鄭永杰

（中鐵十八局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司　 天津　300308）

鍋爐焊接工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展方向

鄭永杰

（中鐵十八局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司 天津300308）

隨著我國(guó)發(fā)電設(shè)備制造行業(yè)的快速發(fā)展，開(kāi)發(fā)高效能焊接設(shè)備及焊接設(shè)備自動(dòng)化水平的提升成為電站鍋爐行業(yè)焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。鍋爐焊接是生產(chǎn)鍋爐的過(guò)程中最為重要的一步，鍋爐制造行業(yè)的水平直接依賴于鍋爐的焊接技術(shù)水平，鍋爐焊接工藝及技術(shù)的發(fā)展前景對(duì)于鍋爐行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。主要闡述我國(guó)焊接技術(shù)設(shè)備以及關(guān)鍵部件焊接技術(shù)的現(xiàn)狀，鍋爐焊接的主要問(wèn)題以及影響焊接質(zhì)量的因素，最后展望鍋爐焊接技術(shù)的發(fā)展前景。

鍋爐焊接 工藝技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì)

目前，社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展在很大程度上促進(jìn)了發(fā)電設(shè)備鍋爐制造業(yè)的發(fā)展，而鍋爐效率的提高對(duì)于資源問(wèn)題與環(huán)境污染問(wèn)題的解決至關(guān)重要，鍋爐焊接技術(shù)的水平以及相應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程操作說(shuō)明作為其最重要的工藝技術(shù)已成為鍋爐行業(yè)所面臨的重要問(wèn)題。為了保證鍋爐的焊接質(zhì)量，提高焊接技術(shù)，以滿足鍋爐生產(chǎn)的基本要求，工作人員必須對(duì)鍋爐焊接技術(shù)中存在的問(wèn)題有充分的了解以及全面的把握，確保焊接工藝的實(shí)際應(yīng)用效果，促進(jìn)我國(guó)鍋爐產(chǎn)業(yè)和發(fā)電裝備制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

鍋爐焊接工藝是鍋爐制造和修理過(guò)程中制定的一套確保鍋爐質(zhì)量和施工安全的技術(shù)方案，包括焊工資質(zhì)，焊件焊材，焊接方式，技術(shù)要求，質(zhì)量檢測(cè)等內(nèi)容。焊接工藝的正確性在很大程度上決定了鍋爐的產(chǎn)品質(zhì)量，在鍋爐焊接前，必須規(guī)定鍋爐焊接工藝評(píng)定，主要包括對(duì)焊接的試件進(jìn)行缺口韌性試驗(yàn)，彎曲試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)以及化學(xué)分析，以此判斷焊接試件是否可以滿足使用性能，從而判斷鍋爐焊接工藝的正確性[1]。

1　鍋爐焊接技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

近5年來(lái)，國(guó)內(nèi)鍋爐行業(yè)不斷積極地進(jìn)行技術(shù)改造，引進(jìn)新設(shè)備，推行先進(jìn)的焊接新工藝，鍋爐焊接技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的成就。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止至2013年，我國(guó)的鍋爐制造生產(chǎn)商已達(dá)到了1 400多家。世界發(fā)達(dá)國(guó)家也加大了對(duì)鍋爐焊接技術(shù)的研究，效果顯著，研究出了不同功能的利用潔凈燃料的鍋爐。

我國(guó)鍋爐生產(chǎn)企業(yè)主要采用的焊接技術(shù)及設(shè)備有：

（1）MPM焊接技術(shù)。MPM焊接技術(shù)也被稱作多頭焊接，擁有12頭的GMAW焊頭，可同時(shí)焊接12條或更多的焊縫，多用于電站鍋爐的管屏焊接。該焊接技術(shù)不僅能夠滿足焊接質(zhì)量的要求，而且焊接外觀美觀，是國(guó)內(nèi)較為普遍的一種焊接技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)超臨界鍋爐螺旋水冷壁和冷灰斗中帶彎頭和三角形管屏，需要采用龍門(mén)式MPM焊接設(shè)備，圖1所示為龍門(mén)式MPM焊接示意圖。

圖1　龍門(mén)式MPM焊接

（2）管屏埋弧焊接技術(shù)。管屏埋弧焊技術(shù)主要是利用焊絲和高速焊劑實(shí)現(xiàn)的一種焊接技術(shù)，外觀成形美觀，但是不能實(shí)現(xiàn)像MPM焊接技術(shù)那樣同時(shí)實(shí)現(xiàn)正反兩面的焊接，所以在焊接應(yīng)用中有一定的局限性。

（3）馬鞍埋弧焊接設(shè)備。圖2所示為馬鞍埋弧焊接設(shè)備，主要由焊接操作機(jī)、馬鞍形焊接機(jī)頭、電控系統(tǒng)、焊接電源、焊劑斗以及橫向調(diào)節(jié)滑板組成。該焊接設(shè)備主要用于壓力容器接管的埋弧自動(dòng)焊接。該設(shè)備采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的一體化操作控制、送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源，實(shí)現(xiàn)了埋弧自動(dòng)焊接，不僅可以用于類似管狀機(jī)構(gòu)的焊接，而且焊接質(zhì)量明顯提高、操作簡(jiǎn)單。

圖2　馬鞍埋弧焊接設(shè)備

（4）先進(jìn)的窄間隙熱絲TIG焊。圖3所示為窄間隙熱絲TIG焊接，該焊接技術(shù)主要用于鍋爐的制造安裝過(guò)程中管道或集箱環(huán)縫的焊接，這種技術(shù)成功地解決了焊接技術(shù)中存在的筒身跟蹤與竄動(dòng)問(wèn)題，筒身點(diǎn)焊與轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題。熱絲 TIG 焊接不僅具有效率高、異種鋼焊接稀釋率低、焊接材料供應(yīng)方便等優(yōu)點(diǎn)，而且解決了集箱與管道的焊接問(wèn)題，在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接接頭在彎曲試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)和夏比沖擊試驗(yàn)中表現(xiàn)出了良好的效果，所以這種工藝將成為我國(guó)各大鍋爐制造廠商焊接工藝發(fā)展的主要方向[2]。

圖3　窄間隙熱絲TIG焊

近幾年，我國(guó)焊接材料的生產(chǎn)廠家在焊接產(chǎn)品質(zhì)量、鍍銅包裝、生產(chǎn)規(guī)模、品種、材料等方面都有了進(jìn)步，主要表現(xiàn)在以下方面：氣體保護(hù)焊絲質(zhì)量的提升比較快；藥芯焊絲的開(kāi)發(fā)上也取得了較大的進(jìn)步；埋弧焊絲實(shí)現(xiàn)了盤(pán)裝、鍍銅，不僅方便了生產(chǎn)，而且提高了焊接質(zhì)量[3]。

2　鍋爐關(guān)鍵部件焊接現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)各大鍋爐生產(chǎn)廠商為了適應(yīng)鍋爐容量參數(shù)以及爐型的變化，滿足鍋爐新材料的焊接和復(fù)雜鍋爐部件的結(jié)構(gòu)，不斷的改善新技術(shù)，引進(jìn)新設(shè)備，研究新工藝。電站鍋爐是發(fā)電廠的關(guān)鍵設(shè)備，電站鍋爐主要由汽包、膜式壁、集箱和蛇形管組成，還包括過(guò)熱器、再熱器、省煤器等部件。目前，電站鍋爐主要部件焊接技術(shù)現(xiàn)狀為：

（1）汽包的焊接。汽包在鍋爐中的地位非常重要，其焊接質(zhì)量受到了高度的重視，承擔(dān)著集氣、集水和汽水分離的關(guān)鍵作用，是整個(gè)鍋爐的核心部件。汽包筒身環(huán)縱縫主要采用埋弧電弧焊、電渣焊；大管座與下降管采用焊條電弧焊、馬鞍埋弧焊；其他部分固件采用氣體保護(hù)焊。

（2）膜式壁的焊接。當(dāng)今世界上掌握較為先進(jìn)的自動(dòng)焊接膜式壁的技術(shù)有德國(guó)BOBCOCK公司研發(fā)的SAW的焊接技術(shù)，還有日本三菱重工研發(fā)的MPM的焊接技術(shù)。由于我國(guó)鍋爐各行業(yè)對(duì)于國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)方式不同，發(fā)展形成了不同的焊接工藝技術(shù)。如今的膜式壁焊接主要采取半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊和MPM氣體保護(hù)自動(dòng)焊。

（3）集箱的焊接。由于集箱的焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料規(guī)格復(fù)雜多樣，所以難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，是鍋爐焊接中的難點(diǎn)之一。集箱在鍋爐中起到集汽分汽、集水分水的作用，連接著爐膛、再熱器、過(guò)熱器、水冷壁以及省煤器。集箱筒身環(huán)縫焊接主要采用窄間隙熱絲TIG焊和埋弧焊；受熱面管座主要采用手工電弧焊和內(nèi)孔氬弧焊；大座管采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊。

（4）蛇形管的焊接。近幾年，國(guó)內(nèi)的蛇形管焊接主要通過(guò)直管接長(zhǎng)和彎曲后對(duì)焊完成的。國(guó)內(nèi)鍋爐小管直徑的焊接工藝大多采用熱絲TIG焊接。熱絲TIG焊接具有質(zhì)量好、效率高、焊接材料供應(yīng)方便、材料適應(yīng)性廣、可連續(xù)焊接等優(yōu)點(diǎn)，成為我國(guó)各大鍋爐制造商主流的發(fā)展方向。

3　影響焊接質(zhì)量的主要因素與工藝要求

鍋爐焊接技術(shù)是鍋爐生產(chǎn)中最為重要的一步，影響焊接質(zhì)量的一些工藝要求主要因素包括：焊條的種類，母材的厚度、鋼號(hào)，焊接方法，焊接過(guò)程中預(yù)熱的溫度，焊接完整后的熱處理過(guò)程等。由于這些因素影響，使得焊接完成后的焊接接頭相對(duì)于母材在性能方面存在一定的差距，比如金屬?zèng)_擊韌性低，硬度低以及焊接處有陰影線等。焊接接頭（包括焊縫與熱影響區(qū)）是焊接過(guò)程中必然存在的，合格的焊接接頭應(yīng)該滿足沒(méi)有超標(biāo)缺陷，性能符合設(shè)計(jì)要求，焊接變形在允許的范圍內(nèi)。焊縫不僅有密封作用，而且還起著承載受力的傳遞作用，因此焊接接頭的質(zhì)量與鍋爐的制造質(zhì)量密切相關(guān)。

因此，為了提高焊接接頭的性能，保證焊接質(zhì)量符合工藝要求，需要對(duì)焊接工藝進(jìn)行評(píng)定，編制合理的焊接工藝，比如焊后熱處理等措施，以此改變焊接接頭的金相組織，提高焊接接頭的力學(xué)性能。編制正確的焊接工藝可以保證焊工正確的操作，保證鍋爐焊接質(zhì)量，使焊接缺陷最小，在整個(gè)焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)中起著指導(dǎo)作用。正確的焊接工藝評(píng)定可以保證焊接接頭的性能，焊接缺陷可以依靠焊工的技能避免[4]。所選用的焊材不僅要滿足焊縫金屬的強(qiáng)度，還要滿足運(yùn)行溫度下的韌性與蠕變強(qiáng)度要求，焊接工藝的要求主要包括：

（1）焊前預(yù)熱：在實(shí)際生產(chǎn)中，預(yù)熱可以減緩焊后的冷卻速度，降低焊接應(yīng)力，提高焊接接頭的抗裂性。

（2）焊口背面保護(hù)：在打底焊時(shí)焊口背面若不采取保護(hù)措施，合金元素就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的氧化燒傷，造成焊縫性能降低，焊縫根部成型不良，導(dǎo)致未焊透、為熔合等缺陷。

（3）焊接參數(shù)：現(xiàn)有的焊接工藝要求焊接時(shí)盡量用較小的焊接電流，以便控制焊接線能量，但是過(guò)小的焊接電流會(huì)導(dǎo)致焊接熔池不易散開(kāi)，很容易造成焊接缺陷。

（4）焊后熱處理：熱處理的溫度和保護(hù)時(shí)間可以改善焊接接頭的硬度與沖擊性能，實(shí)際生產(chǎn)制造中熱處理的溫度一般是在滿足國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和ASME標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求的前提下，各個(gè)制造廠根據(jù)自己的生產(chǎn)設(shè)備等確定。

4　目前鍋爐焊接工藝技術(shù)中存在的缺陷與完善對(duì)策

4.1存在的問(wèn)題

近幾年，隨著我國(guó)發(fā)電裝備制造發(fā)展的速度越來(lái)越快，對(duì)鍋爐焊接質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的鍋爐焊接工藝已不能滿足現(xiàn)代化發(fā)展的需求，出現(xiàn)了較多的問(wèn)題，主要包括以下幾個(gè)方面[5]：

（1）焊接過(guò)程中存在未焊透的現(xiàn)象。焊接過(guò)程中出現(xiàn)未焊透的原因主要包括兩個(gè)方面：一方面是因?yàn)閷?duì)片與片在組裝的時(shí)候間隙不一致，導(dǎo)致了一個(gè)焊口完成焊接后，其他焊口間隙變小導(dǎo)致未焊透；另一方面是由于膜式水冷管進(jìn)行管子對(duì)接過(guò)程中，安裝方式不正確，出現(xiàn)間隙，從而導(dǎo)致未焊透的現(xiàn)象。

（2）焊接未熔合。造成焊接未熔合主要是因?yàn)楹附訁?shù)的選擇不正確，比如焊接速度、焊接電流、電弧電壓等。焊接未熔合是目前鍋爐焊接中存在的主要缺陷之一。

（3）焊接裂紋。焊接裂紋的存在對(duì)于焊接質(zhì)量的影響很大，主要是因?yàn)楹覆牡倪x擇不合理以及焊接環(huán)境的不恰當(dāng)，比如母材的磷硫含量過(guò)高。裂紋的出現(xiàn)嚴(yán)重影響鍋爐的質(zhì)量，因此必須受到高度重視。

4.2焊接工藝技術(shù)的解決措施

為了改善未焊透現(xiàn)象，應(yīng)嚴(yán)格控制每個(gè)焊口之間的間隙，盡可能使焊口之間的間隙均勻，偏差值在允許的范圍內(nèi)；對(duì)于未熔合現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，要控制好電流的大小與焊接的速度，保證母材能夠充分熔化，在實(shí)際的操作過(guò)程中若出現(xiàn)焊條偏心的情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使電弧處于正確的方向；焊接裂紋造成的危險(xiǎn)較大，焊接人員必須根據(jù)實(shí)際需要選擇相關(guān)材料，確保焊縫夠長(zhǎng)夠厚，確保所用的焊接材料符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.3注意事項(xiàng)

（1）鍋爐焊接管件前應(yīng)先向有關(guān)單位確認(rèn)焊后是否要做焊后檢驗(yàn)，如射線探傷或超聲波檢查。

（2）如果有焊后檢驗(yàn)工序，那么應(yīng)該嚴(yán)格按照焊接標(biāo)準(zhǔn)施工，確保焊工持有有效合格證，以免造成返工、糾紛等問(wèn)題，需要打磨坡口的應(yīng)安裝打磨坡口，需要?dú)寤『复虻椎木陀脷寤『复虻?，該焊透的?yīng)保證焊透。若沒(méi)有焊后檢驗(yàn)工序，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也隨之降低。

（3）焊接鍋爐管要注意焊接的焊條，一定要選用適合鍋爐管材質(zhì)的專用焊條，并在焊接前做焊接試驗(yàn)，焊工一定是具有豐富的焊接經(jīng)驗(yàn)和具有高壓容器焊接合格證，并嚴(yán)格遵守焊接操作規(guī)程，鍋爐關(guān)鍵處的焊接（如上升下降管，水冷壁等）一定要做探傷試驗(yàn)，嚴(yán)格按照焊接工藝要求去操作。

5　鍋爐焊接工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

鍋爐焊接工藝作為我國(guó)鍋爐行業(yè)在發(fā)電設(shè)備制造行業(yè)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，未來(lái)必然會(huì)受到相關(guān)部門(mén)的高度重視。但從我國(guó)目前的焊接工藝水平來(lái)看，還不能夠滿足鍋爐行業(yè)發(fā)展的需要。因此，技術(shù)人員必須不斷的改進(jìn)和優(yōu)化焊接技術(shù)，以提高焊接質(zhì)量與焊接效率，降低焊接成本，改善焊接的工作環(huán)境，推廣使用新工藝為終極目標(biāo)。為了使鍋爐焊接工藝的發(fā)展由復(fù)雜的機(jī)械化向焊接工藝的自動(dòng)化成功轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)我國(guó)鍋爐行業(yè)國(guó)際化，技術(shù)人員應(yīng)該將未來(lái)的技術(shù)重點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面[6]：

（1）焊接材料的自主生產(chǎn)。我國(guó)的焊接材料主要是針對(duì)耐熱鋼焊材體系，使用場(chǎng)合的不同，所用的焊接材料也不盡相同，主要包括氣體保護(hù)焊實(shí)心、藥芯焊絲等、氬弧焊絲、埋弧焊焊絲、手工焊條。近些年，我國(guó)的各大鍋爐制造商在材料品種、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模和鍍銅包裝等方面取得了進(jìn)一步發(fā)展。然而從市場(chǎng)需求來(lái)看，焊接材料還不能夠滿足高容量，高參數(shù)發(fā)展的需要，特別是鍋爐高合金耐熱鋼以及耐熱不銹鋼的研發(fā)上嚴(yán)重落后。現(xiàn)今制造的鍋爐多采用新型結(jié)構(gòu)，大多數(shù)的焊接材料都是國(guó)外研制，依靠國(guó)外進(jìn)口，成本高。因而如何實(shí)現(xiàn)焊接材料的自主化生產(chǎn)以及培養(yǎng)能制造焊接材料的人才是目前各鍋爐行業(yè)急需解決的問(wèn)題。

（2）自動(dòng)化焊接的逐步推廣。鍋爐焊接工藝技術(shù)雖然取得了一定進(jìn)步，但是傳統(tǒng)的焊接水平較為落后，部分產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化水平較低，焊接質(zhì)量的好壞仍取決于焊工技術(shù)水平的高低，因此必須大力采用自動(dòng)化水平較高的焊接工藝，提高焊接效率和質(zhì)量，開(kāi)發(fā)新的焊接設(shè)備與技術(shù)。未來(lái)焊接機(jī)器人代替人工焊接是自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是鍋爐制造企業(yè)需要考慮的手段，鍋爐制造廠應(yīng)大力推進(jìn)。

（3）焊接電源的發(fā)展。隨著焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，鍋爐焊接自動(dòng)化的程度不斷提高，因此對(duì)焊接電源的控制精度、降低能耗、可靠性以及穩(wěn)定性等方面提出了更高的要求，將來(lái)的焊接電源維修要簡(jiǎn)單化，操作面板要人性化，便于監(jiān)控和管理，方便焊接規(guī)范數(shù)值顯示。數(shù)字化控制逆變電源的發(fā)展對(duì)于提高鍋爐焊接的質(zhì)量和效率發(fā)揮了非常重要的作用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（4）推進(jìn)高效高質(zhì)量的氣體保護(hù)焊技術(shù)。氣體保護(hù)焊接是一種高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)的焊接工藝，在國(guó)外已得到了廣泛的使用。合理利用資源，保護(hù)環(huán)境，降低消耗，使氣體保護(hù)焊成為綠色、環(huán)保的工藝，這是發(fā)展的必然趨勢(shì)，特別是以藥芯焊絲的氣體形式和自動(dòng)氣體保護(hù)焊接是日后重點(diǎn)發(fā)展的對(duì)象，但目前的問(wèn)題是鍋爐材料藥芯焊絲的研制與生產(chǎn)。

（5）改善焊接的作業(yè)環(huán)境。鍋爐上大量的焊接作業(yè)，都是利用焊條的電弧焊或氣體保護(hù)焊，因此焊接煙塵較大，作業(yè)環(huán)境惡劣，尤其是在容器內(nèi)部的焊接。因此配置局部煙塵處置設(shè)施、作業(yè)區(qū)或整個(gè)車間的煙塵處理系統(tǒng)，是改善焊接工作環(huán)境的發(fā)展方向。隨著企業(yè)管理水平的不斷提高，法律法規(guī)的不斷完善，改善環(huán)境質(zhì)量已提到議事日程。

6　總結(jié)

隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)鍋爐制造行業(yè)的水平不斷提高，相關(guān)部門(mén)對(duì)于鍋爐焊接工藝給予了高度重視，鍋爐的焊接質(zhì)量關(guān)系到技術(shù)人員的安全、產(chǎn)品的使用性能以及產(chǎn)品的安全。鍋爐焊接工藝受到所用材料，焊接方法，技術(shù)人員水平等等因素的影響，不同的焊接工藝會(huì)產(chǎn)生不同的焊接質(zhì)量，因此需要檢驗(yàn)人員按照施工流程執(zhí)行，認(rèn)真的把關(guān)，對(duì)焊接工程中所存在的問(wèn)題進(jìn)行全面分析，不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，這是對(duì)鍋爐焊接工藝發(fā)展的基本要求。鍋爐焊接技術(shù)與很多產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)，要不斷的將更好的技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際操作中，才能促進(jìn)企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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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

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-1816(2016)03-0031-05

2015-11-14

鄭永杰（1976-），男，高級(jí)工程師，研究方向建筑安裝技術(shù)和管理。