论文部分内容阅读
摘要：在锅炉生产过程中，锅炉焊接是其关键工序之一，而焊接质量的优劣直接关系到锅炉的使用与质量。为此，本文将从锅炉焊接工艺及操作规程入手，从常见影响锅炉焊接的因素出发，来探讨焊接缺陷对锅炉整体承载力的影响程度，并通过成因分析，提出相应的控制焊接质量的对策措施。
关键词：锅炉 焊接缺陷 成因分析 对策措施
锅炉是生产和生活中常用的重要设备，在其制造过程中，焊接是关键工序之一，一旦出现焊接缺陷将直接影响锅炉的安全使用。因此，本文结合锅炉焊接过程中出现的焊接缺陷及其成因，从焊接操作规程与焊接工艺方法上，来探求控制焊接缺陷的对策措施，以确保整个锅炉的质量。对于锅炉的制造来说，焊接是一道关键工序，由于锅炉在使用过程中需要承受相应的压力，因此对于焊接质量的检测与控制已经成为锅炉生产中的重要内容。通过对锅炉焊接中常见的缺陷进行分析，外部缺陷主要有咬边，而内部缺陷主要有气孔、裂纹、未焊透（未熔合）、夹渣等，现就其成因进行如下分析。
1.对于焊接中咬边的成因分析及对策
从焊接缺陷的产生原因中来看，咬边通常因对母材的损耗，而在焊接处出现沟槽或凹缝，不仅影响锅炉焊接接头的外观，还容易因截面积减少而造成尖角应力集中，从而削弱焊接接头的强度，并导致结构破坏。特别是在锅炉等压力容器的焊接中，对于出现的咬边缺陷有明确的标准，而在锅炉的筒身、封头、以及集箱等部件进行拼接焊接时，则严格禁止咬边现象。从咬边的成因来看，主要有：一是焊接过程中焊接电流的设置过大，容易导致熔池内的温度过高，从而造成铁水的流动，一旦停止焊接，由于铁水减少，导致熔池边缘得不到熔化金属的补充而形成咬边；二是对于焊接时手持焊把的摆幅过小，在坡口位置焊把停留时间不足，以及过度偏移也容易造成焊口咬边的发生。
针对焊接咬边的发生，主要从以下措施来控制：一是在焊接电流的设置上要结合母材的型号与锅炉焊接部位来适当选择；二是从焊把与电弧长度方面加以注意，，要注重摆速、摆幅，以及停留时间的适当，焊接电弧要短些。三是焊条角度运用要正确，运条速度要均匀。
2.对于焊接气孔的成因分析及对策
在焊接实施过程中，由于熔接过程中产生的气体在液态金属冷却过程中来不及析出，往往在焊接后形成一些气孔，气孔是锅炉焊接中的常见缺陷，气孔的存在会削弱焊缝的截面积，同时，也会因为应力影响，而造成对焊缝质量的影响，如降低焊缝的力学性能，特别是抗拉强度、屈服强度、韧性等，从而导致锅炉存在安全隐患。从造成气孔的原因来看，主要有以下几点：一是在锅炉焊接坡口及其附近区域存在诸如油污、锈蚀、水分等污物，从而大大增加了焊接中产生气体的概率，特别是高温下对水分的分解，使焊缝极易产生气孔；二是对于焊丝表面存在的一些油污等，或者因焊条、焊剂受潮或烘烤未按要求都会增加了焊接中气体的产生；三是对于焊接工艺使用不当，未能按照相应的电流或焊接速度来科学实施焊接，导致焊缝熔池冷却时存在于焊缝熔池内的气体不能完全排出，从而造成焊缝气孔的产生；四是焊工在焊接时，由于焊条焊接角度的偏差，对焊缝熔池的金属填充过多，焊接收弧时间过长，也容易造成焊缝气孔的产生。五是焊接环境也会对焊缝气体的产生造成影响，风速过大容易造成空气进入焊接区，使电弧和焊接熔池的保护被破坏，从而使焊缝产生气孔。
针对气孔的应对措施：对于气孔的产生，结合不同的产生原因，主要从以下几点来进行避免：一是在实施焊接前，首先要对焊接表面及坡口进行清理，特别是有油污、锈迹等时，更应该从整洁标准上来确保焊接面的金属光泽性；二是从焊接材料的使用上，严格依照焊接规程要求，选择专用焊接烘烤箱，确保焊条及焊剂等材料的干燥满足焊接要求；三是加大对焊接环境的防护，特别是室外作业时要做好防风、防湿、防雨雪措施，使焊接环境达到相应标准要求；四是对于不同的母材，结合焊接工艺要求，选择适当的电流和焊接速度，使用预热等措施，确保足够的热输入，有效降低熔池在冷却过程中产生的过快冷却现象，从而确保气体能够顺利从焊缝熔池中逸出；五是从引弧位置的选取上，适当从稍远处来引弧。
3.对于焊接中裂纹的成因分析及对策
在锅炉焊接实践中，对于裂纹的控制也是很关键的。认识到裂纹对锅炉的危害性，从而从不同的裂纹缺陷来进行分析，以有效避免裂纹的产生。如宏观裂纹可以通过肉眼来发现，而对于微观裂纹则需要借助于相应的检测仪器来鉴别。对于锅炉生产来说，对于裂纹的控制与检测尤为重要，一旦存在裂纹，其危害将十分严重甚至是灾难性的，为此，从造成锅炉焊接裂纹的原因来看，主要有：一是母材含有较多杂质，如碳化物、硫化物以及其他低熔点杂质，在结晶后期，由于低熔共晶形成的液态薄膜削弱了晶粒间的结合力，一旦受到外力拉伸作用时，就会导致裂纹的产生；二是在焊接中由于焊接方法和工艺选择不当，特别是对于异种钢进行焊接时，由于其膨胀系数的差异，而在焊接中产生较大的应力差，当内应力逐渐增大时就容易造成裂纹的产生；三是在母材的热影响区和多层焊的层间，在焊接热循环峰值温度的作用下，低熔点杂质被重新熔化，在拉伸应力的作用下产生裂纹。
针对锅炉裂纹的产生，主要从以下几点来预防：一是从锅炉钢板的检测上，严格控制其碳、磷、硫等的含量，并从冶金上提升母材的规格标准，减少母材晶粒造成的裂纹影响；二是从锅炉焊接工艺要求上，对于焊缝处出现的热应力进行分析，并从焊接工艺上来把控焊接持续时间、焊接速度，减少焊接热影响区的范围；三是结合锅炉焊接流程要求，焊前进行预热处理，焊后进行后热、消氢处理，以避免焊接处因应力不均而造成的热影响区应力过度集中。同时，对于焊接区通过用敲击等方式来释放焊接应力也是十分有效的预防裂纹的方法。四是采用低氢焊材，焊材严格按焊接规程要求进行烘烤，焊接前应仔细去除焊接区域的铁锈、油污、水分。五是合理设计焊接接头及焊接坡口，减少焊缝的拘束和残余应力。
4.对于焊接中未焊透（未熔合）的成因分析及对策 从焊接原理来看，由于铁水在表面形成堆积，从而造成根部未焊透或者焊道与母材之间、焊道与焊道之间未熔合，未焊透及未熔合对焊缝产生较大的应力，削弱了接头的机械性能，对锅炉、压力容器来说，其危害是很大的，一旦超过应力的承受范围，将导致锅炉迸裂。针对其原因，主要有：一是对于接缝钝边过大，或者接缝接口间隙过小，对于坡口角度的调整不均时，很容易造成未熔合的焊接缺陷；二是由于焊接电流较小或者焊接速度过快，在母材表面形成铁水的堆积，而未能实现对焊缝的有效熔合，从而造成未焊透（未熔合）现象；三是焊接区域存在杂质或者油污等，也容易导致接口焊缝未焊透（未熔合）；四是焊接工艺不适当或焊工操作不当产生的，如焊枪角度问题、焊材质量问题、以及电弧偏燃等。
针对未焊透（未熔合）问题，通常采取以下措施来规避：一是做好母材焊接截面间隙尺寸的调整、坡口角度调适，以及钝边尺寸的处理，特别是对于单面焊接来说，其间隙值不应少于焊条直径，而对于钝边来说，其值应该不大于1/2焊条直径；二是对于焊接速度的把握要准，同时增加焊接时的电流值；三是对焊接表面进行清洁处理，及时清除层间的焊渣；四是焊接中做好焊枪、焊条的角度调整，减少未焊透（未熔合）缺陷的发生。
5.对于焊接中夹渣的成因分析及对策
焊接过程中产生的熔渣是不可避免的，一旦熔渣遗留于焊缝就会造成夹渣，对焊缝质量造成影响，降低焊缝的机械性能，从其产生的原因来看主要有：一是焊接中电流值过小，很容易导致熔池冷却速度加快，而熔渣因未及时与铁水分离而残存于焊缝，从而形成夹渣现象；二是熔渣本身的黏度过大，在与铁水的分离上有一定的困难；三是焊接中由于药皮脱落而未能完全熔化，在熔池中凝固而造成焊缝夹渣。
针对焊接中的夹渣现象，主要从以下措施来加以避免：一是适当增加焊接电流，促进熔池内的熔渣与铁水能够充分分离；二是选择合格的焊接材料，如焊条质量必须合标；三是在焊接过程中规范操作，利用目镜来观察熔池的亮度，从而有效控制夹渣的发生。
参考文献：
[1] 潘乾刚.锅炉制造和锅炉焊接技术的发展[J]. 金属加工（热加工）. 2011（18）
[2] 陈临泉，王建华.压力钢管焊接常见缺陷成因分析与预防措施[J]. 水利水电施工. 2012（02）
[3] 黄骅，程引彬.锅炉锅筒与管板对接焊接问题探讨[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊）. 2012（05）
关键词：锅炉 焊接缺陷 成因分析 对策措施
锅炉是生产和生活中常用的重要设备，在其制造过程中，焊接是关键工序之一，一旦出现焊接缺陷将直接影响锅炉的安全使用。因此，本文结合锅炉焊接过程中出现的焊接缺陷及其成因，从焊接操作规程与焊接工艺方法上，来探求控制焊接缺陷的对策措施，以确保整个锅炉的质量。对于锅炉的制造来说，焊接是一道关键工序，由于锅炉在使用过程中需要承受相应的压力，因此对于焊接质量的检测与控制已经成为锅炉生产中的重要内容。通过对锅炉焊接中常见的缺陷进行分析，外部缺陷主要有咬边，而内部缺陷主要有气孔、裂纹、未焊透（未熔合）、夹渣等，现就其成因进行如下分析。
1.对于焊接中咬边的成因分析及对策
从焊接缺陷的产生原因中来看，咬边通常因对母材的损耗，而在焊接处出现沟槽或凹缝，不仅影响锅炉焊接接头的外观，还容易因截面积减少而造成尖角应力集中，从而削弱焊接接头的强度，并导致结构破坏。特别是在锅炉等压力容器的焊接中，对于出现的咬边缺陷有明确的标准，而在锅炉的筒身、封头、以及集箱等部件进行拼接焊接时，则严格禁止咬边现象。从咬边的成因来看，主要有：一是焊接过程中焊接电流的设置过大，容易导致熔池内的温度过高，从而造成铁水的流动，一旦停止焊接，由于铁水减少，导致熔池边缘得不到熔化金属的补充而形成咬边；二是对于焊接时手持焊把的摆幅过小，在坡口位置焊把停留时间不足，以及过度偏移也容易造成焊口咬边的发生。
针对焊接咬边的发生，主要从以下措施来控制：一是在焊接电流的设置上要结合母材的型号与锅炉焊接部位来适当选择；二是从焊把与电弧长度方面加以注意，，要注重摆速、摆幅，以及停留时间的适当，焊接电弧要短些。三是焊条角度运用要正确，运条速度要均匀。
2.对于焊接气孔的成因分析及对策
在焊接实施过程中，由于熔接过程中产生的气体在液态金属冷却过程中来不及析出，往往在焊接后形成一些气孔，气孔是锅炉焊接中的常见缺陷，气孔的存在会削弱焊缝的截面积，同时，也会因为应力影响，而造成对焊缝质量的影响，如降低焊缝的力学性能，特别是抗拉强度、屈服强度、韧性等，从而导致锅炉存在安全隐患。从造成气孔的原因来看，主要有以下几点：一是在锅炉焊接坡口及其附近区域存在诸如油污、锈蚀、水分等污物，从而大大增加了焊接中产生气体的概率，特别是高温下对水分的分解，使焊缝极易产生气孔；二是对于焊丝表面存在的一些油污等，或者因焊条、焊剂受潮或烘烤未按要求都会增加了焊接中气体的产生；三是对于焊接工艺使用不当，未能按照相应的电流或焊接速度来科学实施焊接，导致焊缝熔池冷却时存在于焊缝熔池内的气体不能完全排出，从而造成焊缝气孔的产生；四是焊工在焊接时，由于焊条焊接角度的偏差，对焊缝熔池的金属填充过多，焊接收弧时间过长，也容易造成焊缝气孔的产生。五是焊接环境也会对焊缝气体的产生造成影响，风速过大容易造成空气进入焊接区，使电弧和焊接熔池的保护被破坏，从而使焊缝产生气孔。
针对气孔的应对措施：对于气孔的产生，结合不同的产生原因，主要从以下几点来进行避免：一是在实施焊接前，首先要对焊接表面及坡口进行清理，特别是有油污、锈迹等时，更应该从整洁标准上来确保焊接面的金属光泽性；二是从焊接材料的使用上，严格依照焊接规程要求，选择专用焊接烘烤箱，确保焊条及焊剂等材料的干燥满足焊接要求；三是加大对焊接环境的防护，特别是室外作业时要做好防风、防湿、防雨雪措施，使焊接环境达到相应标准要求；四是对于不同的母材，结合焊接工艺要求，选择适当的电流和焊接速度，使用预热等措施，确保足够的热输入，有效降低熔池在冷却过程中产生的过快冷却现象，从而确保气体能够顺利从焊缝熔池中逸出；五是从引弧位置的选取上，适当从稍远处来引弧。
3.对于焊接中裂纹的成因分析及对策
在锅炉焊接实践中，对于裂纹的控制也是很关键的。认识到裂纹对锅炉的危害性，从而从不同的裂纹缺陷来进行分析，以有效避免裂纹的产生。如宏观裂纹可以通过肉眼来发现，而对于微观裂纹则需要借助于相应的检测仪器来鉴别。对于锅炉生产来说，对于裂纹的控制与检测尤为重要，一旦存在裂纹，其危害将十分严重甚至是灾难性的，为此，从造成锅炉焊接裂纹的原因来看，主要有：一是母材含有较多杂质，如碳化物、硫化物以及其他低熔点杂质，在结晶后期，由于低熔共晶形成的液态薄膜削弱了晶粒间的结合力，一旦受到外力拉伸作用时，就会导致裂纹的产生；二是在焊接中由于焊接方法和工艺选择不当，特别是对于异种钢进行焊接时，由于其膨胀系数的差异，而在焊接中产生较大的应力差，当内应力逐渐增大时就容易造成裂纹的产生；三是在母材的热影响区和多层焊的层间，在焊接热循环峰值温度的作用下，低熔点杂质被重新熔化，在拉伸应力的作用下产生裂纹。
针对锅炉裂纹的产生，主要从以下几点来预防：一是从锅炉钢板的检测上，严格控制其碳、磷、硫等的含量，并从冶金上提升母材的规格标准，减少母材晶粒造成的裂纹影响；二是从锅炉焊接工艺要求上，对于焊缝处出现的热应力进行分析，并从焊接工艺上来把控焊接持续时间、焊接速度，减少焊接热影响区的范围；三是结合锅炉焊接流程要求，焊前进行预热处理，焊后进行后热、消氢处理，以避免焊接处因应力不均而造成的热影响区应力过度集中。同时，对于焊接区通过用敲击等方式来释放焊接应力也是十分有效的预防裂纹的方法。四是采用低氢焊材，焊材严格按焊接规程要求进行烘烤，焊接前应仔细去除焊接区域的铁锈、油污、水分。五是合理设计焊接接头及焊接坡口，减少焊缝的拘束和残余应力。
4.对于焊接中未焊透（未熔合）的成因分析及对策 从焊接原理来看，由于铁水在表面形成堆积，从而造成根部未焊透或者焊道与母材之间、焊道与焊道之间未熔合，未焊透及未熔合对焊缝产生较大的应力，削弱了接头的机械性能，对锅炉、压力容器来说，其危害是很大的，一旦超过应力的承受范围，将导致锅炉迸裂。针对其原因，主要有：一是对于接缝钝边过大，或者接缝接口间隙过小，对于坡口角度的调整不均时，很容易造成未熔合的焊接缺陷；二是由于焊接电流较小或者焊接速度过快，在母材表面形成铁水的堆积，而未能实现对焊缝的有效熔合，从而造成未焊透（未熔合）现象；三是焊接区域存在杂质或者油污等，也容易导致接口焊缝未焊透（未熔合）；四是焊接工艺不适当或焊工操作不当产生的，如焊枪角度问题、焊材质量问题、以及电弧偏燃等。
针对未焊透（未熔合）问题，通常采取以下措施来规避：一是做好母材焊接截面间隙尺寸的调整、坡口角度调适，以及钝边尺寸的处理，特别是对于单面焊接来说，其间隙值不应少于焊条直径，而对于钝边来说，其值应该不大于1/2焊条直径；二是对于焊接速度的把握要准，同时增加焊接时的电流值；三是对焊接表面进行清洁处理，及时清除层间的焊渣；四是焊接中做好焊枪、焊条的角度调整，减少未焊透（未熔合）缺陷的发生。
5.对于焊接中夹渣的成因分析及对策
焊接过程中产生的熔渣是不可避免的，一旦熔渣遗留于焊缝就会造成夹渣，对焊缝质量造成影响，降低焊缝的机械性能，从其产生的原因来看主要有：一是焊接中电流值过小，很容易导致熔池冷却速度加快，而熔渣因未及时与铁水分离而残存于焊缝，从而形成夹渣现象；二是熔渣本身的黏度过大，在与铁水的分离上有一定的困难；三是焊接中由于药皮脱落而未能完全熔化，在熔池中凝固而造成焊缝夹渣。
针对焊接中的夹渣现象，主要从以下措施来加以避免：一是适当增加焊接电流，促进熔池内的熔渣与铁水能够充分分离；二是选择合格的焊接材料，如焊条质量必须合标；三是在焊接过程中规范操作，利用目镜来观察熔池的亮度，从而有效控制夹渣的发生。
参考文献：
[1] 潘乾刚.锅炉制造和锅炉焊接技术的发展[J]. 金属加工（热加工）. 2011（18）
[2] 陈临泉，王建华.压力钢管焊接常见缺陷成因分析与预防措施[J]. 水利水电施工. 2012（02）
[3] 黄骅，程引彬.锅炉锅筒与管板对接焊接问题探讨[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊）. 2012（05）