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摘要:在当今经济飞速发展的背景下,工业上对于锅炉的使用要求越来越高,得力于国内外相关技术的发展,锅炉对钢材、压力容器等的参数要求也在大幅提高,在其实际应用范围不断扩展的情况下,对于这些组件之间的焊接技术要求也不断提高。本文将以焊接从业者的视角,在锅炉、管道钢、压力容器,先进的焊接技术和焊接自动化、机械化等方面来进行展示说明。
关键词:压力容器;管道焊接;材料;方法
一、锅炉中压力容器钢材选择
在工业使用的设备中,锅炉是设备运转、能量转化的一个重要关键点。必须要求锅炉所选用的制造材料能耐高压和高温,否则使用的锅炉无法完成高效的能量转化,无法满足工作生产,使得效率底下。当前选用作为锅炉压力容器焊接的材料主要分为三类:
1、耐高温
由于锅炉工作环境极端,抗温差要求很高,因此获得美国ASME材料标准的铬含量高于2%的Cr-Mo钢或多组元的CrMoVTiB钢是必须要选用的材料。其他应用领域也在频繁使用这类钢材,此钢材在美国钢材料标准中编号为A213-T24,有着低含碳量(低于0.10%),低含硫量(低于0.010%)的特点,因此不但容易焊接,而且无需预热。
2、耐高压
锅炉压力容器工作特点除了高温,还有高压,其内部压力与温度成正比,例如一般锅炉内温度到500-600摄氏度时,其内压力可达到370bar,蒸汽温度超过临界时,如达到700摄氏度以上,此时内部压力将超过370bar,水冷壁的温度也很可能越过600摄氏度的高温。所以在焊接材料选择上,9%Cr或12%cr的马氏体耐热钢是首选。它们对工艺和后期热处理要求十分严格,必须按特殊的措施实施处理,才能保证焊接效果。
3、耐腐蚀与抗氧化能力
从环境保护的角度考虑,锅炉运转效率越高,其排放烟气中的NOX,CO2,SO2等含量也会减少。因此高参数高性能的超特临界锅炉是未来的发展方向,但同时,在高温工作时,这些排放的废气会与钢材发生氧化或腐蚀作用,降低锅炉使用效率和寿命,甚至引起故障,造成损失。因此国际上针对超特临界锅炉的关键部位选材,多优先选择改进型9-12%Cr马氏体耐热钢,以便提升钢材耐腐蚀和抗氧化性能。
二、管道使用钢材的选择
与锅炉选择钢材原则有些不同,管道的主要作用是输送生产中产生或锅炉内产生的气体,除了烟尘,水蒸气以外,还含有SO2,CO2,CO,NO2等污染气体。这些气体都含有腐蚀、高热、高污染的特性,因此对于管道用材选择需注意如下几点:
1、封闭性强
为防止锅炉运行中产生的有害气体泄露,管道必须进行密闭焊接,这要求进行焊接的钢料必须具备良好的焊接能力,低硫、低碳的微合金钢是首选,经过热力学处理的微合金钢能够在焊接时迅速融化,并连接在一起。我国常采用的钢种为相当于我国标准钢号L555的最低屈服强度达到555Mpa的X80型最高级别强度材料。
2、耐腐蚀性
与锅炉压力容器类似,管道运送的气体中,存在大量高腐蚀性的气体,如SO2、NO等,高温下极易发生氧化反应。但与锅炉压力容器不同之处:管道选择材料时,更强调能保证焊接质量的种类,同时对焊接工人的技术也有不小的要求,这是为了确保锅炉工作时气体不会外泄。
3、耐高温性
锅炉燃烧时会排出大量高温高热的气体,成分主要是水蒸气,在进入管道后,最高温度可达到7-800摄氏度。因此为确保将温度影响降到最低,管道选材需选择耐高温的奥氏体耐热钢。
三、锅炉压力容器与管道钢材焊接方法
1.锅炉双面脉冲焊接法
我国一些工厂开始采用自动焊接技术——新型膜式水冷壁管屏双面脉冲MAG进行设备焊接,该技术能够有效利用锅炉热能,并且在焊接过程中节省材料,它的特点是从正反两个方面运用多个MAG焊头同时进行焊接。它能使得在焊接过程中发生的焊接变形相互抵消。焊接设备的性能越好,质量越高,则管屏焊接焊缝质量就越稳定,合格率越好。
2.锅炉受热面对接焊接法
当锅炉性能逐渐提升时,锅炉再热器,受热面等部位的数量以及厚度都在增长,我国采用国外先进技术——热丝TIG自动焊接机来应对这一情况。该技术的原理是在独立固定电压交流电源的供电的条件下,将填充丝送入焊接熔池,同时电阻加热到650-800摄氏度,加速填充丝熔化,其熔敷率与相同直径的MTG焊法的熔敷率十分接近。
3.厚壁容器纵环缝的窄间隙埋弧焊
厚壁容器纵环缝的窄间隙埋弧焊法是在1985年从瑞典ESAB公司引进的,最早的一台窄间隙埋弧焊系统应用在哈锅。近20年来,已经在我国各个大型锅炉、重型机械制造厂、化工机械等地使用。实际的生产数值表明,这种具备优质、高效、低耗的焊接方式,确实适合厚壁容器对接焊,是一种很好的选择。
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