊工工藝紀律的遵守等幾個方面。

3.2質量控制

3.2.1坡口加工尺寸及定位裝配尺寸

（1）坡口加工尺寸中，鈍邊高度和坡口間隙直接影響到氬弧焊打底焊焊接質量。鈍邊高度過高，將增加焊透及根部熔合的難度；在焊接電流較大或焊速較慢的情況下，無鈍邊會導致焊縫背部燒穿或產生焊瘤。坡口間隙過寬，將增加施焊難度，焊縫背部易燒穿，還會造成焊縫寬度過寬或形成圖5所示的缺陷。

（2）定位裝配尺寸控制是執行工藝文件的關鍵環節。立式鍋爐下腳圈與鍋殼的連接焊縫屬于環向焊縫，因鍋爐參數不同，其長度、裝配參數也不同，裝配不當將直接導致坡口間隙不滿足工藝要求。例如，焊縫坡口間隙部分過寬、部分過窄，會導致氬弧焊打底焊接的質量不達標。

（3）要結合坡口尺寸、定位裝配尺寸對打底焊焊接質量的影響，從提高打底焊焊接質量和焊接效率、降低施焊難度的角度考慮問題。在適當的焊接參數下，鈍邊宜控制在1±1 mm，坡口組對間隙宜控制在2±1 mm。定位裝配時定位焊的定位間距控制，宜進行45°～60°定位焊一次，以防止施焊后坡口間隙不均勻性變化過大。

3.2.2焊接工藝參數與被焊工件的適宜性

（1）重要焊接工藝參數的控制。立式鍋爐鍋殼、下腳圈采用的材料，一般為Q235B、Q245R等易焊材料。對于不同的板厚，其焊接電流、焊接電壓、焊接速度等參數的選擇可參照焊接手冊及焊接經驗，并通過焊接工藝評定來確定。立式鍋爐鍋殼與下腳圈的連接焊縫屬于最后一道封閉焊，應在確保焊透的同時減少余高超標、焊縫過寬、焊瘤、內凹等外觀缺陷，防止打底焊縫出現嚴重不連續，形成嚴重的應力集中，可在焊接工藝評定報告參數的基礎上適當提高焊接電流10％～15％。焊接速度過快或過慢會造成未焊透、未熔合、燒穿、余高超標等缺陷，且坡口尺寸、組對間隙在實際制造過程中存在不規則情況，焊接速度不宜按理論速度施焊，宜參照工藝參數的理論數據并結合焊接過程中坡口實際尺寸的變化調節焊接速度。鍋爐內部空間較大，為保障焊縫背部氬氣保護效果，宜根據焊接電流、焊接速度的大小控制氬氣流量為10～15 L/min[2]。鎢極一般選擇鈰鎢。為了控制焊縫背部余高，應考慮控制焊縫熔深，鎢極端部錐角角度宜控制在15°～30°之間。

（2）焊接位置的控制。在制造過程中可以選擇多種焊接位置，一般有平焊、橫焊、立向上焊三種。由于筒體較大，采取平焊在實際操作過程中存在不便。立向上焊常出現焊瘤，主要原因是熔敷金屬在重力作用下下墜形成焊瘤（見圖4）。橫焊受到操作位置限制，必需將工件提升到一定高度，焊工工作條件較其余操作位差。從打底焊焊縫背部成型情況及射線底片質量的統計分析可知，橫焊位置打底焊焊接質量較其余兩種焊接位置更優。橫焊位置因鍋殼自身重力因素使得坡口間隙在焊接過程中較易控制，進而大大降低了坡口尺寸對焊接質量的影響，焊縫金屬受重力因素對焊縫背部成型的影響也有效減少[3]。因此，在合理的焊接規范和生產條件允許的情況下，宜采用橫焊位置。

3.2.3無損檢測

立式鍋爐鍋殼與下腳圈的連接焊縫屬于縱向焊縫，按《鍋規》要求應進行射線無損檢測，無損檢測質量直接影響焊縫缺陷的檢出。按鍋爐型號不同焊縫分別存在0～10 mm的厚度差。鍋殼與下腳圈之間的連接焊縫受位置限制不能采用單壁單影。影響底片靈敏度的主要因素有對比度、不清晰度、顆粒度[4]。焊縫厚度差、外觀質量對射線照相對比度影響較大。焊縫余高過高會造成射線底片中心黑度低。厚度差大會造成焊縫兩側黑度差較大，一般射線照相中采用適當提高管電壓來解決厚度差較大造成的底片靈敏度不足。鍋殼與下腳圈的連接焊縫因其結構因素，必須采用雙壁單影檢測，這樣就增加了射線射穿厚度，增加了管電壓，降低了射線底片質量。因此，受多方面因素影響，鍋殼與下腳圈的連接焊縫底片靈敏度不足。靈敏度不足就造成焊縫缺陷檢出率降低，并且影響底片評定，甚至容易造成未熔合、未焊透、咬邊等危險缺陷的漏評。控制無損檢測質量，是從檢測角度控制和提高焊接質量的有效方式。鍋殼與下腳圈的連接焊縫在射線檢測中應該選擇合適的透照角度、焦距和管電壓，以提高射線底片質量，提高缺陷檢出率。反之，控制打底焊焊縫余高及外觀缺陷，可提高焊縫中心底片黑度，降低射線底片評定時對缺陷的漏評率、錯評率。

3.2.4焊工工藝紀律的遵守

人的因素是焊接質量控制的重要環節，合理可行的工藝文件、先進可靠的設備、良好的施焊環境等都受到人的因素影響。焊工是焊接質量的第一關系人，焊工的操作水平、執行工藝的力度、對被焊工件全過程焊接的理解、工作習慣等都將對焊接質量造成或多或少的影響。鍋爐屬于特種設備，特種設備焊工需要具有相應的項目資格。換言之，鍋爐的焊工均為培訓合格、具備基本焊接技術知識的焊工。因此，選擇能夠遵守工藝紀律、操作水平較高的焊工焊接鍋殼與下腳圈的連接焊縫，對于提高和改善該焊縫焊接質量具有重要的意義。

4結語

立式鍋爐鍋殼與下腳圈連接焊縫的焊接質量，對鍋爐結構的使用性能與安全性能意義重大。本文對主要影響該連接焊縫氬弧焊打底焊接質量的因素進行了深入分析，采取了合理可行的措施。這樣，就可減少焊接缺陷率，改善焊接質量，提高設備制造經濟性，確保鍋爐的安全性。

參考文獻

[1]國家質量技術監督檢驗檢疫總局.鍋爐安全技術監察規程[M].北京:新華出版社，2012.

[2]方文鵬，杜曉偉，陳勇.鎢極氬弧焊工藝參數的選擇和焊縫缺陷的預防[J].電焊機，2013，36（6）：13-16.

[3]王進，李莉.電站鍋爐膜式壁管排氬弧焊打底的焊接手法及缺陷控制[J].金屬加工（熱加工），2013，24: 45-47.

[4]強天鵬.射線檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

Quality Control of Connection Weld between Foot Ring and Pot Shell in Vertical Boiler

Yang Jun Qing Guanghui Lu Wen Xiang Xudong

Abstract：In consideration of the production practice,the main factors affecting the quality of the connection weld between the foot ring and the pot shell in the boiler are analyzed from the perspective of the comprehensive quality control.Thus,the reasonable and feasible control measures are obtained.

Key words：Vertical boiler; Pot shell; Foot ring; Weld; Gas tungsten arc welding; Welding quality

收稿日期：（2015-07-20）

中圖分類號TG 441

DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.04.016