探究工業鍋爐壓力容器的焊接技術

廖東明

（贛州市特種設備監督檢驗中心，江西贛州 341000）

0 引言

當前工業化程度不斷加深，鍋爐壓力容器運用環境場地呈現出多元化趨勢，這就對焊接技術運用效果提出了新的要求與挑戰。然而，在實踐運用焊接技術過程，容易受到溫度環境、場地條件以及焊接材料等因素影響，未能達到生產使用預期。例如鋼材料，因為材料中所包含元素分布在奧氏體中，如果焊接后冷卻速度較快就會導致元素無法順利析出，此狀態下作業計劃持續推進，會對焊接完成后的工件進行熱處理。雖然材料中元素析出會使晶粒內部強度提升，但是元素受晶界應力影響較弱，不僅會提高變形的發生率，還會使焊接接頭無法達到使用預期。因此，技術員應對焊接技術運用局限問題及產生原因進行分析，以找出優化控制的方向與關鍵點。

1 研究工業鍋爐壓力容器焊接技術的現實意義

作為工業生產發展建設的重要組成部分，鍋爐壓力容器決定著行業的發展。而焊接成為鍋爐壓力容器生產的關鍵技術，其質量效果直接影響著壓力容器在工業化生產環境的運行。但在實踐過程中，受市場環境多元化發展的影響，并且隨著鍋爐壓力容器的生產工作量增加、性能質量需求的提高，增加了焊接技術運用控制的難度。究其原因，與生產技術、管理人員沒有充分了解工業鍋爐壓力容器焊接特點有關。為滿足行業快速發展需求，技術員應對工業鍋爐壓力容器焊接特點現狀進行分析，從實踐角度提高焊接技術運用的科學合理性[1]。這樣，工業鍋爐壓力容器的焊接技術就能以高穩定、高效率狀態應用于現代化經濟建設。

2 工業鍋爐壓力容器的焊接現狀

在工業生產制造鍋爐壓力容器的過程，焊接操作不得不面臨壁厚大、工件尺寸大的問題，這就增加了焊縫質控與焊接預測工作的開展難度，焊接技術效果無法達到預期。對于工業鍋爐壓力容器，制造過程涉及低合金高強鋼，其內部包含碳、錳等多種元素，對這些元素的科學合理運用能夠大幅增加鋼硬度。另外，焊接技術能夠使材料獲得良好的淬硬效果。在分析鋼特性的過程中，需綜合其服役條件。如果剛性較大，則會導致鋼的使用出現不同程度的冷裂紋，進而給鍋爐壓力容器的長期運行埋下諸多安全隱患[2]。如果剛性較小，相關人員需按照實際生產情況對實際鍋爐壓力運用效果進行評估，以使其質量性能與制造使用要求一致。

此外，如果壓力容器的焊接環境為高溫，會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法順利析出，在此狀態下持續推進作業計劃，對焊接完成后的工件進行熱處理。材料中元素析出會提升晶粒內部強度，但是元素受晶界應力影響較弱，不僅會提高變形的發生率，還會降低焊接接頭質量，即沿著晶開裂出現開裂現象。另外，在壓力容器生產制造過程中，如果焊接線熱量少則會導致裂紋出現，如果熱量足就會增大熱影響區域的晶粒尺寸、進而降低材料塑性。一旦焊接接頭操作的熱影響區域包含軟化區，就會對鍋爐壓力容器的耐久性造成影響。為此，工業鍋爐壓力容器生產控制人員應結合實際情況對焊接技術進行優化，以使所處設備運行達到預期[3]。

3 關于工業鍋爐壓力容器焊接技術的優化控制

3.1 焊接方法質控

選用工業鍋爐壓力容器的焊接方法時，需綜合母材、焊接部位等因素來提高技術運用科學合理性。如焊接選用手工電弧焊，操作需在電弧產生熱量的作用下，熔化處理焊接部位。此方法的靈活性高但作業效率不佳，實際生產過程存在一定局限。如熱處理環境為較大焊接面積，則應優先選用電弧焊方法。此條件下，不僅能有效解決較大焊接面的問題，還能提高焊接技術運用的可靠性，是保證工業鍋爐壓力容器實踐與預期一致的有效方式。作用于保護介質的電弧焊方法，氣體保護電弧焊的應用價值明顯，不僅能提高焊接作業質量，還能為實際操作提供便捷性的條件。可見，焊接技術需要與工業鍋爐壓力容器的生產制造環境充分結合，以保證技術控制的適用性[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，需將耐熱鋼作為實際焊接材料，在使用過程中應按照鍋爐壓力容器焊接的要求對焊接質量進行控制。焊接金屬的強度要與母材保持一致，這樣在高溫環境下焊縫強度就會大于或等于母材標準值，進而為后續焊接作業提供支撐。由于焊接鍋爐壓力容器金屬過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，對碳含量進行控制，以降低負面影響。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%。為達到目標，需保證焊接材料與母材強度一致，以使焊接金屬中碳、錳元素含量超過母材含量。值得注意的是，焊接材料使用過程，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 焊接工藝優化

底層的焊接采用氫弧焊方式，點焊輔助以保證底層焊縫質量，最大限度地降低裂紋問題（圖1）。

圖1 某煤器管束氫弧焊現場

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計劃前對現有焊縫進行預處理。實際操作過程中，需將底層焊縫接頭與中層焊縫接頭錯開，距離控制在10 mm以上。焊條要遵循可靠性原則來選擇。在強化中層焊縫厚度同時，提高直線型運條方式的焊接控制效果。處理表層焊過程中，需檢查表面的完整性并保證焊條起弧位置、收弧位置以及預先設置中層焊縫的錯開狀態。此外，為消除焊接殘余應力，焊接工作完成后需進行熱處理、無損檢測，以避免冷裂紋、強化焊接接頭性能。

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

（2）無損檢測則是焊接操作的最后工作，需要對產品進行整體檢查，作業內容包括表面是否存在損傷、焊接內部有無損傷以及焊縫存在裂紋與否等。具體檢測需按照相關管理部門制定的規范標準對設備運行壽命進行估算，最終保證產品的質量。

對于焊接鍋爐壓力容器過程中出現的超標缺陷，則需通過返修來使其達到質控標準。為控制焊接成本，需結合實際工藝評定，來選擇專業人員負責。如同一部位返修，需將返修次數控制在兩次以內，如超出則需經技術管理人員批準才可進行[6]。

4 結束語

為了充分發揮工業鍋爐壓力容器焊接技術的作用，需要從焊接方法質控、焊接材料控制以及焊接工藝優化3 個方面入手。只有嚴格遵循可靠性原則并與現有鍋爐壓力容器設備所處場地環境進行結合，才能有效控制焊接質量。技術員應將上述分析內容與科研結果應用于不同生產環境的焊接作業過程，為鍋爐壓力容器的實際生產提供重要技術支撐。