锅炉安装焊接缺陷检测方法及常见缺陷控制策略探讨

锅炉安装焊接缺陷检测方法及常见缺陷控制策略探讨

黄武秋

广东省特种设备检测研究院佛山检测院

摘要：锅炉作为工业生产中不可缺少的设备，锅炉安装的焊接质量，直接影响锅炉的正常运行，对安全生产起到至关重要的作用。基于此，本文主要对锅炉安装焊接缺陷的检测方法进行了分析，并对锅炉安装焊接缺陷产生的原因及控制策略进行了探讨，以供同仁参考。

关键词：锅炉安装；焊接技术；检测方法；常见缺陷；产生原因；控制策略

一、前言

近年来，随着我国经济的发展，锅炉逐渐广泛应用于工业生产企业中，其安装的水平直接影响整个产业的效率；每个安装的环节都很重要，一旦出现焊接缺陷，锅炉的使用寿命将大大折扣，使用性能的稳定性也随之下降。因此，应积极找寻锅炉安装焊接过程中可能发生的缺陷，分析质量缺陷控制要点。基于此，本文主要对锅炉安装焊接缺陷的检测方法进行了分析，并对锅炉安装焊接缺陷产生的原因及控制策略进行了探讨，以供同仁参考。

二、锅炉安装焊接缺陷的检测方法
　　焊接完成之后为防止出现焊接缺陷必须对焊缝进行检测，焊缝的检测主要通过以下几个方面进行。
（1）外观检查。对接焊缝焊完后，要进行100%的外观检查，通常在目视检测的合格上，外观检查是在使用其他检测方法之前用来确定将要检查的范围（例如，表面裂纹、结疤、夹渣、分层、折痕、漏泄、管子变形等）。必要时可借用放大镜（放大2-20倍）观察。在可能条件下多拍些彩照记录损伤外表状态。检查有无内外沉积物，记下金属光泽。取样时要精确记下取样位置，力求不损伤样品。测量与原始尺寸的差异（圆度、壁厚、直径、长度……）。
（2）超声波检测技术。超声波检测技术是一种广泛应用于各个领域的非破坏性检测方法。它基于超声波在材料中传播和相互作用的原理，通过发送和接收超声信号来评估被测物体的内部结构、缺陷及其他相关特征。超声波是一种机械波，其频率高于人类可听到的声音范围（20kHz-1GHz）。它在固体、液体和气体等不同介质中传播的速度和路径会受到材料的密度、弹性模量和尺寸等因素的影响。超声波在材料中传播时，会出现多种声学现象，如折射、散射、衍射和吸收等。超声波可以探测到焊接过程中可能存在的各种焊缝缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等，并且能够定量评估这些缺陷的尺寸、位置和类型等参数。

（3）电磁涡流表面裂纹检测。焊缝表面裂纹的渗透检测，都需要将被检焊缝表面事先进行打磨清洁处理，除去表面氧化，因此大量的打磨增加了锅炉停产检验的时间和费用。针对这些问题，人们研究出基于复平面分析的金属材料焊缝电磁涡流检测技术，在有氧化层的情况下，也可采用特殊的点式探头对焊缝表面进行快速扫描检测，而且提离效应对检测结果的影响很小。在锅炉停产进行的全面检验中，先采用此种方法对焊缝进行快速检测，然后对可疑部位进行渗透检测复验，以确定表面裂纹的具体部位和大小。

（4）渗透检测法。在用锅炉停炉内外部检验时，对于烟火管锅炉来说，经常出现的问题是后管板裂纹，这类裂纹最先产生于外侧，逐渐向里扩展，直到裂穿发生泄漏。对这类裂纹一般是采取补焊的办法修理，但往往是今年刚修好，第二年甚至当年使用中就又发生泄漏，给用户带来诸多困难和不良影响。针对这一问题，工作人员要认真分析了其产生原因、处理方法、使用情况，认为主要原因有三：一是修理方法不当，采用表面堆焊堵漏的方法；二是后管板水侧的水垢未彻底清理干净或水处理质量严重不符合水质标准；三是修理时裂缝已产生但未裂穿，即无渗漏痕迹，宏观肉眼看不见的裂纹未能发现并进行修理。对于第一、二种原因，检验员向使用单位和修理单位讲清楚后是可以改正和避免发生的，对于第三种原因则需在修理前能够发现这些裂纹才能解决。于是在这类锅炉检验中，根据使用情况（主要是后管板水侧水垢厚度情况）和结构特点，认为有可能产生裂纹时，采用渗透检测方法进行辅助检验，使修理前能够发现全部裂纹，特别是未泄漏的裂纹，对这种缺陷的准确、彻底修理起到了良好的作用。

（5）水压试验。水压试验是通过对锅炉中的水进行加压来检测锅炉各承压元件进行检测的一种方法。在检测过程中，对加压的准确度要求很高，必须确保锅炉的完好元件不受到损坏。它能有效的显示出锅炉的严密性和结构强度方面的缺陷。水压试验对锅炉内具有缺陷的元件会造成一定的损伤和破坏，但能有效的避免在锅炉的运转过程中出现严重的破环，保证了工作的安全，所以对锅炉进行水压检测还是很有必要的。水压试验具有安全、成本低、操作方便、易于发现元件的缺陷等特点。在试验过程中，出于各元件自身的特点不同以及只能靠肉眼来发现观察元件的缺陷，导致了元件缺陷程度不能被完全发现。尽管水压试验有一定的缺点，但其优点也比较明显，所以，它仍然是目前最基本的锅炉检测手段之一。

三、锅炉安装焊接缺陷的产生原因及控制对策
（1）气孔

工作人员在对锅炉焊接时焊接面出现气孔现象，主要是因为焊接材料选择不当与焊接工艺缺陷导致的。在焊接材料选择方面的问题，焊接工作人员并没有按照焊接准备要求烘干焊接材料，焊条在长时间潮湿环境的放置下出现药皮变质、失效、剥落等，焊条的焊芯由此出现锈蚀现象，导致焊接的过程中将其它杂质混入到焊接材料中，从而导致杂质引发的焊接气孔现象。在焊接工艺方面的问题，在SMAW焊接技术应用中，部分焊接工作人员在焊接的过程中由于焊接电流过大，焊条发红，进一步导致焊条（碱性低氢型）在使用过程中电弧过长，SMAW（钨极）氩气的纯度低于标准工作要求，引发保护不良与保护失效等问题，无法有效预防锅炉焊接过程中出现气孔现象。

　　控制对策：避免外界杂物在焊接过程中进入到焊接材料当中，是锅炉焊接人员在焊接过程中避免气孔产生的关键。为此焊接工作人员结合自身的工作经验可以采用以下两种方法：（1）热引弧电流。焊接工作人员可以在焊接的过程中利用热引弧电流方法，在1~2s时间内通过加大电流Ih为I的1.5倍~2倍，从而达到在规定时间内达到快速激发焊接电弧的目的，迅速建立保护环境，避免其它气体在焊接的过程中混入到材料当中；（2）结合焊接的具体情况，采用特殊焊接技术环节减少气孔的产生，焊接工作人员可以在于焊接处有一定距离的地方进行起弧，再进行正仰焊，从而避免焊接过程中出现气孔。
（2）裂纹
　　锅炉焊接过程、焊后、持续一段时间后经常会出现裂纹缺陷问题，而产生此种缺陷的原因主要体现在以下几方面：母材金属中碳元素和硫磷含量较高，难以保障良好焊接效果，最终导致裂纹出现；焊条焊剂中金属元素或硫磷含量较高的情况下，裂纹缺陷问题也会因此产生；焊接过程，受低温或穿堂风等因素影响，焊缝冷速过快，此时也会出现裂纹缺陷；焊件过大的壁厚会形成结构应力，裂纹缺陷就会产生。
　　控制对策：裂缝在焊接过程中是必须避免的，因为它们可能导致设备的损坏和危险。（1）要保证焊缝点固，使待焊管装配牢固；（2）避免强力组对现象的发生；（3）避免针对裂缝用力敲打；（4）焊接异种钢的过程中，应以两种材质物理及化学性能、焊接性为依据对焊接工艺进行确定。如焊接热强钢和不锈钢的过程中，因二者具有不同的热膨胀系数，所以散热快的一侧，电弧应停留稍长时间；（5）合金钢焊接的过程，尽可能利用引弧装置，使淬硬和夹钨出现的可能性有效减少。
（3）咬边
　　咬边产生的原因：（1）焊接时的电流过大，电弧过长；（2）运条速度过快，在坡口两边停留时间不足；（3）焊接角度选择不当等。
　　控制对策：从焊接缺陷产生的原因看，咬边是指在焊接过程中沿焊缝的焊趾母材部位产生沟槽或凹陷。咬边不仅影响锅炉焊接接头的外观，还会减少母材金属的有效面积，从而导致焊接接头的力学性能被削弱，同时还会产生应力集中，给锅炉的安全运行带来潜在危害。为了防止咬边的发生可采取以下预防措施：（1）在焊接电流的设置上应结合母材的厚度、焊接部位来选择电流大小；（2）尽量采用短弧焊接；（3）焊条摆动的速度要均匀、角度要正确，在坡口边缘适当停留。
（4）未焊透和未熔合
　未焊透现象是锅炉安装焊接过程中的常见现象，焊接过程中焊接空间、焊接距离、焊接材料都会在一定程度上制约焊接工艺。焊接工作人员实际施工的问题，主要在以下几种客观焊接环境中导致未焊透现象的出现：（1）当施工人员对膜式水冷壁管进行施工安装时，由于焊接空间十分狭小，影响了焊接工作人员焊接工艺水平，从而导致未焊透现象的出现；（2）焊接过程中焊接材料的片与片多组同时进行组对，加大了焊接工作人员的焊接难度，导致组对间隙相差较大，出现未焊透现象；（3）焊接过程中环境因素影响焊接工作人员操作，尤其对锅炉管道进行焊装的过程中，复杂交错的管道结构限制了焊接工作人员的操作方式与操作行为，加大了整体焊接难度，导致错口焊接与未焊透的现象。
　控制对策：为了进一步减少因客观因素导致的未焊透现象，焊接工作人员可以采用一系列的技术措施，从而有效预防控制未焊透现象。（1）当焊接工作人员对膜式壁组片进行组装时，应该仔细检查焊口的情况，如果焊口整体相对平整只是轻微的出现变形，可以采用焊接技术修正焊口之后进行组装。焊接工作人员对鳍片管进行焊接时，如果出现了整体变形大且无法利用机械方式进行修正时，焊接工作人员需要对其进行切割处理，并结合分段退焊的焊接方法预防未焊透现象的产生。（2）焊接工作人员对多个焊接口进行组对时，焊接管工作人员应该控制间隙的范围，将间隙控制在5mm以内，并能够满足基本的焊接要求。焊接工作人员在焊接的过程中可以先对间隙较大的组片进行焊接，保证焊口的焊接质量，既能够有效避免未焊透现象的产生，又能减少焊接结束后组片因接应力发生变形。最后，在狭小空间进行焊接时，可以改变焊接操作方法，两位焊接工作人员分别进行上下两面焊接：上面焊接工作人员完成添加焊丝的工作，下面的焊接工作人员完成焊枪操作工作，通过有序分工降低焊接工作人员的操作难度。

（5）夹渣

夹渣是指在焊接过程中熔渣或其他杂质遗留在焊缝中的情况。夹渣将会降低焊缝的力学性能，从而导致焊缝出现裂纹。产生夹渣的主要原因有：（1）焊接过程中电流过小，易造成熔池冷却速度过快，熔渣未能及时和铁水分离导致熔渣残留在焊缝中，从而出现夹渣现象；（2）焊缝坡口尺寸设计不符合规定要求；（3）焊接工艺参数不合理；（4）是焊条的选型和质量不能满足母材焊接的要求。

控制对策。为了防止夹渣的发生可采取以下预防措施：（1）适当增加焊接电流，使熔渣和铁水充分分离；（2）选择合理的坡口尺寸，有利于熔渣的充分流动。（3）焊接前对坡口及其附近区域杂质清理干净；（4）根据现场施焊情况选择合理的工艺参数。（5）根据母材的特性选择相应的焊接材料。

四、结语
　　综上所述，在行业生产中，锅炉设备属于常见的特种设备，锅炉安装质量关系到了行业生产安全性，所以，加强锅炉焊接管理，是相关企业的重点任务。由于在焊接作业过程中，容易受到各种因素的干扰，产生多种质量缺陷，极大程度的增加锅炉运行风险，管理人员要对这些通病进行针对性防控，加强质量检测控制，提高锅炉安装质量，才能真正的发挥出锅炉设备的关键性作用。

参考文献
[1]钱志晓.锅炉安装中常见焊接问题及其缺陷控制措施及其核心要点[J].化学工程与装备,2020(04):212-213.

[2]杨炜.锅炉焊接缺陷的成因及对策分析[J].中国金属通报,2020,6(9):256-257.

[3]柳长磊.锅炉异种金属焊接的缺陷问题分析[J].中国金属通报,2020,17(3):266-267.