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摘要：当前锅炉、压力容器和管道中最重要的工艺是焊接，焊接技术也是关系到压力容器质量的重要工艺环节，在这一领域内，焊接工作者始终面临复杂而艰巨的技术难题，通过不懈的努力已在许多关键技术上取得重大突破，并在实际生产中得到成功的应用，并取得了引人注目的进步。主要介绍国内外锅炉、压力容器与管道制造业中已得到成功应用的先进高效焊接方法。
关键词：压力容器；管道；焊接工艺
引言
1锅炉压力容器和管道的焊接特点
不同于其它类型的压力容器和管道，锅炉的使用服役条件为高温、高压，因此锅炉压力容器和管道焊接的特点比较特别，具体有以下几点：
①低合金高强钢中含有较多C、Mn、V、Nb等元素，这些元素会导致钢的硬度大，再经过焊接后，产生淬硬效果。当钢的服役条件是刚性很大时，就会产生冷裂纹，且裂纹的发展较慢，给压力容器的使用埋下危险。同时，焊接时焊接接头热影响区受高温的影响，钢中的C、Nb、Cr、Mo等元素会留在奥氏体里，焊后冷却很快，这些元素无法及时析出。而在焊后热处理的时候，这些元素易弥散的形式析出，使晶粒内部的强度升高，晶界处的应力较小，相对呈松弛状态，也就易产生变形，导致焊接接头的产生沿晶开裂。然后，如果焊接线能量小，热影响区会因马氏体而出现裂纹；焊接线能量大，热影响区的晶粒尺寸会很大，塑性降低。此外，焊接接头热影响区还会出现软化区域，这将直接降低锅炉压力容器的使用安全和寿命。
②锅炉压力容器的尺寸较大，壁厚也较大，无论在焊件的预热、微观组织获得和焊缝观察上，都给焊接技术带来较大的挑战，焊接技术需要向自动化、智能化、简单化的方向发展。
2锅炉压力容器的焊接方法
中国锅炉压力容器和管道的焊接技术和焊接方法一直在不断的进步，可以根据具体的焊接位置和母材的不同，选取不同的焊接方法，锅炉压力容器的焊接方法主要有四种：手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护电弧和电渣焊，简要分析几种焊接方法。手工电弧焊是最常见的焊接方法，基本原理是是利用电弧产生的高温使焊接部位熔化，这种方法单纯依靠手工操作，虽然灵活性较大，但对工人技术的要求很高，工作效率不高。如果焊接面的很大，还需要热处理时，可以采用电渣焊。电渣焊是一种较特殊的方法，由于锅炉压力容器的体型巨大，通常呈圆球形，重量很大，只能使用这种方法处理较大焊接面。氧乙炔焰气焊的热源较复杂，热度不够，只可以焊接韧性较高的钢，无法应用在焊接接头的焊接上。当焊接工艺评价完成后，才可以选取适当的焊接方法，制定相应的焊接工艺参数。
3锅炉压力容器和管道的焊接材料
锅炉压力容器和管道常采用耐热钢焊接材料，有以下几个注意事项：
①首先，选择耐热钢焊接材料时，焊缝金属的强度指标需要和母材保持一直，也就是等强焊接。不仅需要保证焊缝金属和母材在常温状态下强度一直，还要保证在高温状态下焊缝的强度不低于母材的标准值。
②焊接材料中的C含量对焊缝金属的影响较大，应保证焊材C含量低于母材的C含量，避免焊缝金属产生裂纹。但C含量不能过小，在焊后热处理使，产生的铁素体，会降低焊接接头的韧性。一般焊缝金属的C含量保持在0.08%~0.12%之间最好，不仅可以使焊缝金属冲击韧性较高，还能保证与母材的等强。
③焊缝金属中Cr、Mo等元素的含量要高于母材中的含量，这是保证焊缝金属和母材等强的基础。
④确保对焊缝金属中O、Si、P、Sn、Se、Sb等元素的严格控制，这是为了保证焊缝金属和母材回火脆性的一致。
4锅炉压力容器的焊接工艺
4.1底层焊
底层焊通常采用氢弧焊的方法，从上到下，以点焊方式开始。为了确保底层焊缝的均匀性，减小裂纹产生的可能，底层焊的检查也是必要的。
4.2中层焊
在中层焊进行前，需要先清理和检查已焊焊缝。如果需要重新施焊，要保证焊缝接头和底层焊缝接头错开的距离至少要在10mm以上。中层焊选择直径为3.2的焊条，中层焊缝的厚度至少是焊条直径的8~12倍，选择直线型的运条方式。
4.3表层焊
表层焊采用焊条的直径需参考焊缝已焊厚度。每根焊条的起弧位置与收弧位置均要与中层焊缝接头错开，要保证表层焊缝的表面完整性以及压力容器的圆滑过渡。
4.4焊后热处理
焊后热处理是必要的步骤，可以消除焊接的残余应力，防止冷裂纹的产生，优化焊接接头的力学性能。一般焊后热处理可分为后热处理、消除应力后的焊后热处理和改善焊接接头性能的焊后热处理，可根据不同的要求采用适合的热处理方法。
4.5无损检测
锅炉压力容器焊接工作全部完成后，需要对焊缝进行必要的无损检测，包括焊缝表面的无损检测和焊缝内部的无损检测，检测时需参考相关的质量规定和要求。
5管道的焊接工艺
5.1蛇形管的焊接
目前，我国锅炉小管直管采用的焊接工艺，主要是自动TIG+MIG焊接工艺及自动热丝TIG焊接工艺。自动焊接设备一般是配备焊前自动取料架以及焊后送管料架，同X射线工业荧光探伤机及自动CNC弯管机，共同构成了蛇形管的生产线，使锅炉蛇形管生产质量和效率得到很大的提升。其中，热丝TIG焊接，由于其具有焊接效率高、焊接质量好、异种钢焊接稀释率低、材料适应性广、焊接材料供应方便和可实现连续焊接等众多优点，将成为锅炉蛇形管焊接的主流，也将成为我国各大锅炉制造厂商的焊接发展的方向。
5.2大直径厚壁管生产中的高效焊接法
随着我国管道的不断建设，大直径厚壁管的需求也越来越多，这种类型的管道制造的方式都是采用钢板压制而成，并且通过焊接而成。在实际的发焊接过程中，由于管道壁较厚，所以焊接工作量较大。一般都会采用3丝、4丝、5丝串列电弧高速埋弧焊。焊接过程中，5丝埋弧焊在焊接16mm的壁管时，其速度能够达到156m/h，焊接38mm壁管，其速度能够达到100m/h。同时，为了保证良好的焊接质量应该采用PoweIwaveAC/DC1000数字控制焊接电源。
5.3厚壁管件全自动多站焊接装置
火力和核电站的主蒸汽管道，其壁厚已超过10Omm，焊接工作量非常大，迫切需要实现焊接生产的全自动化，以提高生产率。每个焊接工作站由焊接操作机，翻转机构，滚轮架，夹紧装置和焊接机头及焊接电源等组成。所有的焊接工作站由中央控制器集成控制。适用的管径范围为139、558mm，壁厚18、100mm.管件长度大于1800mm.可全自动焊接直管对接，直管与弯管接头，直管与法兰以及直管与端盖对接接头。焊接办法采用窄坡口热丝TIG焊。在该自适应控制系统中，采用黑白摄像机检测坡口边缘的位置。采用彩色摄像机监控电弧和填充丝的位置。通过检则焊丝加热电流控制填充丝的垂直方向的位置。这种控制办法是利用黑白摄像机的图像，经过计算机图像处理，确定内外边缘的照度差。当焊接条件变化时，系统将自动调整摄相机快门的曝光时间。以达到给定的照度，使焊枪始终保持在焊接开始时调整好的位置。壁厚管件全自动多站焊接装置基本上实现了焊接作业无人操作。
6结语
我国锅炉压力容器生产技术水平还有很大的提升空间，和世界先进技术间有较大差异，相关的焊接技术、焊接材料和焊接设备的研发都在研究和发展中。所以，为了使我国锅炉压力容器的制造技术有突飞猛进的发展，首先，国家和企业需要加大对锅炉压力容器焊接研发的投入，培养科研工作者的技术水平。其次，可以开展和国外高技术水平企业的深入合作，引进高端技术，进行技术的融和。再次，发展自己的先进焊接技术，例如自动焊接、智能焊接和新型焊接材料的研制，提高我国焊接技术的核心竞争力，彻底摆脱对国外焊接技术的依靠。
参考文献
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