鍋爐燃燒帶抓釘焊接工藝及問題討論

潘顯亮

（國能神福（晉江）熱電有限公司，福建 晉江 362271）

1 引言

鍋爐是工業生產中常用的設備，而其中的燃燒帶是鍋爐的重要部件之一，其質量和可靠性直接影響著鍋爐的使用壽命和安全性。為了確保鍋爐的正常運行，鍋爐燃燒帶的制造過程中需要采用高質量的焊接工藝。然而，在鍋爐燃燒帶的制造中，抓釘焊接工藝是常用的一種焊接方法。雖然該工藝具有一定的優點，如連接牢固、可靠性高等，但也存在一些問題，如焊接質量不穩定、抓釘與基材的連接強度不足、焊接過程中熱影響區大等。這些問題都會對焊接接頭的質量和穩定性產生影響，從而影響鍋爐的使用壽命和安全性。因此，需要對鍋爐燃燒帶抓釘焊接工藝進行深入的研究和探討，以找到解決這些問題的方法和策略，保障鍋爐燃燒帶的制造質量和可靠性。

2 鍋爐燃燒帶抓釘焊接工藝方法概述

2.1 抓釘的種類和作用

抓釘是焊接工藝中的一種輔助材料，通常由金屬材料制成，具有在焊接過程中起到錨定和支撐作用的特點。不同類型的抓釘適用于不同的焊接場景。常見的抓釘類型有：

①直釘型抓釘：在焊接過程中，將直釘型抓釘的一端焊接在工件上，另一端用于固定焊接材料，以減少熱應力和變形。②L 型抓釘：與直釘型抓釘類似，但具有L 形狀，可更好地固定焊接材料。③Y 型抓釘：與直釘型抓釘類似，但具有Y 形狀，可更好地固定多個焊縫。

抓釘的作用在于：穩定焊接過程中的工件，保證焊接的質量，減少熱應力和變形，提高焊接接頭的牢固度和穩定性。

2.2 常見的焊接方法及其特點

常見的焊接方法包括電弧焊、氣焊、氣體保護焊、等離子焊等。不同的焊接方法具有各自的特點和適用場景。

①電弧焊：利用電極與工件之間的電弧放電來加熱和熔化焊接材料，形成焊縫。電弧焊具有成本低、操作簡單等優點，但存在焊接速度慢、氧化和污染問題等缺點。②氣焊：利用氣體燃燒產生的熱量來熔化焊接材料，形成焊縫。氣焊具有溫度易控制、設備簡單等優點，但存在熱影響區大、氧化和污染問題等缺點。③氣體保護焊：在焊接過程中使用惰性氣體（如氬氣）來保護焊接區域，以減少氧化和污染。氣體保護焊具有焊接質量高、氧化和污染少等優點，但設備成本高、操作要求嚴格等缺點。④等離子焊：利用等離子體產生的高能電子來加熱和熔化焊接材料，形成焊縫。等離子焊具有焊接速度快、焊接深度大、熱影響區小等優點，但設備成本高、操作要求嚴格等缺點。

2.3 抓釘焊接工藝流程

抓釘焊接工藝流程一般包括以下步驟：

①工件準備：對需要焊接的工件進行清潔和處理，以去除表面的污垢和氧化物，保證焊接區域的干凈和光滑。同時，根據焊接接頭的形狀和尺寸，選用合適的抓釘類型和數量。②抓釘固定：將選好的抓釘固定在工件上，以減少焊接過程中的變形和熱應力。通常采用鉗子、夾具等工具將抓釘固定在工件上，確保其牢固和穩定。③焊接前準備：根據選用的焊接方法和焊接材料，選擇合適的焊接參數和設備，進行預熱和準備工作。例如，對于氣焊和氣體保護焊，需要預熱和凈化焊接區域；對于電弧焊，需要選擇合適的電極類型和電流強度等參數。④焊接：根據選定的焊接方法和參數，進行焊接操作。在焊接過程中，要注意控制焊接熱源的大小和強度，保持合適的焊接速度和焊接壓力，以確保焊接接頭的質量和穩定性。⑤抓釘去除：焊接完成后，將抓釘去除，通常采用錘子、鉗子等工具將抓釘打掉或者割掉。⑥檢查和測試：對焊接接頭進行全面的檢查和測試，以確認其質量和強度。如檢查焊縫的質量、裂紋和氣孔等缺陷，進行X 射線、超聲波等非破壞性檢測，確保焊接接頭符合要求。

3 鍋爐燃燒帶抓釘焊接問題分析

3.1 焊接質量不穩定

焊接質量不穩定是由多種因素共同作用而導致的。

①焊接參數的選擇不當：不同的焊接參數會對焊接接頭的質量產生重要的影響。例如，焊接電流、電壓、電極直徑、焊接速度等參數的選擇都會影響焊接接頭的熔深、焊縫形貌和焊接質量等因素。如果選擇不當或者操作不當，就會導致焊接接頭的質量不穩定。②操作技能的差異：焊接操作技能的差異也會對焊接接頭的質量產生重要的影響。焊接操作需要熟練的技能和經驗，對焊接材料和設備的了解程度也要較高。如果焊工技能差異較大，就會導致焊接接頭的質量不穩定。③設備的質量：焊接設備的質量也會對焊接接頭的質量產生影響。例如，焊接機器的精度、控制性能、故障率等都會影響焊接接頭的質量。如果設備質量差或者使用不當，就會導致焊接接頭的質量不穩定。④材料的質量：焊接材料的質量也會對焊接接頭的質量產生影響。如果材料質量不良或者不符合焊接要求，就會導致焊接接頭的質量不穩定。⑤焊接環境的影響：焊接環境的溫度、濕度等因素也會對焊接接頭的質量產生影響。如果焊接環境不穩定或者過于潮濕，就會導致焊接接頭的質量不穩定。

3.2 抓釘與基材的連接強度不足

抓釘與基材之間的連接強度不足，通常由以下因素引起：

①抓釘的尺寸和形狀不合適：抓釘的尺寸和形狀需要與基材相匹配，如果抓釘太小或太大，或者形狀不適合，就會導致連接強度不足。在選擇抓釘時，需要根據基材的材質、厚度和焊接方法等因素進行合理選擇。②抓釘的加工質量不高：抓釘的加工質量也會影響連接強度。如果抓釘的表面不平整，存在劃痕、氣孔等缺陷，就會影響其與基材的連接強度。③焊接工藝不合適：焊接工藝的選擇和操作也會影響焊接接頭的連接強度。例如，焊接工藝不合適、焊接速度過快或過慢、焊接溫度過高或過低等因素都會導致抓釘與基材之間的連接強度不足。

3.3 焊接過程中的熱影響區大

焊接過程中的熱影響區大是由多種因素共同作用導致的。

①焊接能量過大：焊接能量過大會導致焊接區域周圍的金屬受到過度加熱，從而形成較大的熱影響區。通常，焊接能量取決于焊接參數和焊接速度等因素。因此，在進行焊接過程中需要控制好焊接參數和焊接速度，以減少熱影響區的大小。②焊接工藝不合適：不同的焊接工藝會產生不同大小的熱影響區。例如，氣焊和電弧焊產生的熱影響區較大，而激光焊和等離子焊產生的熱影響區較小。因此，在選擇焊接工藝時需要綜合考慮熱影響區大小的因素。③焊接材料的導熱性差：某些焊接材料的導熱性差，容易在焊接過程中形成較大的熱影響區。例如，鑄鐵、鎳合金等材料的導熱性相對較差，需要特別注意在焊接過程中控制好焊接參數和焊接速度。④焊接環境不良：焊接環境的溫度、濕度等因素也會影響焊接過程中的熱影響區。如果焊接環境不穩定或者過于潮濕，就會導致焊接過程中的熱影響區變大。

4 鍋爐燃燒帶抓釘焊接工藝的優化措施

4.1 采用先進的焊接技術和設備

在抓釘焊接工藝中，采用先進的焊接技術和設備可以大大提高焊接效率和質量。

①自動化焊接設備：自動化焊接設備可以大大提高焊接效率和質量。例如，采用機器人焊接可以實現高精度和高速度的焊接，同時減少人為操作的誤差和不穩定性。此外，自動化焊接設備還可以通過在線監測焊接過程，及時發現和解決問題，從而確保焊接質量穩定。②光纖激光焊接技術：光纖激光焊接技術是一種先進的焊接技術，可以在較小的焊接區域內實現高質量的焊接。它具有快速、高精度、無熱變形、焊接質量高等優點。在抓釘焊接工藝中，采用光纖激光焊接技術可以實現高效率和高質量的焊接。③數字化焊接控制系統：數字化焊接控制系統可以通過對焊接參數進行精細調整和監測，從而實現焊接質量的穩定性和一致性。在抓釘焊接工藝中，采用數字化焊接控制系統可以實現焊接參數的智能化調整和優化，從而提高焊接效率和質量。

4.2 對焊接工藝進行全面的質量控制與監測

對焊接工藝進行全面的質量控制與監測是確保焊接接頭質量穩定的重要手段。

①無損檢測技術：采用無損檢測技術可以檢測焊接接頭中的缺陷和質量問題。無損檢測技術包括超聲波檢測、射線檢測、磁粉檢測等方法，可以在不破壞焊接接頭的情況下發現缺陷和問題。在焊接接頭完成后，應當進行無損檢測，以確保焊接接頭的質量穩定。②焊接過程質量控制流程：建立焊接過程的質量控制流程可以確保焊接過程中每個環節的質量穩定。例如，建立焊接工藝參數的選擇和調整流程，建立焊接材料和設備的質量控制流程，建立焊接操作人員的培訓和評估流程等。③質量管理體系：建立質量管理體系可以確保焊接接頭的質量和穩定性。例如，建立ISO9001 質量管理體系，進行全面的質量管理和監督，確保焊接接頭的質量符合標準要求。

4.3 加強焊接操作人員的培訓與技能提升

加強焊接操作人員的培訓與技能提升是提高焊接接頭質量和穩定性的重要措施。

①培訓課程：開設焊接培訓課程，包括理論和實踐，涵蓋焊接工藝、焊接材料、焊接設備的使用和維護等方面。同時，也應當向焊接操作人員傳授焊接安全知識，以確保焊接操作的安全性。②實踐培訓：通過實踐培訓來提高焊接操作人員的技能水平。實踐培訓可以包括模擬焊接實驗、實際焊接操作等，從而使焊接操作人員更加熟練掌握焊接技能。③技能評估：對焊接操作人員的技能進行評估，以了解他們的技能水平和技能缺陷。通過評估結果，制定針對性的培訓計劃和提升措施。④技能交流和分享：組織焊接操作人員進行技能交流和分享，以促進技術交流和互相學習。這種方法可以幫助焊接操作人員學習其他焊接工藝的經驗和技巧，從而提高自己的技能水平。

4.4 對焊接工藝進行持續優化，提高焊接效率與質量

對焊接工藝進行持續優化，提高焊接效率與質量是提高焊接接頭質量和穩定性的重要措施。

①優化焊接參數：對焊接參數進行優化和調整，以減少熱影響區和應力集中等問題。例如，可以調整焊接電流、電壓、焊接速度等參數，以獲得更好的焊接質量和穩定性。②采用新的焊接工藝和材料：隨著科技的發展，新的焊接工藝和材料不斷涌現，這些新技術和材料具有更高的效率和更穩定的焊接質量。例如，可以采用激光焊接、摩擦焊接等先進的焊接技術，以提高焊接效率和質量。同時，可以選擇更適合的焊接材料，以提高焊接接頭的強度和穩定性。③焊接工藝監控系統：采用焊接工藝監控系統可以實時監測焊接過程中的各項參數，并對焊接接頭進行質量分析。通過分析監測數據，可以及時發現焊接質量問題，并采取措施加以解決。

5 鍋爐燃燒帶抓釘焊接問題案例

某煤電廠的2 號鍋爐燃燒帶抓釘焊接處出現了問題，導致燃燒帶不穩定，進而影響了整個鍋爐的燃燒效率和安全性能。針對這一問題，進行了現場分析和有限元仿真分析，并制定了有針對性的改善措施。

首先進行了現場實踐，發現燃燒帶抓釘處出現了裂紋和變形的情況，可能是由于焊接時的溫度過高或焊接工藝不當造成的。為了確定問題原因和解決方案，采用了有限元仿真分析方法，建立了燃燒帶抓釘焊接模型，對其受力狀態進行了仿真分析。

仿真結果表明，燃燒帶抓釘處存在較大的應力集中現象，這可能是導致抓釘焊接斷裂的主要原因。為了改善燃燒帶抓釘焊接問題，需要對焊接工藝進行優化。在焊接過程中，需要控制焊接溫度和焊接速度，避免出現過高溫度和過快焊接速度導致的應力集中現象。同時，在焊接工藝中應加入適當的退火和調質等熱處理工藝，提高焊接部位的強度和韌性。

通過現場實踐和有限元仿真分析，發現燃燒帶抓釘焊接存在問題，并提出了改善措施。在實際應用中，需要根據具體情況確定焊接工藝和熱處理方案，以確保燃燒帶抓釘焊接的質量和可靠性，提高鍋爐的燃燒效率和安全性能。

6 結語

總而言之，針對鍋爐燃燒帶抓釘焊接工藝中存在的問題，需要不斷地進行改善和優化，以提高焊接接頭的質量和穩定性，保障鍋爐的使用壽命和安全性。只有通過實踐和探索，才能不斷提高焊接技術水平，進而為鍋爐的制造質量提供可靠保障。