鍋爐制造和焊接技術發(fā)展

王宏偉

摘 要：鍋爐行業(yè)是我國大型制造行業(yè)之一，在世界制造行業(yè)中占有重要的地位。隨著我國經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，對于產(chǎn)品制造業(yè)逐漸提出了低碳、環(huán)保、節(jié)能等生產(chǎn)要求，鍋爐行業(yè)也開始面臨著嚴峻地挑戰(zhàn)。因此鍋爐企業(yè)必須根據(jù)市場導向，不斷研發(fā)鍋爐制造新技術，才能在日新月異的市場競爭中占有一席之地。

關鍵詞：鍋爐制造；焊接技術；超臨界

1 鍋爐制造的用材發(fā)展

我國鍋爐制造業(yè)主要使用材料為鋼材，根據(jù)鍋爐用途可分為兩種：在室溫條件下或蠕變溫度條件主要用材為鋼板和部分鋼管，在高溫條件下主要使用鋼管。由于鍋爐使用中存在著高度安全隱患，因此對于鋼材的使用也有一定的要求。

1.1 鍋筒

鍋筒是鍋爐制造中用材最多的部件，也是鍋爐中最重要的受壓部分，在鍋爐生產(chǎn)制造中，鍋爐承受壓力越大，鍋筒的厚度越大，鍋爐生產(chǎn)工藝要求越高，因此對鍋筒的選材必須根據(jù)鋼材的屈服極限與強度極限進行選擇。我國目前鍋爐制造中的要求標準為：中低壓鍋爐選用250N/mm2～400N/mm2的鋼材，高壓及以上的鍋爐選用500N/mm2。

傳統(tǒng)的鋼板材料主要有A3g（用于低壓小型鍋爐）、20（用于低、中壓鍋爐）、22g（用于中壓鍋爐），由于20、22g強度與屈服限不高，生產(chǎn)用量多、筒壁厚，在此弊端上我國近十年不斷研制新型材料，主要代表有12Mng、16Mng、15MnVg、14MnMoVg、18MnMoNbg等低合金鋼鋼板，其屈服限值分別為300N/mm2、350N/mm2、400N/mm2、500N/mm2。新型材料的投入生產(chǎn)在資源節(jié)約上有著顯著的效果，例如16Mng代替20g時可減少25%～30%的用量。

1.2 受熱面管、管道、集箱

鍋爐受熱面管在鍋爐制造中用量很多，且受熱面直接牽制的鍋爐的整體作用，一處破裂則整個鍋爐都無法使用，因此對受熱面的制造工藝要求嚴格，必須采用優(yōu)質(zhì)鋼材軋制，且需使用無縫鋼管生產(chǎn)。管道與機箱布置在鍋爐的外面，一旦出現(xiàn)破裂危害極大，因此對于鋼材的選用要求更為嚴格。受熱面管、管道、集箱均由鋼管彎曲、焊接形成，在鋼材的選用上同樣要求具有良好的可塑性與焊接性能。

2 鍋爐技術的發(fā)展

隨著我國十六大中“節(jié)約環(huán)保，鼓勵新能源開發(fā)”發(fā)展目標的提出，我國鍋爐制造也開始朝著節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展，隨著技術水平的不斷提高，近年來我國各種鍋爐制造技術也不斷發(fā)展，大容量、高效率、高參數(shù)的超臨界鍋爐和超超臨界鍋爐陸續(xù)生產(chǎn)上市，大型環(huán)保、清潔燃燒鍋爐以及使用清潔能源類型的循環(huán)流化鍋爐也被廣泛生產(chǎn)。

2.1 超臨界、超超臨界鍋爐機組的發(fā)展

鍋爐投入使用時水變成蒸汽的臨界壓力為22.115MPa，目前我國規(guī)定鍋爐內(nèi)工質(zhì)壓力高于這個值就為超臨界鍋爐，若超過26MPa則規(guī)定為超超臨界鍋爐。超臨界鍋爐與超超臨界鍋爐在節(jié)能環(huán)保上具有杰出的效果，超臨界鍋爐較亞臨界鍋爐35%的發(fā)電效率高出6%，單電燃煤約310克，每單位節(jié)約70克的燃煤量，而超超臨界鍋爐比超臨界鍋爐的發(fā)電效率要提高6%～8%，一年可節(jié)約6千噸的優(yōu)質(zhì)煤，在國家資源的利用上起到重要作用。同時，由于超臨界鍋爐與超超臨界鍋爐的技術含量較高、環(huán)保性能好等優(yōu)點，在發(fā)達國家已經(jīng)得到廣泛應用，而我國目前仍以制造亞臨界鍋爐為主，超臨界機組還未被廣泛使用。但我國自2002年將超臨界鍋爐制造列入生產(chǎn)計劃后，超臨界機組得到了迅速的發(fā)展，目前國內(nèi)超臨界鍋爐的生產(chǎn)已超過100多臺。

2.2 大型循環(huán)流化床鍋爐機組的發(fā)展

循環(huán)流化床鍋爐技術簡稱為“CFB”鍋爐技術，早期的CFB鍋爐機組是在鼓泡床鍋爐的基礎上發(fā)展起來的，是近時間發(fā)展起來的高效、環(huán)保、節(jié)能的清潔燃燒技術，在我國的鍋爐制造技術中已得到廣泛應用。CFB鍋爐最大的優(yōu)點在于鍋爐內(nèi)循環(huán)燃燒的過程，對于床料中未發(fā)生反應的物質(zhì)被吹出燃燒室后會重新送至燃燒，而已經(jīng)發(fā)生反應的部分在燃燒中會繼續(xù)硫化，與煤粉鍋爐燃燒相比除去了燃燒物質(zhì)的處理裝置。由于CFB鍋爐循環(huán)燃燒特點，不僅燃料的適應性比較強、燃燒效率高，而且脫硫效率高，因此CFB鍋爐的制造節(jié)約了鍋爐廠的生產(chǎn)成本，同時減少了商家的運行費用，具有很好的市場發(fā)展前景。

3 鍋爐焊接技術發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 鍋爐常用材的焊接工藝要求

3.1.1 低碳鋼

低碳鋼中碳元素的含量一般不超過0.25%，因此焊接性良好，不需要特殊的焊接工藝要求。由于低碳鋼在鍋爐制造中厚度越大焊接中可能出現(xiàn)裂紋的概率也會增大，因此在低碳鋼焊接中宜選用低氫堿性焊條，為避免焊接熱處理過程中導致的裂紋，因此在焊接時提前預熱或焊后熱處理。

3.1.2 珠光體耐熱鋼

珠光體耐熱鋼中含有多量的合金元素，因此增大了鋼材的淬透性，焊接中易出現(xiàn)硬脆化與裂紋，又因為珠光體耐熱鋼的元素較雜，焊接過程會出現(xiàn)回火脆性。為消除焊接接口處的裂縫及淬硬變化，在鍋爐制造中焊接鋼材可選用相近材質(zhì)的鋼材，同時在焊接前進行較低溫度的預熱，另外盡量避免選用O、Si、P含量較高的鋼材，以防止焊接中鋼材的回火脆性。

3.1.3 低合金高強度鋼

低合金高強度鋼的主要成分為錳，具有較好的焊接性能。16Mn鋼中合金元素較少，可以不用進行焊前預熱，但在低溫、大厚度鍋爐結(jié)構焊接中需要進行熱處理，以防止冷裂紋的產(chǎn)生。而18MnMoNb、15MnVR、15MnVNR鋼均具有良好的綜合力學性能，工作溫度較高，因此冷裂紋極易出現(xiàn)，在焊接前需要進行熱處理，一般預熱至少要在100℃以上。

3.2 鍋爐焊接技術的發(fā)展

我國鍋爐制造企業(yè)普遍采用的焊接技術有埋弧焊、電渣焊、TIG焊等，但隨著產(chǎn)量的增加、產(chǎn)品材料與結(jié)構的轉(zhuǎn)變，鍋爐的焊接技術也在不斷提高。

3.2.1 CO2氣體保護焊接技術

CO2氣體保護焊是以CO2為保護氣體而進行的焊接方式，由于CO2氣體價格低廉，只有埋弧焊的40%～50%，且在脫氧焊錫絲的使用下焊縫變形小、焊接飛濺少，可以焊接出高品質(zhì)、內(nèi)部缺陷少的焊接點，因此已被廣泛適用于黑色金屬材料的焊接中。

3.2.2 TIG焊接技術

TIG焊接技術一般是指用惰性氣體氬氣為保護氣體進行的焊接，在焊接0.5～4.0毫米厚的不銹鋼時多采用的就是TIG焊接。鍋爐受熱面管子的對接焊質(zhì)量要求很高，且焊接點多，僅一臺600MW鍋爐就有6萬多的焊口，因此主要采用TIG焊接技術進行焊接，或是與其他焊接技術結(jié)合使用的方式進行焊接，為鍋爐制造中的焊接帶來了較好的便利。

3.2.3 MPM焊接技術

MPM焊接的方式為多頭熔化極氣體保護全自動焊，可以輕松實現(xiàn)焊接接頭上下同時焊接，具有效率高、變形小等優(yōu)點，但焊接時熔深淺。在鍋爐制造中膜式壁的焊接中若采用埋弧焊的方式則無法實現(xiàn)上下同時焊接，在實現(xiàn)超臨界鍋爐與超超臨界鍋爐的制造中不如MPM焊接有優(yōu)勢。

參考文獻

[1]潘乾剛.鍋爐制造和鍋爐焊接技術的發(fā)展[J].金屬加工（熱加工），2011（18）.

[2]趙旭東.鋁/鋼異種金屬激光填充粉末熔釬焊接技術研究[D].北京：北京工業(yè)大學，2012.