2024年3月9日发(作者：南门淑哲)
燃气加热炉U形燃气辐射管防止焊缝开
裂的措施
摘要：U形燃气辐射管属于燃气加热炉中的重要组成部分之一，若其中的焊
缝出现开裂情况，能够导致燃气加热炉的应用效果受到严重影响，所以需要首先
明确U形燃气辐射管开裂的原因，之后提出合理的预防措施。本文即针对燃气加
热炉U形燃气辐射管防止焊缝开裂的措施进行分析，以供参考。
关键词：燃气加热炉；U形燃气辐射管；焊缝开裂；措施
在我国机械装备技术迅速发展的背景下，燃气加热炉的应用频率越
来越高，为了保障其应用效果和安全性，应该针对其中存在的U形燃气辐射管焊
缝开裂情况予以充分重视，采用合理的措施改善这一情况，以保障燃气加热炉能
够充分发挥自身的实用价值。
一、燃气加热炉U形燃气辐射管开裂原因
（一）坡口质量不良
因为U形燃气辐射管主要采用角磨机进行手工打磨，所以在坡口位
置，其直线度、角度以及钝边厚度均难以有效控制，后续焊接时的对接效果也就
极易受到影响，甚至可能出现焊接接头不合格的情况。
（二）焊接过程不完善
焊接过程中采用钨极氩气保护焊，焊接速度较慢，温度冷却慢，焊
缝金属以及热影响区金属持续处于热敏感区，焊接接头即能受到不良影响，并且
焊接顺序为由上到下的顺序，背面的焊缝无法得到保护，可能出现未熔合、未焊
透、存在气孔等多种情况。另外，从焊接操作开始直至结束，中间未暂停，也就
不能充分控制层间温度。
（三）应力腐蚀
U形燃气辐射管开裂的主要原因之一即为应力腐蚀，其中主要的应力
因素为焊接残余应力。在进行焊接操作时，焊接接头能够受到三个方面应力的影
响：（1）不均匀加热和不均匀冷却的过程中，焊缝以及相应的热影响区中能够
出现热应力，热应力的强度则取决于管道的原材料和硬度；（2）金属相变过程
中，受到体积变化影响产生的组织应力；（3）焊接结构拘束条件导致的拘束应
力。三者之和即为残余应力，在完成焊接操作之后，若未针对残余应力进行消除
处理，则极易导致管道焊接处开裂
[1]
。
（四）定位焊不到位
在正常情况下，需要针对U形燃气辐射管设置一处防止拉裂定位焊，
根据管道材料厚度设置定位焊的高度和长度，例如管道壁厚为12mm，正常的定位
焊长度即应为7~8mm，若实际定位焊长度小于该数值，则易出现开裂情况。
二、防止燃气加热炉U形燃气辐射管焊缝开裂的措施
（一）改进设计
进行U形燃气辐射管设计工作时，即应考虑到后期可能出现的焊缝
开裂情况，所以需要针对U形燃气辐射管进行优化设计。对于燃气加热炉来说，
其中的主要部件包括燃烧室、空气贯通腔以及燃气贯通腔，U形燃气辐射管在其
中起重要的连通作用，当前所应用的U形燃气辐射管属于不可拆卸结构，其中易
出现接管尺寸过大等情况，并导致加热炉的使用效果受到影响，所以应该尽量采
用可拆卸的模式，同时必须保障各项部件均与相关标准相符合，也就可以提升燃
气加热炉的整体效果，避免其中出现异常情况，从而可以降低U形燃气辐射管焊
缝开裂的可能性。
（二）调整坡口形式
既往采用的坡口均为V形坡口，其中填充的金属物质较多，焊缝以
及相应的热影响区处于敏感温度区的时间较长，不易提升坡口焊接效果，所以应
该适当减少坡口位置的金属填充量，使该位置形成U型坡口，以减少该位置的焊
接残余应力，也就可以降低该位置出现变形情况的几率。与此同时，在防止燃气
加热炉运行的过程中，该位置的金属元素损烧程度更低，产生的有害金属氧化物
更少，更有利于保护燃气加热炉以及周边的环境
[2]
。
所以，在开展坡口加工工作时，最好可以使用机床进行切削，并使
用新角膜片将毛刺完全打磨干净，之后使用丙酮擦洗坡口两侧的背面，避免Fe
残留于其上，也就可以避免U形燃气辐射管上出现点蚀情况。完成擦洗操作之后，
不可直接用手触碰待焊位置。如果在夏季高温环境下进行操作，不可使用风扇直
吹作业位置，以避免出现氩气保护效果受到影响。
（三）优化焊接过程
选择使用Cr和Ni含量相对较高的焊丝，在能够满足焊接强度要求
的情况下，尽量缩减定位焊的长度，但是最少不可小于7mm。针对定位焊部分进
行焊接时，必须首先确认管内充满氩气保护，之后方可进行引弧，应该按照永久
性焊接的标准进行焊接操作，尽可能避免出现焊接缺陷情况，之后对两端进行细
致打磨，使其形成平滑的过渡区域。在实际进行焊接的过程中，应该首先针对待
焊部位通氩气，流量为6~10L/min，其中不可出现紊流情况，数秒以后起弧，且
应该采用自下至上的焊接方式，以尽量减少热应力。熄弧之后，应该继续通氩气
至少5s，将弧坑填满，以避免弧坑内出现裂纹或是缩孔等情况。完成打底焊之后，
应该及时开始填充焊，最好可以使用焊条电弧焊，电源为反接、直流、逆变式，
焊接过程应该采用快速不摆动的模式，保持窄焊道的状态，并持续使用小电流，
注意对热输入进行合理限制，并尽量控制层间温度，使其处于60℃的状态，可以
用手轻触坡口县的外侧，确认该位置不烫手即可。
（四）消除应力
为了避免焊接残余应力导致U形燃气辐射管焊缝开裂，应该在完成
焊接工作以后，及时针对焊接部位实施退火处理，以将其中的残余应力彻底清除。
并且，在组装燃气加热炉的各个部件时，应该在完成组装和焊接以后，再进行整
体性的退火处理
[3]
。
（五）隔离焊缝和腐蚀介质
针对已经进入到运行状态，但是其中部件并未实施退火处理的燃气
加热炉，可以根据实际情况针对焊缝以及腐蚀介质之间，采用适宜的防腐措施，
也就是在U形燃气辐射管的焊缝表面需要与液体进行接触的部分，刷涂防腐涂层，
以避免焊缝与液体直接接触，在通常情况下，可以选择使用金属-高分子复合涂
层热喷涂技术。
三、焊后处理
完成焊接操作以后，应该及时进行探伤操作，确认合格之后，即可
进行酸洗和钝化处理。需要注意的是，燃气加热炉内的介质较为复杂，并且炉内
的温度高达930℃，焊缝易在持续的腐蚀和高温状态下发生氧化，所以在进行钝
化处理的过程中，应该首先使用毛刷清理黑色氧化物，直至其中显现银色金属光
泽。另外，因为900℃以上的温度正处于U形燃气辐射管原材料的回火温度区，
所以焊后不需专门进行热处理。
结束语：
燃气加热炉中存在U形燃气辐射管焊缝开裂的情况，能够导致燃气
加热炉的正常运行受到严重影响，所以需要采用改进设计、调整坡口形式、优化
焊接过程、消除应力以及隔离焊缝和腐蚀介质的方式，对焊缝开裂情况进行控制，
且完成焊接之后，也应进行合理的处理，方能保障燃气加热炉U形燃气辐射管的
质量和应用效果。
参考文献：
[1] 周云军. 反应堆压力容器接管安全端焊缝疑似缺陷成因分析[J]. 设备
监理,2021(4):49-52.
[2] 赵立彬,刘强,张发云,等. 核电厂蒸汽发生器管板熔损焊接修复管孔变
形影响分析[J]. 核科学与工程,2021,41(4):778-783.
[3] 岭澳核电有限公司,广东核电合营有限公司,岭东核电有限公司,等. 核
电站焊缝射线探伤中心曝光装置及射线探伤方法:CN2.8[P]. 2021-
09-10.
作者简介：刘希贵，男，1967年10月出生，硕士研究生，高级工程师，现
就职于大庆油田装备制造集团石油专用设备有限公司，从事技术生产管理及新产
品研发孵化
2024年3月9日发(作者：南门淑哲)
燃气加热炉U形燃气辐射管防止焊缝开
裂的措施
摘要：U形燃气辐射管属于燃气加热炉中的重要组成部分之一，若其中的焊
缝出现开裂情况，能够导致燃气加热炉的应用效果受到严重影响，所以需要首先
明确U形燃气辐射管开裂的原因，之后提出合理的预防措施。本文即针对燃气加
热炉U形燃气辐射管防止焊缝开裂的措施进行分析，以供参考。
关键词：燃气加热炉；U形燃气辐射管；焊缝开裂；措施
在我国机械装备技术迅速发展的背景下，燃气加热炉的应用频率越
来越高，为了保障其应用效果和安全性，应该针对其中存在的U形燃气辐射管焊
缝开裂情况予以充分重视，采用合理的措施改善这一情况，以保障燃气加热炉能
够充分发挥自身的实用价值。
一、燃气加热炉U形燃气辐射管开裂原因
（一）坡口质量不良
因为U形燃气辐射管主要采用角磨机进行手工打磨，所以在坡口位
置，其直线度、角度以及钝边厚度均难以有效控制，后续焊接时的对接效果也就
极易受到影响，甚至可能出现焊接接头不合格的情况。
（二）焊接过程不完善
焊接过程中采用钨极氩气保护焊，焊接速度较慢，温度冷却慢，焊
缝金属以及热影响区金属持续处于热敏感区，焊接接头即能受到不良影响，并且
焊接顺序为由上到下的顺序，背面的焊缝无法得到保护，可能出现未熔合、未焊
透、存在气孔等多种情况。另外，从焊接操作开始直至结束，中间未暂停，也就
不能充分控制层间温度。
（三）应力腐蚀
U形燃气辐射管开裂的主要原因之一即为应力腐蚀，其中主要的应力
因素为焊接残余应力。在进行焊接操作时，焊接接头能够受到三个方面应力的影
响：（1）不均匀加热和不均匀冷却的过程中，焊缝以及相应的热影响区中能够
出现热应力，热应力的强度则取决于管道的原材料和硬度；（2）金属相变过程
中，受到体积变化影响产生的组织应力；（3）焊接结构拘束条件导致的拘束应
力。三者之和即为残余应力，在完成焊接操作之后，若未针对残余应力进行消除
处理，则极易导致管道焊接处开裂
[1]
。
（四）定位焊不到位
在正常情况下，需要针对U形燃气辐射管设置一处防止拉裂定位焊，
根据管道材料厚度设置定位焊的高度和长度，例如管道壁厚为12mm，正常的定位
焊长度即应为7~8mm，若实际定位焊长度小于该数值，则易出现开裂情况。
二、防止燃气加热炉U形燃气辐射管焊缝开裂的措施
（一）改进设计
进行U形燃气辐射管设计工作时，即应考虑到后期可能出现的焊缝
开裂情况，所以需要针对U形燃气辐射管进行优化设计。对于燃气加热炉来说，
其中的主要部件包括燃烧室、空气贯通腔以及燃气贯通腔，U形燃气辐射管在其
中起重要的连通作用，当前所应用的U形燃气辐射管属于不可拆卸结构，其中易
出现接管尺寸过大等情况，并导致加热炉的使用效果受到影响，所以应该尽量采
用可拆卸的模式，同时必须保障各项部件均与相关标准相符合，也就可以提升燃
气加热炉的整体效果，避免其中出现异常情况，从而可以降低U形燃气辐射管焊
缝开裂的可能性。
（二）调整坡口形式
既往采用的坡口均为V形坡口，其中填充的金属物质较多，焊缝以
及相应的热影响区处于敏感温度区的时间较长，不易提升坡口焊接效果，所以应
该适当减少坡口位置的金属填充量，使该位置形成U型坡口，以减少该位置的焊
接残余应力，也就可以降低该位置出现变形情况的几率。与此同时，在防止燃气
加热炉运行的过程中，该位置的金属元素损烧程度更低，产生的有害金属氧化物
更少，更有利于保护燃气加热炉以及周边的环境
[2]
。
所以，在开展坡口加工工作时，最好可以使用机床进行切削，并使
用新角膜片将毛刺完全打磨干净，之后使用丙酮擦洗坡口两侧的背面，避免Fe
残留于其上，也就可以避免U形燃气辐射管上出现点蚀情况。完成擦洗操作之后，
不可直接用手触碰待焊位置。如果在夏季高温环境下进行操作，不可使用风扇直
吹作业位置，以避免出现氩气保护效果受到影响。
（三）优化焊接过程
选择使用Cr和Ni含量相对较高的焊丝，在能够满足焊接强度要求
的情况下，尽量缩减定位焊的长度，但是最少不可小于7mm。针对定位焊部分进
行焊接时，必须首先确认管内充满氩气保护，之后方可进行引弧，应该按照永久
性焊接的标准进行焊接操作，尽可能避免出现焊接缺陷情况，之后对两端进行细
致打磨，使其形成平滑的过渡区域。在实际进行焊接的过程中，应该首先针对待
焊部位通氩气，流量为6~10L/min，其中不可出现紊流情况，数秒以后起弧，且
应该采用自下至上的焊接方式，以尽量减少热应力。熄弧之后，应该继续通氩气
至少5s，将弧坑填满，以避免弧坑内出现裂纹或是缩孔等情况。完成打底焊之后，
应该及时开始填充焊，最好可以使用焊条电弧焊，电源为反接、直流、逆变式，
焊接过程应该采用快速不摆动的模式，保持窄焊道的状态，并持续使用小电流，
注意对热输入进行合理限制，并尽量控制层间温度，使其处于60℃的状态，可以
用手轻触坡口县的外侧，确认该位置不烫手即可。
（四）消除应力
为了避免焊接残余应力导致U形燃气辐射管焊缝开裂，应该在完成
焊接工作以后，及时针对焊接部位实施退火处理，以将其中的残余应力彻底清除。
并且，在组装燃气加热炉的各个部件时，应该在完成组装和焊接以后，再进行整
体性的退火处理
[3]
。
（五）隔离焊缝和腐蚀介质
针对已经进入到运行状态，但是其中部件并未实施退火处理的燃气
加热炉，可以根据实际情况针对焊缝以及腐蚀介质之间，采用适宜的防腐措施，
也就是在U形燃气辐射管的焊缝表面需要与液体进行接触的部分，刷涂防腐涂层，
以避免焊缝与液体直接接触，在通常情况下，可以选择使用金属-高分子复合涂
层热喷涂技术。
三、焊后处理
完成焊接操作以后，应该及时进行探伤操作，确认合格之后，即可
进行酸洗和钝化处理。需要注意的是，燃气加热炉内的介质较为复杂，并且炉内
的温度高达930℃，焊缝易在持续的腐蚀和高温状态下发生氧化，所以在进行钝
化处理的过程中，应该首先使用毛刷清理黑色氧化物，直至其中显现银色金属光
泽。另外，因为900℃以上的温度正处于U形燃气辐射管原材料的回火温度区，
所以焊后不需专门进行热处理。
结束语：
燃气加热炉中存在U形燃气辐射管焊缝开裂的情况，能够导致燃气
加热炉的正常运行受到严重影响，所以需要采用改进设计、调整坡口形式、优化
焊接过程、消除应力以及隔离焊缝和腐蚀介质的方式，对焊缝开裂情况进行控制，
且完成焊接之后，也应进行合理的处理，方能保障燃气加热炉U形燃气辐射管的
质量和应用效果。
参考文献：
[1] 周云军. 反应堆压力容器接管安全端焊缝疑似缺陷成因分析[J]. 设备
监理,2021(4):49-52.
[2] 赵立彬,刘强,张发云,等. 核电厂蒸汽发生器管板熔损焊接修复管孔变
形影响分析[J]. 核科学与工程,2021,41(4):778-783.
[3] 岭澳核电有限公司,广东核电合营有限公司,岭东核电有限公司,等. 核
电站焊缝射线探伤中心曝光装置及射线探伤方法:CN2.8[P]. 2021-
09-10.
作者简介：刘希贵，男，1967年10月出生，硕士研究生，高级工程师，现
就职于大庆油田装备制造集团石油专用设备有限公司，从事技术生产管理及新产
品研发孵化