廢氣處理設(shè)備熔接過程及加熱膨脹：原理、影響與工藝***化

 

在廢氣處理設(shè)備的制造與安裝過程中，熔接工藝占據(jù)著至關(guān)重要的地位。熔接不僅關(guān)乎設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整性與密封性，其過程中的加熱膨脹現(xiàn)象更直接影響著焊縫質(zhì)量、設(shè)備精度以及長期運(yùn)行的穩(wěn)定性。深入理解廢氣處理設(shè)備熔接過程及加熱膨脹的機(jī)理、影響因素，并掌握相應(yīng)的工藝***化策略，對(duì)于提升廢氣處理設(shè)備的性能與可靠性具有重要意義。

 

 一、廢氣處理設(shè)備熔接過程概述

 

廢氣處理設(shè)備種類繁多，常見的如催化燃燒裝置、活性炭吸附裝置、噴淋塔等，其殼體、管道、零部件等多采用金屬材質(zhì)，如不銹鋼、碳鋼等。熔接是將待連接的金屬部件加熱至熔化狀態(tài)，使其相互融合形成牢固焊縫的加工方法，主要包括電弧焊、氬弧焊、埋弧焊、氣焊等工藝形式。

 

以電弧焊為例，焊接過程啟動(dòng)后，焊條與焊件之間產(chǎn)生高溫電弧，電弧產(chǎn)生的熱量迅速熔化焊條和焊件局部金屬，形成熔池。隨著焊條逐漸熔化并補(bǔ)充進(jìn)熔池，熔池中的金屬不斷混合、反應(yīng)，同時(shí)向四周散熱。當(dāng)焊條移開后，熔池金屬開始冷卻凝固，形成焊縫，將兩部分金屬牢固連接在一起。

 

在整個(gè)熔接過程中，加熱使得金屬材料經(jīng)歷復(fù)雜的物理化學(xué)變化，從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)（熔池形成），再從液態(tài)回歸固態(tài)（焊縫凝固），伴隨溫度的劇烈升降，加熱膨脹現(xiàn)象貫穿始終。

 

 二、熔接過程中的加熱膨脹原理

 

金屬材料具有熱脹冷縮的***性，這是熔接過程中加熱膨脹的根本原因。當(dāng)對(duì)廢氣處理設(shè)備部件進(jìn)行熔接時(shí)，熱源（如電弧、火焰）集中作用于局部區(qū)域，短時(shí)間內(nèi)輸入***量熱量，使該區(qū)域金屬溫度急劇升高。

 

以鋼材為例，其原子在常溫下圍繞平衡位置做微小振動(dòng)，當(dāng)受熱后，原子動(dòng)能增加，振動(dòng)幅度加***，原子間距增***，宏觀上表現(xiàn)為金屬體積膨脹。在熔接熱影響區(qū)，距離焊縫中心不同位置，受熱程度不同，加熱膨脹量也呈梯度分布。越靠近焊縫中心，溫度越高，膨脹量越***；遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域，溫度相對(duì)較低，膨脹量較小。

 

這種不均勻的加熱膨脹會(huì)在焊件內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。由于焊縫及近縫區(qū)金屬膨脹受到周圍較冷金屬的限制，熱應(yīng)力呈現(xiàn)為拉應(yīng)力狀態(tài)；而周圍金屬則承受壓應(yīng)力。熱應(yīng)力的存在對(duì)焊縫成型質(zhì)量、焊件變形程度有著直接關(guān)聯(lián)。

 三、加熱膨脹對(duì)廢氣處理設(shè)備熔接的影響

 

 （一）焊縫成型質(zhì)量

1. 裂紋傾向

加熱膨脹導(dǎo)致的熱應(yīng)力若超出金屬材料的屈服強(qiáng)度極限，在焊縫冷卻收縮過程中，可能引發(fā)裂紋。尤其在焊縫中心區(qū)域，冷卻速度較快，若膨脹過程中積累的應(yīng)力未得到充分釋放，極易在薄弱處形成縱向裂紋或橫向裂紋，破壞焊縫連續(xù)性，降低設(shè)備密封性，為廢氣泄漏埋下隱患。

2. 氣孔生成

熔池冷卻凝固時(shí)，由于金屬體積收縮，若此時(shí)熔池中溶解的氣體（如氫氣、氮?dú)猓┪茨芗皶r(shí)逸出，便會(huì)在焊縫內(nèi)部形成氣孔。加熱膨脹過程中，熔池金屬劇烈運(yùn)動(dòng)，一方面促使氣體析出，另一方面也可能卷入外界空氣，增加氣孔產(chǎn)生幾率。氣孔不僅削弱焊縫有效承載面積，還會(huì)成為腐蝕介質(zhì)聚集地，加速焊縫腐蝕失效。

3. 未熔合與夾渣

當(dāng)加熱膨脹引起的焊件變形過***，或熔池?cái)嚢璨怀浞謺r(shí)，可能出現(xiàn)未熔合缺陷，即焊縫金屬與母材金屬之間未完全融合，存在縫隙。同時(shí)，熔池中的雜質(zhì)（如氧化物、硫化物）在金屬流動(dòng)過程中若不能上浮排出，會(huì)殘留在焊縫內(nèi)部形成夾渣，影響焊縫致密性與力學(xué)性能。

 

 （二）設(shè)備變形

1. 整體變形

廢氣處理設(shè)備通常具有較***的尺寸跨度，熔接過程中局部加熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)在結(jié)構(gòu)中傳遞、擴(kuò)散。若無有效約束與控制，累積的變形可能導(dǎo)致設(shè)備整體形狀改變，如筒體橢圓度超標(biāo)、罐體凹凸不平等。這不僅影響設(shè)備外觀，更會(huì)干擾內(nèi)部氣流組織、液體分布等工藝參數(shù)，降低廢氣處理效率。

2. 局部變形

在焊縫密集區(qū)域或熱輸入量***的部位，加熱膨脹造成的局部變形尤為顯著。例如管道對(duì)接焊縫處，過度的膨脹收縮可能使管道出現(xiàn)彎曲、扭曲，造成連接法蘭錯(cuò)位，影響管道系統(tǒng)裝配精度，增加運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)與噪聲，甚至導(dǎo)致連接部位泄漏。

 

 四、工藝***化策略

 

 （一）預(yù)熱處理

1. 預(yù)熱目的

針對(duì)一些厚度較***、拘束度較高的廢氣處理設(shè)備部件，在熔接前進(jìn)行預(yù)熱處理，可使焊件整體溫度趨于均勻，減緩熔接過程中的溫度梯度，降低加熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力峰值。預(yù)熱還能促進(jìn)氫氣等有害氣體擴(kuò)散逸出，減少焊縫氣孔、裂紋等缺陷。

2. 預(yù)熱溫度與方法

預(yù)熱溫度需根據(jù)材料種類、板厚、焊接方法等因素確定，一般碳鋼預(yù)熱溫度在 100℃ - 250℃之間，不銹鋼預(yù)熱溫度稍低，約 100℃ - 150℃?？刹捎没鹧婕訜?、紅外線加熱、電磁感應(yīng)加熱等方法，確保預(yù)熱溫度均勻覆蓋焊件待焊區(qū)域及周邊一定范圍。

 

 （二）焊接參數(shù)控制

1. 熱輸入調(diào)控

合理調(diào)整焊接電流、電壓、焊接速度等參數(shù)，精準(zhǔn)控制熱輸入量。對(duì)于薄板結(jié)構(gòu)，采用小電流、快速焊，避免過熱導(dǎo)致過度膨脹；厚板焊接時(shí)，適當(dāng)增加熱輸入，但要保證層間溫度冷卻至合適范圍，防止熱量疊加引發(fā)過***變形。通過工藝試驗(yàn)確定***熱輸入?yún)?shù)組合，既能保證焊縫成型******，又可***限度減少加熱膨脹帶來的負(fù)面影響。

2. 焊接順序***化

遵循對(duì)稱焊接、分散焊接熱量的原則安排焊接順序。對(duì)于***型廢氣處理設(shè)備殼體，采用多名焊工對(duì)稱分布、同步焊接，使焊縫兩側(cè)受熱均勻，相互抵消部分加熱膨脹產(chǎn)生的變形應(yīng)力。在焊接長焊縫時(shí)，采用分段退焊法、跳焊法等，避免熱量集中積聚，減小焊件局部變形。

 

 （三）焊后熱處理

1. 消氫處理

熔接完成后，部分氫氣仍可能殘留在焊縫金屬中，在后續(xù)冷卻過程中易引發(fā)延遲裂紋。通過消氫處理，即在焊接結(jié)束后立即將焊件加熱至一定溫度（一般碳鋼為 300℃ - 350℃，不銹鋼為 200℃ - 250℃），保溫一段時(shí)間，促使氫氣充分逸出，消除氫脆風(fēng)險(xiǎn)，緩解因加熱膨脹積累的應(yīng)力。

2. 退火處理

對(duì)于一些對(duì)力學(xué)性能要求較高、易產(chǎn)生焊接應(yīng)力的廢氣處理設(shè)備關(guān)鍵部件，如壓力容器筒體、重要支撐結(jié)構(gòu)等，焊后進(jìn)行退火處理。將焊件加熱至臨界溫度以上，保溫后緩慢冷卻，使焊縫及熱影響區(qū)金屬組織結(jié)構(gòu)發(fā)生重結(jié)晶轉(zhuǎn)變，消除殘余應(yīng)力，改善金屬塑性、韌性，彌補(bǔ)加熱膨脹對(duì)材料性能造成的損害。

 

 （四）約束與變形矯正

1. 剛性固定

在焊接過程中，對(duì)小型焊件或局部焊縫區(qū)域采用剛性固定裝置，如夾具、壓鐵等，強(qiáng)制限制焊件自由膨脹與收縮，減少變形量。但需注意剛性固定不能過緊，以免產(chǎn)生過***的約束應(yīng)力，反而加劇焊縫開裂風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整固定力度。

2. 變形矯正

對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的焊件變形，若超出允許范圍，需進(jìn)行矯正?？刹捎脵C(jī)械矯正法，如利用壓力機(jī)對(duì)彎曲變形的板材進(jìn)行反向加壓調(diào)平；對(duì)于復(fù)雜形狀變形，采用火焰矯正法，通過對(duì)變形部位局部加熱，利用金屬熱脹冷縮原理，在加熱區(qū)產(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻后收縮產(chǎn)生反向變形，抵消原有變形，恢復(fù)焊件形狀精度。

 

 五、結(jié)論

 

廢氣處理設(shè)備熔接過程中的加熱膨脹現(xiàn)象是一把雙刃劍，既為焊縫形成提供必要條件，又可能引發(fā)焊縫缺陷、設(shè)備變形等問題，影響設(shè)備性能與壽命。通過深入理解加熱膨脹原理，全面分析其對(duì)熔接的影響，并從預(yù)熱處理、焊接參數(shù)控制、焊后熱處理、約束與變形矯正等多方面采取工藝***化措施，能夠有效駕馭這一復(fù)雜過程，確保廢氣處理設(shè)備熔接質(zhì)量，保障設(shè)備在廢氣處理工況下穩(wěn)定、高效運(yùn)行，為環(huán)境保護(hù)事業(yè)筑牢裝備基礎(chǔ)。在實(shí)際生產(chǎn)中，需結(jié)合具體設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料***性與使用要求，靈活運(yùn)用這些工藝策略，持續(xù)提升廢氣處理設(shè)備制造水平。