锅炉异种金属焊接的缺陷问题分析

柳长磊，曹海艇，胡娜娜

（山东省特种设备检验研究院有限公司，山东 济南 250000）

随着经济社会的发展，人们对各类工程结构构件的要求也在不断地提升，相关的工作人员不断提升业务能力的同时也在优化技术，使得人们满足人们对金属的耐磨性，应高温持续性等要求。鉴于种种原因，单一的金属材料已经不能满足工程生产的需要，但是异种金属的焊接方法却得到了人们的广泛认可。金属焊接可能将各种组成材料的优异性能得到充分的展现，以此同时，也可以降低相关的生产成本，从而最大限度的提高企业的经济效益。因为不同的金属组织性能存在着不同的差异，例如在化学成分，比热容以及热导率等方面这就为异种金属的焊接增加了难度。在异种金属的焊接过程中在焊接交界面周围如果存在铁素体材料时就会特别容易出现裂缝。所以，如果当锅炉异种金属焊接方面存在缺陷时如果利用热膨胀差异或者碳素扩散以及周期性的温度变化就会使异种金属的缺陷提前出现。为了减少这种现象的发生，相关的工作人员在这一过程中选用的是镍合金焊丝来减少铁素体钢中的碳素进行转移。

为了加强对过热器与再热器在运行的过程中发生异种金属缺陷与裂缝的问题的研究，相关的工作人员决定做一个试验。根据相关的调查研究可以发现缺陷并不是焊接的技术高低决定的。在整体的试验过程中涉及到了320台机组，其中有60台机组是奥氏体钢管以及铁素体钢管，在这一过程中还发现运用到了三种焊接工艺，一种是奥氏体不锈钢焊接熔焊，一种为镍合金焊丝熔焊，还有一种是用压力与温度的压力焊接。工艺使用一般情况下采用的是铁素体焊接以及电阻焊这两种。

在这一过程中，有60台存在着缺陷的机组，其中奥氏体不锈钢焊丝熔焊的就占到了38台，铁素体焊丝熔焊为10台，镍基焊丝的焊接为7台，并且还有压力焊丝焊接4台，最后一台是电阻焊的哪种。

1 异种金属熔焊缺陷

1.1 奥氏体钢熔焊

奥氏体钢焊丝的焊接局限性主要表现在过热器中，大部分的锅炉异种金属的焊接问题都是出现在再热器与过热器中造成的缺陷。机组中的过热器与再过热器在建造上采用的是T22钢作为主要的材料，所以，在异种金属的焊接过程中所出现的各种各样的问题都是这一个原因造成的。从材料的投入以及运行的整个过程中相关的人员需要对局限性的问题以及相关的运行时间和次数进行有效的记录，将有关的数据记录下来会发现出现缺陷是由很多原因造成的，与锅炉的启动方法热态以及常态都是有关系的。在实际的焊接过程中，焊接流程出现在锅炉超过30000h之后，在启动的时候开始出现缺陷的启动次数至少在50次以上。在整个过程中最短的出现时间为机组启动200次以后出现相应的缺陷问题。

1.2 镍基熔焊

从目前的锅炉实际的异种金属的焊接情况来看，也出现了因为镍基因素出现裂缝的现象。经过实际的金相检验就可以发现，铁元素附近如果出现镍基熔焊会出现较大的裂缝，出现裂缝的额度主要的运行时间范围是在80000h左右，开始出现裂缝平均时间是在100000h，镍基熔焊出现问题的主要原因是再热器与过热器的关系，同时吸热管道也出现也同种问题。

1.3 铁素体熔焊

锅炉异种金属铁素体焊接操作时，铁元素体的利用率较高，虽然这一操作方式比较常见，但是也会对异种金属焊接造成一定的局限性，所以要在焊接操作时对焊接交界处是否存在裂缝进行有效的检验，其中最可行的方法是保持锅炉管材的吸热管运行2万h以上，经过反复多次的验证，看是否会出现裂缝问题，将材料换成T22，铁素体熔焊后锅炉管材吸热管运行8万h以上，会出现裂缝问题。

图1 铁素体熔焊后金属焊接表面形貌

1.4 压力焊缺陷

锅炉异种金属的焊接过程中，压力焊裂缝产生的主要的原因是前晶界面造成的。相关的人员为了证明要将T22的材料运营至少为50000h，并启动的次数至少要达到280次以后才会出现压力焊缝的缺陷。从综合的角度来讲，压力焊缝缺陷在这一过程中出现的频率并不高，所需要的条件较为苛刻。

1.5 电阻焊缺陷

异种金属进行电阻焊的实际操作中，由于金属的化学元素结构、物理性质等都有所差别，因此在完成金属焊接操作时，裂缝缺陷等问题就随之凸显出来，而每一个操作步骤出现误差都会对焊接结构和焊接位置造成影响，在操作过程中异种金属材料的特性也在发生改变。电阻焊接会带来金属材料中铁元素的应变，从而造成了焊接缺陷，另外，异种金属碳元素转移也会给完成焊接锅炉造成使用缺陷。

图2 金属焊接处截面及碳元素分布

2 金属熔焊局限性的防控对策

金属熔焊实际操作过程中会遇到不同的问题，导致异种金属完成焊接后出现一定缺陷，金属焊接操作工在工作时只要注意几点就可以避免此类问题的发生，在不使用强力组配的情况下，将异种金属焊接位置进行增厚、加固，另外还需注意的是在金属焊接操作过程中避免对焊接位置进行敲击。在实际操作中，相关的工作人员要对两种金属特性进行相关的了解和熟悉，确保两部分金属具有相同的属性，才能避免熔焊后不会出现问题，在操作前对材料的膨胀系数进行精准的检测，保证金属熔焊的效果。

3 结语

总而言之，锅炉异种金属的焊接存在各种各样的问题和局限性，相关的工作人员需要不断地创新技术使得金属焊接技术可以更加广泛的应用于生活中。因此，本文主要针对锅炉异种金属焊接过程中的主要缺陷问题以及相关的具体措施进行分析。