浅谈锅炉压力容器焊接技术

杜涛

摘 要：近些年，我国锅炉等压力容器的焊接技术发展很迅速。由于锅炉等压力容器尺寸的变化和服役条件的改变，焊接技术需要更多的改进，不仅需要采取适当的焊接方法、焊接材料、焊接设备和焊接工艺，确保焊接接头的性能，还需要遵守高效率和低能耗的原则。在压力容器焊接的研究工作中，焊接科研者遇到了很多技术问题。这就需要科研者通过不断地努力，突破技术性障碍，应用到实际生产中，获得一定的经济效益，发展锅炉压力容器的焊接技术。文章系统分析了锅炉压力容器的焊接特点、焊接方法、焊接材料和焊接工艺。

关键词：压力容器；焊接技术；焊接工艺

中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）08-0014-01

锅炉压力容器的制造步骤较多，可以分为选取原材料、检验、划线、初割、清理、机械加工、焊接、无损检测、热处理、压力检测和防锈等。锅炉压力容器的制作水平可以反应一个国家的工业化进程，还与百姓的生活和社会经济建设息息相关。目前，我国锅炉压力容器制造企业在焊接技术上逐渐取得了进步，焊接设备也在继续更新换代。焊接质量的好坏可以直接决定压力容器的使用寿命，因此必须保证压力容器的高质量，减少因压力或气温变化产生的不好影响。

1 锅炉压力容器的焊接特点

不同于其它类型的压力容器，锅炉的使用服役条件为高温、高压，因此锅炉压力容器焊接的特点比较特别，具体有以下几点：

①低合金高強钢中含有较多C、Mn、V、Nb等元素，这些元素会导致钢的硬度大，再经过焊接后，产生淬硬效果。当钢的服役条件是刚性很大时，就会产生冷裂纹，且裂纹的发展较慢，给压力容器的使用埋下危险。同时，焊接时焊接接头热影响区受高温的影响，钢中的C、Nb、Cr、Mo等元素会留在奥氏体里，焊后冷却很快，这些元素无法及时析出。而在焊后热处理的时候，这些元素易弥散的形式析出，使晶粒内部的强度升高，晶界处的应力较小，相对呈松弛状态，也就易产生变形，导致焊接接头的产生沿晶开裂。然后，如果焊接线能量小，热影响区会因马氏体而出现裂纹；焊接线能量大，热影响区的晶粒尺寸会很大，塑性降低。此外，焊接接头热影响区还会出现软化区域，这将直接降低锅炉压力容器的使用安全和寿命。

②锅炉压力容器的尺寸较大，壁厚也较大，无论在焊件的预热、微观组织获得和焊缝观察上，都给焊接技术带来较大的挑战，焊接技术需要向自动化、智能化、简单化的方向发展。

2 锅炉压力容器的焊接方法

中国锅炉压力容器的焊接技术和焊接方法一直在不断的进步，可以根据具体的焊接位置和母材的不同，选取不同的焊接方法，锅炉压力容器的焊接方法主要有四种：手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护电弧和电渣焊，简要分析几种焊接方法。

手工电弧焊是最常见的焊接方法，基本原理是是利用电弧产生的高温使焊接部位熔化，这种方法单纯依靠手工操作，虽然灵活性较大，但对工人技术的要求很高，工作效率不高。

如果焊接面的很大，还需要热处理时，可以采用电渣焊。电渣焊是一种较特殊的方法，由于锅炉压力容器的体型巨大，通常呈圆球形，重量很大，只能使用这种方法处理较大焊接面。

氧乙炔焰气焊的热源较复杂，热度不够，只可以焊接韧性较高的钢，无法应用在焊接接头的焊接上。

当焊接工艺评价完成后，才可以选取适当的焊接方法，制定相应的焊接工艺参数。

3 锅炉压力容器的焊接材料

锅炉压力容器常采用耐热钢焊接材料，有以下几个注意事项：

①首先，选择耐热钢焊接材料时，焊缝金属的强度指标需要和母材保持一直，也就是等强焊接。不仅需要保证焊缝金属和母材在常温状态下强度一直，还要保证在高温状态下焊缝的强度不低于母材的标准值。

②焊接材料中的C含量对焊缝金属的影响较大，应保证焊材C含量低于母材的C含量，避免焊缝金属产生裂纹。但C含量不能过小，在焊后热处理使，产生的铁素体，会降低焊接接头的韧性。一般焊缝金属的C含量保持在0.08%～0.12%之间最好，不仅可以使焊缝金属冲击韧性较高，还能保证与母材的等强。

③焊缝金属中Cr、Mo等元素的含量要高于母材中的含量，这是保证焊缝金属和母材等强的基础。

④确保对焊缝金属中O、Si、P、Sn、Se、Sb等元素的严格控制，这是为了保证焊缝金属和母材回火脆性的一致。

4 锅炉压力容器的焊接工艺

4.1 底层焊

底层焊通常采用氢弧焊的方法，从上到下，以点焊方式开始。为了确保底层焊缝的均匀性，减小裂纹产生的可能，底层焊的检查也是必要的。

4.2 中层焊

在中层焊进行前，需要先清理和检查已焊焊缝。如果需要重新施焊，要保证焊缝接头和底层焊缝接头错开的距离至少要在10 mm以上。中层焊选择直径为3.2的焊条，中层焊缝的厚度至少是焊条直径的8～12倍，选择直线型的运条方式。

4.3 表层焊

表层焊采用焊条的直径需参考焊缝已焊厚度。每根焊条的起弧位置与收弧位置均要与中层焊缝接头错开，要保证表层焊缝的表面完整性以及压力容器的圆滑过渡。

4.4 焊后热处理

焊后热处理是必要的步骤，可以消除焊接的残余应力，防止冷裂纹的产生，优化焊接接头的力学性能。一般焊后热处理可分为后热处理、消除应力后的焊后热处理和改善焊接接头性能的焊后热处理，可根据不同的要求采用适合的热处理方法。

4.5 无损检测

当锅炉压力容器焊接工作全部完成后，需要对焊缝进行必要的无损检测，包括焊缝表面的无损检测和焊缝内部的无损检测，检测时需参考相关的质量规定和要求。

5 结 语

我国锅炉压力容器生产技术水平还有很大的提升空间，和世界先进技术间有较大差异，相关的焊接技术、焊接材料和焊接设备的研发都在研究和发展中。所以，为了使我国锅炉压力容器的制造技术有突飞猛进的发展，首先，国家和企业需要加大对锅炉压力容器焊接研发的投入，培养科研工作者的技术水平。其次，可以开展和国外高技术水平企业的深入合作，引进高端技术，进行技术的融和。再次，发展自己的先进焊接技术，例如自动焊接、智能焊接和新型焊接材料的研制，提高我国焊接技术的核心竞争力，彻底摆脱对国外焊接技术的依靠。

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