探究工業(yè)鍋爐壓力容器的焊接技術(shù)

廖東明

（贛州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江西贛州 341000）

0 引言

當(dāng)前工業(yè)化程度不斷加深，鍋爐壓力容器運(yùn)用環(huán)境場(chǎng)地呈現(xiàn)出多元化趨勢(shì)，這就對(duì)焊接技術(shù)運(yùn)用效果提出了新的要求與挑戰(zhàn)。然而，在實(shí)踐運(yùn)用焊接技術(shù)過(guò)程，容易受到溫度環(huán)境、場(chǎng)地條件以及焊接材料等因素影響，未能達(dá)到生產(chǎn)使用預(yù)期。例如鋼材料，因?yàn)椴牧现兴胤植荚趭W氏體中，如果焊接后冷卻速度較快就會(huì)導(dǎo)致元素?zé)o法順利析出，此狀態(tài)下作業(yè)計(jì)劃持續(xù)推進(jìn)，會(huì)對(duì)焊接完成后的工件進(jìn)行熱處理。雖然材料中元素析出會(huì)使晶粒內(nèi)部強(qiáng)度提升，但是元素受晶界應(yīng)力影響較弱，不僅會(huì)提高變形的發(fā)生率，還會(huì)使焊接接頭無(wú)法達(dá)到使用預(yù)期。因此，技術(shù)員應(yīng)對(duì)焊接技術(shù)運(yùn)用局限問(wèn)題及產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，以找出優(yōu)化控制的方向與關(guān)鍵點(diǎn)。

1 研究工業(yè)鍋爐壓力容器焊接技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義

作為工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展建設(shè)的重要組成部分，鍋爐壓力容器決定著行業(yè)的發(fā)展。而焊接成為鍋爐壓力容器生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，其質(zhì)量效果直接影響著壓力容器在工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境的運(yùn)行。但在實(shí)踐過(guò)程中，受市場(chǎng)環(huán)境多元化發(fā)展的影響，并且隨著鍋爐壓力容器的生產(chǎn)工作量增加、性能質(zhì)量需求的提高，增加了焊接技術(shù)運(yùn)用控制的難度。究其原因，與生產(chǎn)技術(shù)、管理人員沒(méi)有充分了解工業(yè)鍋爐壓力容器焊接特點(diǎn)有關(guān)。為滿(mǎn)足行業(yè)快速發(fā)展需求，技術(shù)員應(yīng)對(duì)工業(yè)鍋爐壓力容器焊接特點(diǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從實(shí)踐角度提高焊接技術(shù)運(yùn)用的科學(xué)合理性[1]。這樣，工業(yè)鍋爐壓力容器的焊接技術(shù)就能以高穩(wěn)定、高效率狀態(tài)應(yīng)用于現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

2 工業(yè)鍋爐壓力容器的焊接現(xiàn)狀

在工業(yè)生產(chǎn)制造鍋爐壓力容器的過(guò)程，焊接操作不得不面臨壁厚大、工件尺寸大的問(wèn)題，這就增加了焊縫質(zhì)控與焊接預(yù)測(cè)工作的開(kāi)展難度，焊接技術(shù)效果無(wú)法達(dá)到預(yù)期。對(duì)于工業(yè)鍋爐壓力容器，制造過(guò)程涉及低合金高強(qiáng)鋼，其內(nèi)部包含碳、錳等多種元素，對(duì)這些元素的科學(xué)合理運(yùn)用能夠大幅增加鋼硬度。另外，焊接技術(shù)能夠使材料獲得良好的淬硬效果。在分析鋼特性的過(guò)程中，需綜合其服役條件。如果剛性較大，則會(huì)導(dǎo)致鋼的使用出現(xiàn)不同程度的冷裂紋，進(jìn)而給鍋爐壓力容器的長(zhǎng)期運(yùn)行埋下諸多安全隱患[2]。如果剛性較小，相關(guān)人員需按照實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)實(shí)際鍋爐壓力運(yùn)用效果進(jìn)行評(píng)估，以使其質(zhì)量性能與制造使用要求一致。

此外，如果壓力容器的焊接環(huán)境為高溫，會(huì)直接影響接頭焊接效果。主要原因是，鋼所包含元素分布在奧氏體中，如果焊接后冷卻速度較快則元素將無(wú)法順利析出，在此狀態(tài)下持續(xù)推進(jìn)作業(yè)計(jì)劃，對(duì)焊接完成后的工件進(jìn)行熱處理。材料中元素析出會(huì)提升晶粒內(nèi)部強(qiáng)度，但是元素受晶界應(yīng)力影響較弱，不僅會(huì)提高變形的發(fā)生率，還會(huì)降低焊接接頭質(zhì)量，即沿著晶開(kāi)裂出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。另外，在壓力容器生產(chǎn)制造過(guò)程中，如果焊接線(xiàn)熱量少則會(huì)導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)，如果熱量足就會(huì)增大熱影響區(qū)域的晶粒尺寸、進(jìn)而降低材料塑性。一旦焊接接頭操作的熱影響區(qū)域包含軟化區(qū)，就會(huì)對(duì)鍋爐壓力容器的耐久性造成影響。為此，工業(yè)鍋爐壓力容器生產(chǎn)控制人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)焊接技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以使所處設(shè)備運(yùn)行達(dá)到預(yù)期[3]。

3 關(guān)于工業(yè)鍋爐壓力容器焊接技術(shù)的優(yōu)化控制

3.1 焊接方法質(zhì)控

選用工業(yè)鍋爐壓力容器的焊接方法時(shí)，需綜合母材、焊接部位等因素來(lái)提高技術(shù)運(yùn)用科學(xué)合理性。如焊接選用手工電弧焊，操作需在電弧產(chǎn)生熱量的作用下，熔化處理焊接部位。此方法的靈活性高但作業(yè)效率不佳，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程存在一定局限。如熱處理環(huán)境為較大焊接面積，則應(yīng)優(yōu)先選用電弧焊方法。此條件下，不僅能有效解決較大焊接面的問(wèn)題，還能提高焊接技術(shù)運(yùn)用的可靠性，是保證工業(yè)鍋爐壓力容器實(shí)踐與預(yù)期一致的有效方式。作用于保護(hù)介質(zhì)的電弧焊方法，氣體保護(hù)電弧焊的應(yīng)用價(jià)值明顯，不僅能提高焊接作業(yè)質(zhì)量，還能為實(shí)際操作提供便捷性的條件。可見(jiàn)，焊接技術(shù)需要與工業(yè)鍋爐壓力容器的生產(chǎn)制造環(huán)境充分結(jié)合，以保證技術(shù)控制的適用性[4]。

3.2 焊接材料控制

研究鍋爐壓力容器在焊接材料的控制，需將耐熱鋼作為實(shí)際焊接材料，在使用過(guò)程中應(yīng)按照鍋爐壓力容器焊接的要求對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行控制。焊接金屬的強(qiáng)度要與母材保持一致，這樣在高溫環(huán)境下焊縫強(qiáng)度就會(huì)大于或等于母材標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)而為后續(xù)焊接作業(yè)提供支撐。由于焊接鍋爐壓力容器金屬過(guò)程容易受到碳元素的影響，因此需在保證母材碳含量比焊接材料碳含量大的同時(shí)，對(duì)碳含量進(jìn)行控制，以降低負(fù)面影響。此外，為提高焊接材料使用的有效性，需將焊接材料的碳含量控制在0.08%～0.12%。為達(dá)到目標(biāo)，需保證焊接材料與母材強(qiáng)度一致，以使焊接金屬中碳、錳元素含量超過(guò)母材含量。值得注意的是，焊接材料使用過(guò)程，需保證母材與焊縫金屬的回火脆性保持一致，以提高焊縫金屬中銫、硅以及磷等元素的控制效果[5]。

3.3 焊接工藝優(yōu)化

底層的焊接采用氫弧焊方式，點(diǎn)焊輔助以保證底層焊縫質(zhì)量，最大限度地降低裂紋問(wèn)題（圖1）。

圖1 某煤器管束氫弧焊現(xiàn)場(chǎng)

為保證焊接可靠效果，還需要檢查底層焊，中層焊與表層焊則需在焊接作業(yè)計(jì)劃前對(duì)現(xiàn)有焊縫進(jìn)行預(yù)處理。實(shí)際操作過(guò)程中，需將底層焊縫接頭與中層焊縫接頭錯(cuò)開(kāi)，距離控制在10 mm以上。焊條要遵循可靠性原則來(lái)選擇。在強(qiáng)化中層焊縫厚度同時(shí)，提高直線(xiàn)型運(yùn)條方式的焊接控制效果。處理表層焊過(guò)程中，需檢查表面的完整性并保證焊條起弧位置、收弧位置以及預(yù)先設(shè)置中層焊縫的錯(cuò)開(kāi)狀態(tài)。此外，為消除焊接殘余應(yīng)力，焊接工作完成后需進(jìn)行熱處理、無(wú)損檢測(cè)，以避免冷裂紋、強(qiáng)化焊接接頭性能。

（1）本文所述的熱處理是指消氫、消除應(yīng)力以及提升焊接接頭性能3 種熱處理方法。其中，消氫熱處理過(guò)程需將焊縫加熱到250～350 ℃，經(jīng)保溫來(lái)加快氫逸出，這樣鍋爐壓力容器焊接后就可保持相變溫度，達(dá)到控制焊接接頭性能的目的。

（2）無(wú)損檢測(cè)則是焊接操作的最后工作，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行整體檢查，作業(yè)內(nèi)容包括表面是否存在損傷、焊接內(nèi)部有無(wú)損傷以及焊縫存在裂紋與否等。具體檢測(cè)需按照相關(guān)管理部門(mén)制定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行壽命進(jìn)行估算，最終保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

對(duì)于焊接鍋爐壓力容器過(guò)程中出現(xiàn)的超標(biāo)缺陷，則需通過(guò)返修來(lái)使其達(dá)到質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)。為控制焊接成本，需結(jié)合實(shí)際工藝評(píng)定，來(lái)選擇專(zhuān)業(yè)人員負(fù)責(zé)。如同一部位返修，需將返修次數(shù)控制在兩次以?xún)?nèi)，如超出則需經(jīng)技術(shù)管理人員批準(zhǔn)才可進(jìn)行[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了充分發(fā)揮工業(yè)鍋爐壓力容器焊接技術(shù)的作用，需要從焊接方法質(zhì)控、焊接材料控制以及焊接工藝優(yōu)化3 個(gè)方面入手。只有嚴(yán)格遵循可靠性原則并與現(xiàn)有鍋爐壓力容器設(shè)備所處場(chǎng)地環(huán)境進(jìn)行結(jié)合，才能有效控制焊接質(zhì)量。技術(shù)員應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研結(jié)果應(yīng)用于不同生產(chǎn)環(huán)境的焊接作業(yè)過(guò)程，為鍋爐壓力容器的實(shí)際生產(chǎn)提供重要技術(shù)支撐。