鍋爐異種金屬焊接的缺陷問題分析

柳長磊，曹海艇，胡娜娜

（山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們對各類工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的要求也在不斷地提升，相關(guān)的工作人員不斷提升業(yè)務(wù)能力的同時(shí)也在優(yōu)化技術(shù)，使得人們滿足人們對金屬的耐磨性，應(yīng)高溫持續(xù)性等要求。鑒于種種原因，單一的金屬材料已經(jīng)不能滿足工程生產(chǎn)的需要，但是異種金屬的焊接方法卻得到了人們的廣泛認(rèn)可。金屬焊接可能將各種組成材料的優(yōu)異性能得到充分的展現(xiàn)，以此同時(shí)，也可以降低相關(guān)的生產(chǎn)成本，從而最大限度的提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因?yàn)椴煌慕饘俳M織性能存在著不同的差異，例如在化學(xué)成分，比熱容以及熱導(dǎo)率等方面這就為異種金屬的焊接增加了難度。在異種金屬的焊接過程中在焊接交界面周圍如果存在鐵素體材料時(shí)就會特別容易出現(xiàn)裂縫。所以，如果當(dāng)鍋爐異種金屬焊接方面存在缺陷時(shí)如果利用熱膨脹差異或者碳素?cái)U(kuò)散以及周期性的溫度變化就會使異種金屬的缺陷提前出現(xiàn)。為了減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，相關(guān)的工作人員在這一過程中選用的是鎳合金焊絲來減少鐵素體鋼中的碳素進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

為了加強(qiáng)對過熱器與再熱器在運(yùn)行的過程中發(fā)生異種金屬缺陷與裂縫的問題的研究，相關(guān)的工作人員決定做一個(gè)試驗(yàn)。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查研究可以發(fā)現(xiàn)缺陷并不是焊接的技術(shù)高低決定的。在整體的試驗(yàn)過程中涉及到了320臺機(jī)組，其中有60臺機(jī)組是奧氏體鋼管以及鐵素體鋼管，在這一過程中還發(fā)現(xiàn)運(yùn)用到了三種焊接工藝，一種是奧氏體不銹鋼焊接熔焊，一種為鎳合金焊絲熔焊，還有一種是用壓力與溫度的壓力焊接。工藝使用一般情況下采用的是鐵素體焊接以及電阻焊這兩種。

在這一過程中，有60臺存在著缺陷的機(jī)組，其中奧氏體不銹鋼焊絲熔焊的就占到了38臺，鐵素體焊絲熔焊為10臺，鎳基焊絲的焊接為7臺，并且還有壓力焊絲焊接4臺，最后一臺是電阻焊的哪種。

1 異種金屬熔焊缺陷

1.1 奧氏體鋼熔焊

奧氏體鋼焊絲的焊接局限性主要表現(xiàn)在過熱器中，大部分的鍋爐異種金屬的焊接問題都是出現(xiàn)在再熱器與過熱器中造成的缺陷。機(jī)組中的過熱器與再過熱器在建造上采用的是T22鋼作為主要的材料，所以，在異種金屬的焊接過程中所出現(xiàn)的各種各樣的問題都是這一個(gè)原因造成的。從材料的投入以及運(yùn)行的整個(gè)過程中相關(guān)的人員需要對局限性的問題以及相關(guān)的運(yùn)行時(shí)間和次數(shù)進(jìn)行有效的記錄，將有關(guān)的數(shù)據(jù)記錄下來會發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)缺陷是由很多原因造成的，與鍋爐的啟動方法熱態(tài)以及常態(tài)都是有關(guān)系的。在實(shí)際的焊接過程中，焊接流程出現(xiàn)在鍋爐超過30000h之后，在啟動的時(shí)候開始出現(xiàn)缺陷的啟動次數(shù)至少在50次以上。在整個(gè)過程中最短的出現(xiàn)時(shí)間為機(jī)組啟動200次以后出現(xiàn)相應(yīng)的缺陷問題。

1.2 鎳基熔焊

從目前的鍋爐實(shí)際的異種金屬的焊接情況來看，也出現(xiàn)了因?yàn)殒嚮蛩爻霈F(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。經(jīng)過實(shí)際的金相檢驗(yàn)就可以發(fā)現(xiàn)，鐵元素附近如果出現(xiàn)鎳基熔焊會出現(xiàn)較大的裂縫，出現(xiàn)裂縫的額度主要的運(yùn)行時(shí)間范圍是在80000h左右，開始出現(xiàn)裂縫平均時(shí)間是在100000h，鎳基熔焊出現(xiàn)問題的主要原因是再熱器與過熱器的關(guān)系，同時(shí)吸熱管道也出現(xiàn)也同種問題。

1.3 鐵素體熔焊

鍋爐異種金屬鐵素體焊接操作時(shí)，鐵元素體的利用率較高，雖然這一操作方式比較常見，但是也會對異種金屬焊接造成一定的局限性，所以要在焊接操作時(shí)對焊接交界處是否存在裂縫進(jìn)行有效的檢驗(yàn)，其中最可行的方法是保持鍋爐管材的吸熱管運(yùn)行2萬h以上，經(jīng)過反復(fù)多次的驗(yàn)證，看是否會出現(xiàn)裂縫問題，將材料換成T22，鐵素體熔焊后鍋爐管材吸熱管運(yùn)行8萬h以上，會出現(xiàn)裂縫問題。

圖1 鐵素體熔焊后金屬焊接表面形貌

1.4 壓力焊缺陷

鍋爐異種金屬的焊接過程中，壓力焊裂縫產(chǎn)生的主要的原因是前晶界面造成的。相關(guān)的人員為了證明要將T22的材料運(yùn)營至少為50000h，并啟動的次數(shù)至少要達(dá)到280次以后才會出現(xiàn)壓力焊縫的缺陷。從綜合的角度來講，壓力焊縫缺陷在這一過程中出現(xiàn)的頻率并不高，所需要的條件較為苛刻。

1.5 電阻焊缺陷

異種金屬進(jìn)行電阻焊的實(shí)際操作中，由于金屬的化學(xué)元素結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)等都有所差別，因此在完成金屬焊接操作時(shí)，裂縫缺陷等問題就隨之凸顯出來，而每一個(gè)操作步驟出現(xiàn)誤差都會對焊接結(jié)構(gòu)和焊接位置造成影響，在操作過程中異種金屬材料的特性也在發(fā)生改變。電阻焊接會帶來金屬材料中鐵元素的應(yīng)變，從而造成了焊接缺陷，另外，異種金屬碳元素轉(zhuǎn)移也會給完成焊接鍋爐造成使用缺陷。

圖2 金屬焊接處截面及碳元素分布

2 金屬熔焊局限性的防控對策

金屬熔焊實(shí)際操作過程中會遇到不同的問題，導(dǎo)致異種金屬完成焊接后出現(xiàn)一定缺陷，金屬焊接操作工在工作時(shí)只要注意幾點(diǎn)就可以避免此類問題的發(fā)生，在不使用強(qiáng)力組配的情況下，將異種金屬焊接位置進(jìn)行增厚、加固，另外還需注意的是在金屬焊接操作過程中避免對焊接位置進(jìn)行敲擊。在實(shí)際操作中，相關(guān)的工作人員要對兩種金屬特性進(jìn)行相關(guān)的了解和熟悉，確保兩部分金屬具有相同的屬性，才能避免熔焊后不會出現(xiàn)問題，在操作前對材料的膨脹系數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)的檢測，保證金屬熔焊的效果。

3 結(jié)語

總而言之，鍋爐異種金屬的焊接存在各種各樣的問題和局限性，相關(guān)的工作人員需要不斷地創(chuàng)新技術(shù)使得金屬焊接技術(shù)可以更加廣泛的應(yīng)用于生活中。因此，本文主要針對鍋爐異種金屬焊接過程中的主要缺陷問題以及相關(guān)的具體措施進(jìn)行分析。