立式锅炉下脚圈与锅壳的连接焊缝质量控制

杨　君　秦光辉　陆　文　向旭东

（乐山市特种设备监督检验所）



立式锅炉下脚圈与锅壳的连接焊缝质量控制

杨君*秦光辉陆文向旭东

（乐山市特种设备监督检验所）

摘要结合生产实践，从全面质量控制的角度深入分析了影响锅炉下脚圈与锅壳连接焊缝质量的主要因素，并提出了合理可行的控制措施。

关键词立式锅炉锅壳下脚圈焊缝氩弧焊焊接质量

*杨君，男，1983年生，工程硕士，工程师。乐山市，614000。

0　前言

近几年的特种设备事故统计分析显示，小型立式锅炉恶性爆炸事故占锅炉爆炸事故的比重较大，而立式锅炉的爆破点多发生在下脚圈与锅壳的连接焊缝处。该焊缝是立式锅炉的最后一道封闭焊焊缝。为确保其焊接质量，满足锅炉结构的使用性能与安全性能要求，降低该部位的事故概率，《锅炉安全技术监察规程》（以下简称《锅规》）中4.3.3.2款规定，立式锅壳锅炉下脚圈与锅壳的连接焊缝应当采用氩弧焊打底[1]。在《锅规》实施过程中，发现氩弧焊打底时出现的缺陷较多。本文通过对立式锅炉下脚圈与锅壳的连接焊缝焊接质量控制的探讨，结合生产实践，分析了影响焊接质量的因素，提出了监督管理、工艺改进等方面的综合建议，从而可避免或减少焊接缺陷的产生，有效控制和提高焊接质量，消除或减少焊缝在使用中的安全隐患。

1缺陷与原因分析

立式锅炉下脚圈与锅壳的连接焊缝采用氩弧焊打底时常产生下述几种缺陷类型：有未焊透、根部未熔合、根部咬边、根部焊瘤、焊缝余高超标、内凹和夹钨等，部分缺陷类型示例详见图1。产生上述焊接缺陷的原因主要有工艺参数、装配质量、工装设备、焊工操作等几个方面，换言之，就是“人、机、料、法、环”几个方面。

2下脚圈与锅壳的连接焊缝氩弧焊打底质量要求

2.1外观质量

按照《锅规》4.5.1条要求，受压元件焊接接头的焊缝外形尺寸应符合设计图样和工艺文件的要求，对接焊缝高度不低于母材表面，焊缝与母材表面平滑过渡，焊缝和热影响区表面无裂纹、夹渣、弧坑和气孔，锅筒（锅壳）、炉胆的纵（环）焊缝无咬边。

图1　几种焊接缺陷类型

2.2无损检测

按照《锅规》4.5.4.4款要求，锅炉受压部件焊接接头的射线检测技术等级不低于AB级，焊接接头质量等级不低于Ⅱ级，即不得有裂纹、未焊透、未熔合及超标的条形、圆形缺陷。立式锅壳锅炉按《锅规》划分为C级锅炉，其射线检测比例为至少20％。

3下脚圈与锅壳的连接焊缝氩弧焊打底质量控制

3.1控制措施

要使氩弧焊打底焊质量得到有效控制，主要应从“人、机、料、法、环”五个方面进行控制。具体地，对于下脚圈与锅壳的连接焊缝，主要控制坡口加工尺寸、定位装配尺寸、焊接工艺参数与被焊工件的适宜性、无损检测、焊工工艺纪律的遵守等几个方面。

3.2质量控制

3.2.1坡口加工尺寸及定位装配尺寸

（1）坡口加工尺寸中，钝边高度和坡口间隙直接影响到氩弧焊打底焊焊接质量。钝边高度过高，将增加焊透及根部熔合的难度；在焊接电流较大或焊速较慢的情况下，无钝边会导致焊缝背部烧穿或产生焊瘤。坡口间隙过宽，将增加施焊难度，焊缝背部易烧穿，还会造成焊缝宽度过宽或形成图5所示的缺陷。

（2）定位装配尺寸控制是执行工艺文件的关键环节。立式锅炉下脚圈与锅壳的连接焊缝属于环向焊缝，因锅炉参数不同，其长度、装配参数也不同，装配不当将直接导致坡口间隙不满足工艺要求。例如，焊缝坡口间隙部分过宽、部分过窄，会导致氩弧焊打底焊接的质量不达标。

（3）要结合坡口尺寸、定位装配尺寸对打底焊焊接质量的影响，从提高打底焊焊接质量和焊接效率、降低施焊难度的角度考虑问题。在适当的焊接参数下，钝边宜控制在1±1 mm，坡口组对间隙宜控制在2±1 mm。定位装配时定位焊的定位间距控制，宜进行45°～60°定位焊一次，以防止施焊后坡口间隙不均匀性变化过大。

3.2.2焊接工艺参数与被焊工件的适宜性

（1）重要焊接工艺参数的控制。立式锅炉锅壳、下脚圈采用的材料，一般为Q235B、Q245R等易焊材料。对于不同的板厚，其焊接电流、焊接电压、焊接速度等参数的选择可参照焊接手册及焊接经验，并通过焊接工艺评定来确定。立式锅炉锅壳与下脚圈的连接焊缝属于最后一道封闭焊，应在确保焊透的同时减少余高超标、焊缝过宽、焊瘤、内凹等外观缺陷，防止打底焊缝出现严重不连续，形成严重的应力集中，可在焊接工艺评定报告参数的基础上适当提高焊接电流10％～15％。焊接速度过快或过慢会造成未焊透、未熔合、烧穿、余高超标等缺陷，且坡口尺寸、组对间隙在实际制造过程中存在不规则情况，焊接速度不宜按理论速度施焊，宜参照工艺参数的理论数据并结合焊接过程中坡口实际尺寸的变化调节焊接速度。锅炉内部空间较大，为保障焊缝背部氩气保护效果，宜根据焊接电流、焊接速度的大小控制氩气流量为10～15 L/min[2]。钨极一般选择铈钨。为了控制焊缝背部余高，应考虑控制焊缝熔深，钨极端部锥角角度宜控制在15°～30°之间。

（2）焊接位置的控制。在制造过程中可以选择多种焊接位置，一般有平焊、横焊、立向上焊三种。由于筒体较大，采取平焊在实际操作过程中存在不便。立向上焊常出现焊瘤，主要原因是熔敷金属在重力作用下下坠形成焊瘤（见图4）。横焊受到操作位置限制，必需将工件提升到一定高度，焊工工作条件较其余操作位差。从打底焊焊缝背部成型情况及射线底片质量的统计分析可知，横焊位置打底焊焊接质量较其余两种焊接位置更优。横焊位置因锅壳自身重力因素使得坡口间隙在焊接过程中较易控制，进而大大降低了坡口尺寸对焊接质量的影响，焊缝金属受重力因素对焊缝背部成型的影响也有效减少[3]。因此，在合理的焊接规范和生产条件允许的情况下，宜采用横焊位置。

3.2.3无损检测

立式锅炉锅壳与下脚圈的连接焊缝属于纵向焊缝，按《锅规》要求应进行射线无损检测，无损检测质量直接影响焊缝缺陷的检出。按锅炉型号不同焊缝分别存在0～10 mm的厚度差。锅壳与下脚圈之间的连接焊缝受位置限制不能采用单壁单影。影响底片灵敏度的主要因素有对比度、不清晰度、颗粒度[4]。焊缝厚度差、外观质量对射线照相对比度影响较大。焊缝余高过高会造成射线底片中心黑度低。厚度差大会造成焊缝两侧黑度差较大，一般射线照相中采用适当提高管电压来解决厚度差较大造成的底片灵敏度不足。锅壳与下脚圈的连接焊缝因其结构因素，必须采用双壁单影检测，这样就增加了射线射穿厚度，增加了管电压，降低了射线底片质量。因此，受多方面因素影响，锅壳与下脚圈的连接焊缝底片灵敏度不足。灵敏度不足就造成焊缝缺陷检出率降低，并且影响底片评定，甚至容易造成未熔合、未焊透、咬边等危险缺陷的漏评。控制无损检测质量，是从检测角度控制和提高焊接质量的有效方式。锅壳与下脚圈的连接焊缝在射线检测中应该选择合适的透照角度、焦距和管电压，以提高射线底片质量，提高缺陷检出率。反之，控制打底焊焊缝余高及外观缺陷，可提高焊缝中心底片黑度，降低射线底片评定时对缺陷的漏评率、错评率。

3.2.4焊工工艺纪律的遵守

人的因素是焊接质量控制的重要环节，合理可行的工艺文件、先进可靠的设备、良好的施焊环境等都受到人的因素影响。焊工是焊接质量的第一关系人，焊工的操作水平、执行工艺的力度、对被焊工件全过程焊接的理解、工作习惯等都将对焊接质量造成或多或少的影响。锅炉属于特种设备，特种设备焊工需要具有相应的项目资格。换言之，锅炉的焊工均为培训合格、具备基本焊接技术知识的焊工。因此，选择能够遵守工艺纪律、操作水平较高的焊工焊接锅壳与下脚圈的连接焊缝，对于提高和改善该焊缝焊接质量具有重要的意义。

4结语

立式锅炉锅壳与下脚圈连接焊缝的焊接质量，对锅炉结构的使用性能与安全性能意义重大。本文对主要影响该连接焊缝氩弧焊打底焊接质量的因素进行了深入分析，采取了合理可行的措施。这样，就可减少焊接缺陷率，改善焊接质量，提高设备制造经济性，确保锅炉的安全性。

参考文献

[1]国家质量技术监督检验检疫总局.锅炉安全技术监察规程[M].北京:新华出版社，2012.

[2]方文鹏，杜晓伟，陈勇.钨极氩弧焊工艺参数的选择和焊缝缺陷的预防[J].电焊机，2013，36（6）：13-16.

[3]王进，李莉.电站锅炉膜式壁管排氩弧焊打底的焊接手法及缺陷控制[J].金属加工（热加工），2013，24: 45-47.

[4]强天鹏.射线检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

Quality Control of Connection Weld between Foot Ring and Pot Shell in Vertical Boiler

Yang Jun Qing Guanghui Lu Wen Xiang Xudong

Abstract：In consideration of the production practice,the main factors affecting the quality of the connection weld between the foot ring and the pot shell in the boiler are analyzed from the perspective of the comprehensive quality control.Thus,the reasonable and feasible control measures are obtained.

Key words：Vertical boiler; Pot shell; Foot ring; Weld; Gas tungsten arc welding; Welding quality

收稿日期：（2015-07-20）

中图分类号TG 441

DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.04.016