大西热能：研发生产低氮燃气蒸汽发生器、低氮燃气真空热水锅炉
摘要：在锅炉压力容器制造的过程中，由于生产流程通常较为复杂，涉及专业领域较多，加工时，任何一个环节出现问题，都会导致最终加工质量不符合标准，无法使用。其中，影响锅炉压力容器质量的一个关键的因素，就是其所选用的焊接材料的质量。焊接是锅炉压力容器在制造时的重要环节，同样的，也是较为容易出现问题的一个环节，因此，在实际制造时，需要工作人员给予高度重视，依据实际，选择适宜焊接材料，从而最大程度保证锅炉压力容器的稳定运行。基于此，本文主要针对锅炉、压力容器的焊接材料选用展开分析，以供参考。
在锅炉压力容器生产的过程中，由于该类容器的体积较大，结构也较为复杂，因此，无法一次性生产完毕，通常会预先完成相应结构部件的生产，之后再通过焊接的方式将其组装到一起，从而完成整体生产工作。在焊接的过程中，如果材料选用不当，便容易引发严重的安全事故，也会为后续的使用留下潜在的安全隐患，因此，加强对锅炉压力容器焊接环节的材料控制是十分有必要的。
1 锅炉、压力容器概述
锅炉、压力容器是特种设备的一种，也同样属于一种机械设备，其主要的运作方式，是通过燃烧燃料，将水转化为热水与蒸汽，通过这种方式，为居民生活与社会生产提供其所需要的热能，除此之外，也可以通过蒸汽动力装置，将热能转化为机械能，或使用发电机，将机械能再次转化为电能。然而，虽然该设备能够为我国社会带来巨大便利，但是，与此同时，也具有一定的危险性，一旦发生锅炉压力容器破裂或爆炸，会在破裂或爆炸的瞬间产生大量的能量冲击波，冲击波裹挟着破裂后的容器碎片向四周高速释放与飞射，具有较大的破坏性，会给周边人群与建筑造成极大的安全危害，进而引发安全事故，造成严重的社会损失，带来难以预计的惨痛后果。为了避免上述情况的发生，就需要相关企业在锅炉、压力容器设备的生产制造环节，一定要更加重视质量问题，最大程度保证设备安全性，其中，锅炉压力容器的焊接质量，是影响其整体生产质量的关键环节，因此，在实际的生产过程中，就需要相关企业做好对焊接质量的控制工作，以最大程度保证其安全性能。
2 锅炉、压力容器焊接概述
导致锅炉压力容易在焊接环节出现质量问题的因素较多，其中，材料是影响焊接工程质量的关键。通常情况下，材料的选择是需要按照相关标准与规范进行的，应在资金条件允许的情况下，尽可能选用质量较好的材料，并充分考虑到所选用材料的化学性能、使用方式、力学要求等。在材料进入现场后，还需要保证选用材料储存环境能够始终保持通风与干燥，从而避免材料与外界接触产生腐蚀、生锈等。如果材料质量与规格不合标准，便容易出现淬硬倾向，致使刚组织较硬，进而出现裂纹，而导致上述现象出现的原因有两个：一是对冷却速度的控制不合理，冷却速度过快；二就是材料问题，如果材料构成中含有较多C元素或Mn元素，在焊接完成后，就会出现淬硬现象，且随着这两个元素含量的增多，淬硬现象也会更为明显。虽然这种现象在短时间内不会对锅炉压力容器的正常使用造成较大影响，但是，却会为其埋下安全隐患，在使用过程中，就容易导致安全事故的发生。在实际焊接操作时，如果存在焊接线热量过高的情况，就有可能导致材料性能下降，发生软化问题，进而影响锅炉压力容器质量。
锅炉压力容器的主要作用，是将水资源转化为热水或蒸汽，为社会生产与人民生活提供其所需要的热能，或通过一定的装置，将热能转化为电能，而为实现上述功能，锅炉压力容器需要能够承受一定量的压力，在现有技术条件下，通常是通过保证容器内壁的一定厚度来实现的。除此之外，由于锅炉压力容器普遍具有较大的体积，因此，在焊接时，焊缝的查找与识别便成为一项较为困难的工作，传统焊接技术在这方面的应用较为不足，无法满足社会生产需要，因此，在未来一段时间内，锅炉压力容器的主要发展方向，应是如何提升其自动化与智能化水平，依靠人工智能技术实现对锅炉压力容器设备质量的提升。
3 锅炉、压力容器焊接材料选用的方法分析
3.1 焊接材料选用依据
在实际工作中，焊接材料的选用，需要按照一定的原则和依据进行，其中，由于材料的使用性能会直接决定最终焊接效果，因此，焊接材料的最主要选用依据，就是材料的使用性能。材料使用性能主要包括强度、耐腐蚀性、载荷性能、温度等方面，在进行锅炉压力容器的设计时，会考虑到这些材料的实际使用性能，并将相关的数据信息等资料体现在设计文件中，作为重要参考依据。因此，在实际锅炉压力容器焊接工作中，相关人员需要重视锅炉压力容器的设计材料，应在详细阅读相关产品的设计文件后，对产品设计需求车工分把握，从而确定最适宜的焊接材料。
3.2 焊接材料的选用方法
在焊接材料选用时，首先，需要查找母材料的具体执行标准，掌握母材料的化学性能与成分构成，如果对于材料的性能要求较高，也可以酌情进行碳当量的检测，从而为焊接工作提供数据支持。其次，在把握相关材料的参数后，依据材料的成分、强度、韧性等指标，保证其与设计方案中的材料设计相符合，能够满足锅炉压力容器生产的基本需求。在此过程中，需要相关人员格外注意的是，材料匹配与相近、相同这三个概念的不同意义，才能够更好地完成材料的选用工作。材料匹配主要指在实际焊接过程中，被焊接材料的专用焊接材料，在按照规范化的焊接工艺进行焊接后，能够与焊接母材料表现出的性能大体相同。这种材料的选择方法在实际工作中应用较为广泛，也是一种较为便捷且使用的方法，相关工作人员能够很轻易地获得母材料的成分构成，从而在材料供应商处选择与母材料相近的其他焊接材料。材料相近主要指所选用的焊接材料的成分与性能同母材料基本一致，但仍旧具有细微差别的情况，这种细微的差别并不容易通过人为方法进行控制，这也在一定程度上导致母材料对应焊接材料的选择具有一定的多元性。材料相同在实际工作中较为少见，只有在一定的特殊情况下，才会选用这种方法。
4 锅炉、压力容器焊接材料的代用与选用
本文对锅炉压力容器焊接工作中，几种常见材料的选用与代用展开介绍，现阶段，选用与代用原则，主要在于以下几点。
4.1 碳素钢、低合金高强度钢焊接材料的选用与代用
碳素钢又被叫碳钢，主要指一种含碳量约在0.0218%～2.11%的材料，除了C元素外，其中还包含较少的Si元素、Mn元素、S元素与P元素。在通常情况下，其中C元素的含量越高，碳素钢的整体强度也就越高，相应的，其可塑性也就越低。低合金高强度钢，则主要指对低碳钢在进行合金化处理后，形成的一种钢结构。之所以被称为低合金钢，是因为其中的合金含量会被控制在3%以内，而高强度则是相较于碳素钢而言的。在实际的焊接工作中，这两类钢材料通常会被应用于无明显氧化与腐蚀的承载结构，温度需要始终保持在-20～425℃，由于条件要求相对较低，因此，在进行锅炉、压力容器的焊接材料时，具有较为广泛的应用范围。一般情况下，选用该类材料进行焊接时，只需要对含碳量进行检测即可，不需要进行工艺评定，但是在选用时，仍需要特别注意以下几个问题：首先，这类材料的选用需要格外重视厚度的问题，应尽可能将厚度控制在合理的区间内，超过某一区间时，就会导致焊缝热循环的次数增加，降低强度。其次，由于锅炉、压力容器的焊接普遍采用的是消除应力的热处理方式，因此，也需要充分考虑到热处理的影响，如果加热温度超过650℃，就会导致焊缝强度整体降低。最后，需要充分考虑到应力腐蚀的问题，含碳量较高的材料会增加应力腐蚀的可能性，影响焊接强度。
4.2 低合金耐热钢焊接材料的选用
低合金耐热钢就是指其内部合金含量较低，且具有较好耐热性的一种钢结构材料，在高温环境下，也不会轻易氧化或产生蠕变现象。该材料是在低合金高强度钢基础上，添加少量的Cr元素与Mo元素而形成的。在实际的生产过程中，12CrlMoV材质的焊接材料应用范围最广，其余诸如15Mo、15CrMo等材料，在锅炉、压力容器焊接中的应用概率则相对较低。相关工作人员在选用此类材料时，需要依据相应的技术标准，结合材料的使用温度、许用应力判断，从而最大程度上保证焊接材料选择的合理性。
4.3 低合金低温钢焊接材料的选用
低合金低温钢，主要指一种能够在低温环境中应用的钢结构材料，通常应用环境为周边环境低于零下20℃的情况。在-20℃的环境中，其他钢结构材料会因为低温环境而出现脆性，影响焊接强度，而使用低合金低温钢焊接材料，就能够很好地避免这一问题的发生。该材料主要是通过控制合金成分与金属组织的方法来保证低温性能的，主要牌号包括16MnDR、09MnNiDR等。不同的低温钢在不同低温环境下所表现出的特性也是不同的，且低温钢所能够承受的温度等级越低，其在常温条件下的强度也就会越低，代用过程会较为复杂，因此在实际选用焊接材料前，一定要对材料性能做好充分研究，以保证最终材料选用能够符合实际焊接需求。以焊接条为例，如果想代用，通常情况下有两种方法，一种是明确被代用产品的最低使用温度，保证焊接材料最低温度在使用温度限制范围内即可；另一种则是在产品设计的过程中，常温屈服强度是应力水平的6倍，存在厚度余量，此时，可以选用强度较低但抗低温性能较好的材料代用。
4.4 奥氏体不锈钢焊接材料的选用
不锈钢从某种意义上来说，就是指一种不会生锈的钢金属结构，具有不锈性与耐酸性，而奥氏体不锈钢，则主要是指一种在常温环境下，具有奥氏体组织的不锈钢材料，该胶料的韧性与塑性较高，实际应用范围较广，适用于高温、低温以及腐蚀等多种环境。在锅炉压力容器的焊接工作中，奥氏体不锈钢是重要的焊接材料。然而，奥氏体不锈钢相较其他钢结构材料来说，其实际强度相差较小，仅能通过冷加工进行强化，在实际加工中，通常是使用超低碳焊接材料进行低碳奥氏体不锈钢的焊接。除此之外，在实际选用焊接材料前，还需要明确锅炉压力容器的实际应用情况，尽可能在对耐腐蚀性与抗低温性要求较高的环境中选用奥氏体不锈钢焊接材料，如果环境温度较高，则不能够使用此材料。
4.5 焊条酸碱性的选用原则
焊条主要指在进行电焊或气焊操作时，在两个焊接工件的连接处填充的一种金属条，主要材质与工件材质相同，且为了保证焊缝性能，对焊条成分也提出了较高的要求，其中的各金属元素含量需要严格遵循相关标准规定，从而最大程度保证安全性能与焊接质量。在锅炉、压力容器的焊接工作中，焊条的作用同样十分重要，是焊接工作中必不可少的部分之一，具有较好的抗裂性与冲击韧性，能够有效保证锅炉压力容器质量。但是，在实际的焊接工作开始前，还需要对焊条做好清洁工作，需要保证其表面不具有油渍、铁锈与水渍，从而避免表面杂质对焊接效果产生影响。除此之外，由于焊接工作的难度较大，因此对相关技术人员的操作要求较高，因此，还需要尽可能保证焊接人员能够具有较好的技术水平。
除了上述因素外，焊条的酸碱性同样是影响焊接质量的重要因素。碱性焊条又被叫作低氢型焊条，含氢量较低，具有较好的抗裂性与力学性能，但是，相对而言，工艺性能较差，一般被用于直流电源施焊且焊接效果一般，对于焊接性能要求较高的锅炉压力容器设备的焊接工作中并不十分适用。而酸性焊条则主要指药皮中含有大量酸性氧化物的焊条，虽然抗裂性与韧性较差，但是，却具有较好的工艺性能，具有良好的焊接效果。当酸碱性焊条熔敷金属成分相同时，其强度与塑性的差距并不十分明显，但是，在冲击韧性上却存在差异，而影响冲击韧性的主要因素为温度，温度越高的情况下，冲击韧性的值也就会越高。碱性焊条在零下30℃的环境下保证熔敷金属具有足够冲击吸收功能，而酸性焊条则能够保证在0℃时熔敷金属具有该功能。现阶段，酸性焊条通常只在碳素结构钢与奥氏体不锈钢的焊接中使用。