大型鍋爐異種金屬焊接的缺陷問題

王玉亮

摘要：焊接過程中，異種金屬包含諸多的優點，其結構性能較高，也可降低焊接成本，促進經濟效益的全面提升，加強企業在市場中的競爭力。然而，焊接異種金屬設計一定的局限性，交界面裂縫的現象較為常見，在一定程度上影響了焊接效果。對此，本文主要對大型鍋爐異種金屬焊接過程中出現的缺陷問題進行探究，并提出防控措施。

關鍵詞：大型鍋爐;異種金屬;焊接;缺陷

現代社會中，科學技術日益發展，工業化發展進程中往往引入現代技術來提高機械設備效率及運行效果，尤其是針對耐高溫、耐磨等設備更應注重自身技術發展，以此來滿足生產活動需要。在此背景下，傳統單一金屬焊接已經無法迎合生產所需，異種金屬焊接備受關注。在實際焊接中，異種金屬積極發揮著不同金屬構件優勢性能，促使金屬結構具有高性能，且還能夠降低設備成本投入，獲取最大化的經濟效益。然而，在具體焊接方面，異種金屬涉及局限性，不只是異種金屬自身特性的原因，如比熱容、化學成分、物理構造差異較大，而且還焊接面處理的不當，特別是焊接交界面中金屬裂縫的情況較為常見。為了能夠有效避免這些局限性，人們往往嘗試采用鎳合金焊絲來避免這一缺陷。

1大型鍋爐異種金屬焊接的缺陷問題

1.1奧氏體鋼熔焊缺陷

根據大量實踐證實，奧氏體鋼焊絲屬于十分常見的一類質量問題，根據統計數據得知，鍋爐異種金屬的焊接缺陷的主要原因是過熱器，很多再熱器和過熱器中發現了焊縫缺陷，有的焊縫缺陷竟然出現于再熱器中[1]。分析原因在于，過熱器、再熱器管材材質均選擇了T22，焊接缺陷則是因T22管材材質所導致的。基于實際操作得知，奧氏體鋼熔焊的焊縫缺陷運行時間超過 31000h時，其缺陷啟動次數高達45次，整個機組產生缺陷是在機組啟動201次后。同時，啟動次數最少的機組，缺陷出現的時間大約在47000h后。

1.2鎳基熔焊缺陷

鎳基因素也會引起機組產生裂縫的情況[2]。據金相相關檢驗結果顯示，鎳基焊接鐵元素體的過程中，鐵元素會出現諸多的裂紋，時間范圍通常在60000h，形成裂縫的平均時間約100000h，并且再熱器以及過熱器等，均會產生此缺陷，有的甚至會出現在吸熱段和非吸熱管子中。

1.3鐵素體熔焊

鍋爐異種金屬鐵素體焊接時，鐵元素體被頻繁利用，雖然這一操作較為常見，但會對異種金屬焊接質量造成影響。因此，操作時需重點檢驗焊接交接處是否存在裂縫，其中最有效的檢驗方法則是確保鍋爐管材的吸熱管運行至少2萬h，通過不斷地驗證查看是否存在裂縫，把材料更換為T22，同時鐵素體熔焊后鍋爐管材吸熱管運行至少8萬h，在這一情況下便產生了裂縫[3]。

1.4壓力焊缺陷

鍋爐異種金屬的焊接時候，前晶界面是壓力焊裂縫出現的關鍵性因素。相關研究[4]指出，T22材料運營不低于50000h，且切動次數最少為280 次時便產生了壓力焊縫。全面分析得知，在這一過程中壓力焊縫缺陷出現的幾率較低，所需條件十分嚴格。

1.5電阻焊缺陷

相關研究結果表明，異種金屬焊接涉及到的焊縫性能存在較大差異。受焊縫結構復雜的影響，在應變、材料特性及運行工況等方面并不是完全固定的。針對鐵素體而言，極易出現缺陷的原因在于鐵素體鋼管和奧氏體鋼管在熱膨脹系數上的差異竟然高達25%—30%。然而這并不能完全證明有的焊接出現缺陷時間早或相似焊縫使用壽命長。當然，導致異種金屬焊接裂紋還存在碳元素的移動和外加的負荷兩個因素。

1.5.1碳元素的移動

碳元素移動，指的是處在焊縫交接面中的鐵素體鋼碳元素，向異種焊接金屬進行擴散的過程。對于此過程而言，過熱器需要符合相應的操作溫度，此點有利于對不銹鋼焊絲焊接過熱器的選擇，如果選擇運用鎳基焊絲焊接的過熱器，那么通常在幾年之后才會產生碳元素移動的狀況。

1.5.2外界負荷

外界負荷也可引起異種金屬焊接出現裂縫的情況，通過觀察出現缺陷的例子得知，裂縫分布范圍是彎管的四周，則是180° 圓弧之內，這充分證實了是彎曲變形所造成的[5]。

2 異種金屬焊接裂紋應對措施

通過以上分析，異種金屬焊接過程中會出現各種裂縫，可從如下幾點進行有效避免：（1）針對異種金屬焊接所出現的焊縫，可采取加厚與固定雙重保障措施，但是不得強力組配或敲打焊縫;（2）對兩種材質的特點及性能進行全面分析與了解，基于焊接屬性選取恰當的焊接工藝。例如，不銹鋼與熱強鋼焊接時，應對兩種不同材質的熱膨脹系數進行全面了解，對于散熱加快的一邊可適當地延長電弧停留時間;（3）在金屬焊接操作時，最好采用具有引弧裝備的設施，不僅可有效降低淬硬，還可避免夾鎢的出現。

結語：大型鍋爐異種金屬的焊接存在各種問題，我們應結合實際情況不斷創新技術，以此來廣泛推廣與運用金屬焊接技術。同時，采取科學合理的異種金屬焊接方式方法，并在做好各項前期準備及預防工作，有效預防焊接出現誤差的情況，而且還能夠確保產品質量。將來，隨著工業技術的日益成熟，異種金屬焊接所產生的問題也會得以解決，在確保產品品質的基礎上獲取最大化的經濟效益。

參考文獻

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[3]李克儉，張宇，蔡志鵬.異種金屬焊接接頭在熱—力耦合作用下的斷裂位置轉移機理[J].金屬學報，2020，56（11）：1463-1473.

[4]孫永鐸，包陳，蘆麗莉，王愷晴，王理，邱紹宇.321/690異種金屬焊接接頭的斷裂韌度研究[J].核動力工程，2020，41（S1）：153-158.

[5]孫洋，蒲紅旭.異種金屬焊接問題及焊接工藝探討[J].世界有色金屬，2020，11（10）：204-205.