锅炉压力容器制造中高强度钢的焊接工艺及质量控制

1 前言

近年来，我国《特种设备安全法》进一步强化对承压设备的安全监管要求，GB/T 44204-2024 等新标准的实施，对锅炉压力容器的制造精度、焊接质量提出更严格的合规标准。然而高强度钢含 Mn、Cr、Mo 等合金元素，焊接时淬硬倾向显著，易产生延迟裂纹与热影响区脆化，传统焊接工艺与单一质控手段已难以适配新工况下的技术需求，导致焊接缺陷引发的安全事故时有发生。在此背景下，深入研究高强度钢的焊接工艺要点与全流程质量控制措施，既是满足政策合规要求的必然选择，也是解决行业技术痛点、保障生产安全、推动设备制造技术升级的关键，具有重要的工程实践意义。

2 锅炉压力容器制造中高强度钢的焊接工艺要点

2.1 焊前准备

焊接材料精准匹配需结合压力容器使用环境与状态，验收时需保证包装完整且三证齐全，入场手续合格后按型号牌号分类摆放并保持干燥，取用焊条时做好防护以减少水分吸收，可选择偏碱性或含碳量低、含锰量高的材料以提升抗裂性减少热纹现象[1]。坡口设计完成后需对表面进行清理，避免杂物残留影响焊接性能。预热与层间温度控制需按相关规范确定合适温度，保证预热宽度符合要求，焊接中断时需进行保温缓冷，以此为后续焊接工作奠定良好基础保障焊接质量稳定。

2.2 焊接方法与参数优化

1.焊接方法选型

锅炉关键部位中受热面管子需采用 GTAW 打底与盖面的组合方式，这种方式能更好适配管子的结构特点以满足焊接操作需求，集箱对接则需采用 GTAW 打底配合 SMAW 填充的方式，两种方式的搭配需结合构件的实际焊接场景来具体实施。对于压力容器厚板，其纵环缝适合采用窄间隙埋弧焊，这种焊接方法能针对厚板的材质与厚度特性减少焊接过程中的冗余工序，管座角焊缝则采用气电立焊，该方法在操作过程中能有效提升焊接的整体效率。对于高拘束结构，需采用多道多层窄焊道工艺，这种工艺能避免因横向摆动带来的热输入集中问题，所有焊接方法的选型都需结合焊接工艺、技术标准及图样规定来严格执行，使其与构件的结构要求和性能需求相适配。

2.核心工艺参数区间

对于热轧正火钢（16MnR），在采用埋弧焊进行焊接时需将电流控制在 400-500A 的区间内，同时搭配 28-32V 的电压，线能量需维持在 25-35kJ/mm ，这样的参数设置能适配该钢种的物理特性，减少焊接过程中热纹现象的发生。而针对低碳调质钢（S690），采用 GTAW 打底工艺时电流应调整为 90-110A，电压设定为 21-24V，线能量需严格限制在 10-25kJ/mm ，避免因热输入不当导致热影响区性能劣化。至于耐热钢（12Cr1MoVG），采用 SMAW 填充焊接时电流需控制在 130-160A，电压保持在 22-25V，焊接速度则需稳定在 130-250mm/min ，以契合其对高温工况的适配需求，保障焊接接头性能符合相关规范标准。

3.焊后处理规范

对于消氢处理，针对有延迟裂纹倾向的钢种，在焊接完成后需立即将温度控制在 200-350^∘C 范围内进行保温，保温时长设定为 2 小时，其中 S690 钢的保温时长需进一步延长至 4 小时。在焊后热处理环节，12Cr1MoVG钢用于锅炉件时，需在 720–760^∘C 的温度下开展保温操作，而当该钢种用于压力容器件时，保温时间需依据构件壁厚进行调整，具体按每毫米壁厚对应 3 分钟的标准增加[2]。至于应力消除方面，低碳调质钢在进行热处理时需避开超过回火温度的区间，避免因温度不当导致焊接接头强度出现下降的情况，各项处理操作均需贴合高强度钢焊接质量控制的相关要求。

3 锅炉压力容器制造中高强度钢的焊接质量控制措施

3.1 焊前质量控制

在人员与设备管控中，施焊人员需通过国家相关考试并获得特种设备焊接证书，且证书需与所进行的焊接项目相对应，制作单位需不定期对焊工开展培训、监督与管理，确保焊工严格按焊接施工规范操作，焊工完成工作后需在规定位置打上钢印并做好记录[3]。同时焊接电源、测温仪等设备需定期校验，误差需控制在 ±5% 以内以满足 GB/T 44204-2024 要求。在材料与工艺评定环节，焊材需按 JB/T 3375-2011 复验，验收时需保证包装完整、三证齐全，低氢焊条烘干后需在 150^qC 下保温存储且随用随取。此外需按 NB/T 47014-2011 完成 PQR，覆盖钢种强度级别、板厚范围与焊接方法组合，为后续焊接工作提供合规工艺依据。

3.2 焊接过程动态监控

在焊接过程动态监控的传统参数监控环节，需实时记录焊接电流、电压、速度等关键参数，线能量波动需控制在评定值的 ±10% 以内，这一操作需贴合焊接工艺与技术标准的执行要求。同时要做好环境控制，焊接环境温度需不低于 0% ，湿度需不超过 80% ，遇到大风天气时需采取防风措施以减少气孔产生。在智能化监控技术应用上，可采用 AI 视觉系统监测焊缝成形，借助 CNN 算法识别未熔合等缺陷，其准确率能超过 95% ；还需构建焊接参数数据库，将焊工信息、焊材批号与焊缝编号进行关联，实现焊接过程的全生命周期追溯，为焊接质量把控提供数据支撑。

3.3 焊后检测与缺陷返修

在焊后检测与缺陷返修中，多级检测技术应用需先开展表面检测，采用磁粉或渗透检测排查表面裂纹，检测时需重点关注坡口根部与焊道过渡区。接着进行内部检测，对接焊缝采用 RT 检测，厚板热影响区采用 UT 检测，检测比例需按设备类别设定且不低于 20%-100% 。还需抽取接头进行拉伸、冲击试验，对于 S690 钢焊缝在 -20% 条件下冲击功需达到 ⩾47] 的标准[4]。在缺陷返修规范方面，锅炉同一部位返修次数不能超过 3 次，压力容器同一部位返修次数不能超过 2 次，超出次数需经技术负责人批准。返修时需用碳弧气刨清除缺陷，之后按原工艺进行预热焊接，返修完成后需重新开展无损检测与热处理。若返修深度超过 1/2 壁厚，还需重新进行水压试验，若存在泄漏返修情况则需追加气密性试验，所有操作均需符合低合金高强度钢压力容器焊接质量控制的相关要求。

3.4 构建质量保证体系

在构建质量保证体系的标准合规管理上，需严格执行 GB/T 44204-2024 的监理要求，该标准按工程逻辑形成全流程监理体系，需通过旁站、巡视等方式落实焊接过程的自检、互检、专检流程[5]。同时要建立全流程追溯的质量证明文件，文件需涵盖焊材验收、工艺参数、检测报告等 18 项核心记录，这些记录需与焊接过程各环节形成时间与数据对应。此外可引入统计过程控制（SPC）开展持续改进，通过收集分析焊接数据梳理缺陷规律，依据规律优化工艺参数与质控节点，让质量管控形成闭环管理。

4 结语

综上所述，通过对锅炉压力容器制造中高强度钢焊接工艺与质量控制的系统研究，明确了不同类型高强度钢在焊前、焊接过程及焊后各环节的核心技术参数与操作规范，构建了“工艺优化-过程监控-检测返修-质保闭环”的全流程质量控制体系，进而为解决高强度钢焊接易出现的冷裂纹、热影响区性能劣化等问题提供了技术支持。未来随着智能制造技术的发展，可进一步将数字孪生技术融入焊接工艺模拟与参数优化，结合 AI 视觉检测提升缺陷识别的实时性与精准性，持续推动锅炉压力容器制造技术向更高效、更安全、更智能的方向发展，适应工业领域不断升级的设备需求。

参考文献：

[1]刘鑫雨,孙有平,李旺珍,等.焊接间隙对 Q690D 高强度钢 CO2 气体保护焊接头组织和性能的影响[J].机械工程材料,2025,49 (09):38-47.

[2]赵鑫.激光焊接技术在高强度钢材料中的应用与工艺优化研究[J].中国金属通报,2025,(02):127-129.

[3]徐付彪,张可可,刘涛,董康康.HG785D 高强度钢焊接试验与裂纹分析[J].机械制造,2024,62 (09):22-25.

[4]闫清波,郭建仁,杨贺民,等.海洋工程高强度钢立管焊接返修技术研究[J].山东化工,2024,53 (16):194-196+199.

[5]曹润平.低合金高强度钢 30CrMnSiA 厚壁容器焊接工艺研究[J].职大学报,2019,(02):81-83.