锅炉焊接工艺的现状与发展方向

郑永杰

（中铁十八局集团建筑安装工程有限公司　 天津　300308）

锅炉焊接工艺的现状与发展方向

郑永杰

（中铁十八局集团建筑安装工程有限公司 天津300308）

随着我国发电设备制造行业的快速发展，开发高效能焊接设备及焊接设备自动化水平的提升成为电站锅炉行业焊接技术的发展趋势。锅炉焊接是生产锅炉的过程中最为重要的一步，锅炉制造行业的水平直接依赖于锅炉的焊接技术水平，锅炉焊接工艺及技术的发展前景对于锅炉行业的可持续发展有着重要意义。主要阐述我国焊接技术设备以及关键部件焊接技术的现状，锅炉焊接的主要问题以及影响焊接质量的因素，最后展望锅炉焊接技术的发展前景。

锅炉焊接 工艺技术 发展趋势

目前，社会的进步与发展在很大程度上促进了发电设备锅炉制造业的发展，而锅炉效率的提高对于资源问题与环境污染问题的解决至关重要，锅炉焊接技术的水平以及相应的生产过程操作说明作为其最重要的工艺技术已成为锅炉行业所面临的重要问题。为了保证锅炉的焊接质量，提高焊接技术，以满足锅炉生产的基本要求，工作人员必须对锅炉焊接技术中存在的问题有充分的了解以及全面的把握，确保焊接工艺的实际应用效果，促进我国锅炉产业和发电装备制造业的可持续发展。

锅炉焊接工艺是锅炉制造和修理过程中制定的一套确保锅炉质量和施工安全的技术方案，包括焊工资质，焊件焊材，焊接方式，技术要求，质量检测等内容。焊接工艺的正确性在很大程度上决定了锅炉的产品质量，在锅炉焊接前，必须规定锅炉焊接工艺评定，主要包括对焊接的试件进行缺口韧性试验，弯曲试验，拉伸试验以及化学分析，以此判断焊接试件是否可以满足使用性能，从而判断锅炉焊接工艺的正确性[1]。

1　锅炉焊接技术的发展状况

近5年来，国内锅炉行业不断积极地进行技术改造，引进新设备，推行先进的焊接新工艺，锅炉焊接技术已经取得了显著的成就。据不完全统计，截止至2013年，我国的锅炉制造生产商已达到了1 400多家。世界发达国家也加大了对锅炉焊接技术的研究，效果显著，研究出了不同功能的利用洁净燃料的锅炉。

我国锅炉生产企业主要采用的焊接技术及设备有：

（1）MPM焊接技术。MPM焊接技术也被称作多头焊接，拥有12头的GMAW焊头，可同时焊接12条或更多的焊缝，多用于电站锅炉的管屏焊接。该焊接技术不仅能够满足焊接质量的要求，而且焊接外观美观，是国内较为普遍的一种焊接技术。为了实现超临界锅炉螺旋水冷壁和冷灰斗中带弯头和三角形管屏，需要采用龙门式MPM焊接设备，图1所示为龙门式MPM焊接示意图。

图1　龙门式MPM焊接

（2）管屏埋弧焊接技术。管屏埋弧焊技术主要是利用焊丝和高速焊剂实现的一种焊接技术，外观成形美观，但是不能实现像MPM焊接技术那样同时实现正反两面的焊接，所以在焊接应用中有一定的局限性。

（3）马鞍埋弧焊接设备。图2所示为马鞍埋弧焊接设备，主要由焊接操作机、马鞍形焊接机头、电控系统、焊接电源、焊剂斗以及横向调节滑板组成。该焊接设备主要用于压力容器接管的埋弧自动焊接。该设备采用国内外先进的一体化操作控制、送丝机构、焊接电源，实现了埋弧自动焊接，不仅可以用于类似管状机构的焊接，而且焊接质量明显提高、操作简单。

图2　马鞍埋弧焊接设备

（4）先进的窄间隙热丝TIG焊。图3所示为窄间隙热丝TIG焊接，该焊接技术主要用于锅炉的制造安装过程中管道或集箱环缝的焊接，这种技术成功地解决了焊接技术中存在的筒身跟踪与窜动问题，筒身点焊与转动的问题。热丝 TIG 焊接不仅具有效率高、异种钢焊接稀释率低、焊接材料供应方便等优点，而且解决了集箱与管道的焊接问题，在焊接过程中产生的焊接接头在弯曲试验，拉伸试验和夏比冲击试验中表现出了良好的效果，所以这种工艺将成为我国各大锅炉制造厂商焊接工艺发展的主要方向[2]。

图3　窄间隙热丝TIG焊

近几年，我国焊接材料的生产厂家在焊接产品质量、镀铜包装、生产规模、品种、材料等方面都有了进步，主要表现在以下方面：气体保护焊丝质量的提升比较快；药芯焊丝的开发上也取得了较大的进步；埋弧焊丝实现了盘装、镀铜，不仅方便了生产，而且提高了焊接质量[3]。

2　锅炉关键部件焊接现状

国内各大锅炉生产厂商为了适应锅炉容量参数以及炉型的变化，满足锅炉新材料的焊接和复杂锅炉部件的结构，不断的改善新技术，引进新设备，研究新工艺。电站锅炉是发电厂的关键设备，电站锅炉主要由汽包、膜式壁、集箱和蛇形管组成，还包括过热器、再热器、省煤器等部件。目前，电站锅炉主要部件焊接技术现状为：

（1）汽包的焊接。汽包在锅炉中的地位非常重要，其焊接质量受到了高度的重视，承担着集气、集水和汽水分离的关键作用，是整个锅炉的核心部件。汽包筒身环纵缝主要采用埋弧电弧焊、电渣焊；大管座与下降管采用焊条电弧焊、马鞍埋弧焊；其他部分固件采用气体保护焊。

（2）膜式壁的焊接。当今世界上掌握较为先进的自动焊接膜式壁的技术有德国BOBCOCK公司研发的SAW的焊接技术，还有日本三菱重工研发的MPM的焊接技术。由于我国锅炉各行业对于国外先进技术的引进方式不同，发展形成了不同的焊接工艺技术。如今的膜式壁焊接主要采取半自动CO2气体保护焊和MPM气体保护自动焊。

（3）集箱的焊接。由于集箱的焊接结构复杂，材料规格复杂多样，所以难以实现自动化焊接，是锅炉焊接中的难点之一。集箱在锅炉中起到集汽分汽、集水分水的作用，连接着炉膛、再热器、过热器、水冷壁以及省煤器。集箱筒身环缝焊接主要采用窄间隙热丝TIG焊和埋弧焊；受热面管座主要采用手工电弧焊和内孔氩弧焊；大座管采用药芯焊丝气体保护焊。

（4）蛇形管的焊接。近几年，国内的蛇形管焊接主要通过直管接长和弯曲后对焊完成的。国内锅炉小管直径的焊接工艺大多采用热丝TIG焊接。热丝TIG焊接具有质量好、效率高、焊接材料供应方便、材料适应性广、可连续焊接等优点，成为我国各大锅炉制造商主流的发展方向。

3　影响焊接质量的主要因素与工艺要求

锅炉焊接技术是锅炉生产中最为重要的一步，影响焊接质量的一些工艺要求主要因素包括：焊条的种类，母材的厚度、钢号，焊接方法，焊接过程中预热的温度，焊接完整后的热处理过程等。由于这些因素影响，使得焊接完成后的焊接接头相对于母材在性能方面存在一定的差距，比如金属冲击韧性低，硬度低以及焊接处有阴影线等。焊接接头（包括焊缝与热影响区）是焊接过程中必然存在的，合格的焊接接头应该满足没有超标缺陷，性能符合设计要求，焊接变形在允许的范围内。焊缝不仅有密封作用，而且还起着承载受力的传递作用，因此焊接接头的质量与锅炉的制造质量密切相关。

因此，为了提高焊接接头的性能，保证焊接质量符合工艺要求，需要对焊接工艺进行评定，编制合理的焊接工艺，比如焊后热处理等措施，以此改变焊接接头的金相组织，提高焊接接头的力学性能。编制正确的焊接工艺可以保证焊工正确的操作，保证锅炉焊接质量，使焊接缺陷最小，在整个焊接质量控制系统中起着指导作用。正确的焊接工艺评定可以保证焊接接头的性能，焊接缺陷可以依靠焊工的技能避免[4]。所选用的焊材不仅要满足焊缝金属的强度，还要满足运行温度下的韧性与蠕变强度要求，焊接工艺的要求主要包括：

（1）焊前预热：在实际生产中，预热可以减缓焊后的冷却速度，降低焊接应力，提高焊接接头的抗裂性。

（2）焊口背面保护：在打底焊时焊口背面若不采取保护措施，合金元素就会产生严重的氧化烧伤，造成焊缝性能降低，焊缝根部成型不良，导致未焊透、为熔合等缺陷。

（3）焊接参数：现有的焊接工艺要求焊接时尽量用较小的焊接电流，以便控制焊接线能量，但是过小的焊接电流会导致焊接熔池不易散开，很容易造成焊接缺陷。

（4）焊后热处理：热处理的温度和保护时间可以改善焊接接头的硬度与冲击性能，实际生产制造中热处理的温度一般是在满足国内相关标准和ASME标准相关要求的前提下，各个制造厂根据自己的生产设备等确定。

4　目前锅炉焊接工艺技术中存在的缺陷与完善对策

4.1存在的问题

近几年，随着我国发电装备制造发展的速度越来越快，对锅炉焊接质量的要求也越来越高，传统的锅炉焊接工艺已不能满足现代化发展的需求，出现了较多的问题，主要包括以下几个方面[5]：

（1）焊接过程中存在未焊透的现象。焊接过程中出现未焊透的原因主要包括两个方面：一方面是因为对片与片在组装的时候间隙不一致，导致了一个焊口完成焊接后，其他焊口间隙变小导致未焊透；另一方面是由于膜式水冷管进行管子对接过程中，安装方式不正确，出现间隙，从而导致未焊透的现象。

（2）焊接未熔合。造成焊接未熔合主要是因为焊接参数的选择不正确，比如焊接速度、焊接电流、电弧电压等。焊接未熔合是目前锅炉焊接中存在的主要缺陷之一。

（3）焊接裂纹。焊接裂纹的存在对于焊接质量的影响很大，主要是因为焊材的选择不合理以及焊接环境的不恰当，比如母材的磷硫含量过高。裂纹的出现严重影响锅炉的质量，因此必须受到高度重视。

4.2焊接工艺技术的解决措施

为了改善未焊透现象，应严格控制每个焊口之间的间隙，尽可能使焊口之间的间隙均匀，偏差值在允许的范围内；对于未熔合现象来说，要控制好电流的大小与焊接的速度，保证母材能够充分熔化，在实际的操作过程中若出现焊条偏心的情况，应及时进行调整，使电弧处于正确的方向；焊接裂纹造成的危险较大，焊接人员必须根据实际需要选择相关材料，确保焊缝够长够厚，确保所用的焊接材料符合标准。

4.3注意事项

（1）锅炉焊接管件前应先向有关单位确认焊后是否要做焊后检验，如射线探伤或超声波检查。

（2）如果有焊后检验工序，那么应该严格按照焊接标准施工，确保焊工持有有效合格证，以免造成返工、纠纷等问题，需要打磨坡口的应安装打磨坡口，需要氩弧焊打底的就用氩弧焊打底，该焊透的应保证焊透。若没有焊后检验工序，相应标准也随之降低。

（3）焊接锅炉管要注意焊接的焊条，一定要选用适合锅炉管材质的专用焊条，并在焊接前做焊接试验，焊工一定是具有丰富的焊接经验和具有高压容器焊接合格证，并严格遵守焊接操作规程，锅炉关键处的焊接（如上升下降管，水冷壁等）一定要做探伤试验，严格按照焊接工艺要求去操作。

5　锅炉焊接工艺技术的发展趋势

锅炉焊接工艺作为我国锅炉行业在发电设备制造行业中的一项重要技术，未来必然会受到相关部门的高度重视。但从我国目前的焊接工艺水平来看，还不能够满足锅炉行业发展的需要。因此，技术人员必须不断的改进和优化焊接技术，以提高焊接质量与焊接效率，降低焊接成本，改善焊接的工作环境，推广使用新工艺为终极目标。为了使锅炉焊接工艺的发展由复杂的机械化向焊接工艺的自动化成功转变，实现我国锅炉行业国际化，技术人员应该将未来的技术重点集中在以下几个方面[6]：

（1）焊接材料的自主生产。我国的焊接材料主要是针对耐热钢焊材体系，使用场合的不同，所用的焊接材料也不尽相同，主要包括气体保护焊实心、药芯焊丝等、氩弧焊丝、埋弧焊焊丝、手工焊条。近些年，我国的各大锅炉制造商在材料品种、产品质量、生产规模和镀铜包装等方面取得了进一步发展。然而从市场需求来看，焊接材料还不能够满足高容量，高参数发展的需要，特别是锅炉高合金耐热钢以及耐热不锈钢的研发上严重落后。现今制造的锅炉多采用新型结构，大多数的焊接材料都是国外研制，依靠国外进口，成本高。因而如何实现焊接材料的自主化生产以及培养能制造焊接材料的人才是目前各锅炉行业急需解决的问题。

（2）自动化焊接的逐步推广。锅炉焊接工艺技术虽然取得了一定进步，但是传统的焊接水平较为落后，部分产品的焊接自动化水平较低，焊接质量的好坏仍取决于焊工技术水平的高低，因此必须大力采用自动化水平较高的焊接工艺，提高焊接效率和质量，开发新的焊接设备与技术。未来焊接机器人代替人工焊接是自动化发展的必然趋势，也是锅炉制造企业需要考虑的手段，锅炉制造厂应大力推进。

（3）焊接电源的发展。随着焊接技术的不断发展，锅炉焊接自动化的程度不断提高，因此对焊接电源的控制精度、降低能耗、可靠性以及稳定性等方面提出了更高的要求，将来的焊接电源维修要简单化，操作面板要人性化，便于监控和管理，方便焊接规范数值显示。数字化控制逆变电源的发展对于提高锅炉焊接的质量和效率发挥了非常重要的作用，产生了良好的经济效益和社会效益。

（4）推进高效高质量的气体保护焊技术。气体保护焊接是一种高效、节能、优质的焊接工艺，在国外已得到了广泛的使用。合理利用资源，保护环境，降低消耗，使气体保护焊成为绿色、环保的工艺，这是发展的必然趋势，特别是以药芯焊丝的气体形式和自动气体保护焊接是日后重点发展的对象，但目前的问题是锅炉材料药芯焊丝的研制与生产。

（5）改善焊接的作业环境。锅炉上大量的焊接作业，都是利用焊条的电弧焊或气体保护焊，因此焊接烟尘较大，作业环境恶劣，尤其是在容器内部的焊接。因此配置局部烟尘处置设施、作业区或整个车间的烟尘处理系统，是改善焊接工作环境的发展方向。随着企业管理水平的不断提高，法律法规的不断完善，改善环境质量已提到议事日程。

6　总结

随着社会的发展，我国锅炉制造行业的水平不断提高，相关部门对于锅炉焊接工艺给予了高度重视，锅炉的焊接质量关系到技术人员的安全、产品的使用性能以及产品的安全。锅炉焊接工艺受到所用材料，焊接方法，技术人员水平等等因素的影响，不同的焊接工艺会产生不同的焊接质量，因此需要检验人员按照施工流程执行，认真的把关，对焊接工程中所存在的问题进行全面分析，不断的进行技术创新，这是对锅炉焊接工艺发展的基本要求。锅炉焊接技术与很多产业密切相关，要不断的将更好的技术应用到实际操作中，才能促进企业的进一步发展。

[1]Shul’man, I.E., Skalyapov, A.I., Klepikov, S.I., Merkulov, B.A. Boiler welding production. Sov Engergy Tschnology. Welding and Bonding, 1985, 28～30

[2]柏春艳.浅谈锅炉焊接工艺技术[J].实用科技,2010,261

[3]亓安芳.电站锅炉行业焊接技术现状及发展趋势[J].现代焊接,2007,1～3

[4]曾会强,潘乾刚.锅炉焊接技术和设备的应用现状及发展方向[J].现代焊接,2006,7:8～10

[5]朱振贵.对锅炉焊接工艺技术实际应用的思考[J].电源技术应用,2013,10:444

[6]朱兆彬.浅析锅炉焊接工艺及其发展[J].科技技术应用,2012,44.

Present Situation and Development Trend of Boiler Welding Process

ZHENG Yong-jie
(China Railway 18thBureau Group Construction and Installation Engineering Co., Ltd. Tianjin300308China)

With the rapid development of power generation equipment manufacturing industry in our country, the development of high-performance welding equipment and the level of welding equipment automation have become the development trend of welding technology in power boiler industry. Boiler welding is the most important step in the process for producing boiler, and the level of our country’s boiler manufacturing industry depends directly on the level of the boiler welding technology. The prospect of process and technology for boiler industry is of great significance for sustainable development of the industry. This paper mainly introduces the present situation of welding technology and equipment, as well as the key components of welding technology in our country, the main problems in welding process and the influencing factors on welding quality, and finally shows the prospects of boiler welding technology.

boiler welding process and technologydevelopment trend

文献标识码：A 文章编号：1673-1816(2016)03-0031-05

2015-11-14

郑永杰（1976-），男，高级工程师，研究方向建筑安装技术和管理。