特種設(shè)備金屬材料焊接技術(shù) 課件 第9章 鍋爐焊接

特種設(shè)備金屬材料焊接技術(shù)第九章鍋爐焊接第一節(jié)通用要求（1）A級鍋爐A級鍋爐是指p≥3.8MPa的鍋爐（p為額定工作壓力，下同）。（2）B級鍋爐1）蒸汽鍋爐：0.8MPa<p<3.8MPa。2）熱水鍋爐：P<3.8MPa，且t≥120°C（t為額定出水溫度，下同）。3）氣相有機熱載體鍋爐：Q>0.7MW（Q額定熱功率，下同）。4）液相有機熱載體鍋爐Q>4.2MW。（3）C級鍋爐1）蒸汽鍋爐：P≤0.8MPa，且V>50L（V為設(shè)計正常水位水容積，下同）。2）熱水鍋爐：P<3.8MPa，且tく120°C。3）氣相有機熱載體鍋爐：0.1MW<Q≤0.7MW。4）液相有機熱載體鍋爐：0.1MW<Q≤4.2MW。（4）D級鍋爐第一節(jié)通用要求1）蒸汽鍋爐：P≤0.8MPa，且30L≤V≤5OL。2）汽水兩用鍋爐：p≤0.04MPa，且D≤0.5t/h（D為額定蒸發(fā)量）。3）僅用自來水加壓的熱水鍋爐，且t≤95°C。4）氣相或者液相有機熱載體鍋爐：Q≤0.1MW。第二節(jié)鍋筒的焊接1）鍋筒筒節(jié)通常由鍋爐鋼板卷制成筒節(jié)或由壓力機壓制成半圓片狀簡節(jié)，加工縱縫坡口，焊接縱縫；縱縫無損檢測，卷制筒節(jié)的復(fù)卷圓，加工環(huán)縫坡口。2）壓制鍋筒球形封頭或橢球形封頭，加工封頭環(huán)縫坡口，焊接環(huán)縫，環(huán)縫無損檢測。3）筒節(jié)管座處開孔并加工管座坡口，焊接管座焊縫，管座焊縫無損檢測。4）鍋筒附件焊接及鍋筒內(nèi)焊接用于需要避免熱處理的內(nèi)件焊接的預(yù)埋件，無損檢測。5）鍋筒熱處理。6）無損檢測（按照標準和制造工藝）。第二節(jié)鍋筒的焊接7）焊接內(nèi)件。第二節(jié)鍋筒的焊接第二節(jié)鍋筒的焊接一、主要焊縫的焊接1.縱縫焊接（1）卷制簡節(jié)縱縫的焊接簡節(jié)的卷制，根據(jù)鍋筒壁厚和卷板機能力及筒節(jié)材料塑性指標，對不同壁厚的鍋筒采用正火狀態(tài)熱卷、低于Ac1溫度的溫卷或室溫下卷制。（2）壓制筒節(jié)縱縫的焊接壓制筒節(jié)根據(jù)壓力機能力采用正火狀態(tài)或室溫狀態(tài)或低于Ac1溫度壓制，焊接坡口采用機加工方法加工，可采用SAW雙面焊，通常大多采用與環(huán)縫相同的焊接方法，內(nèi)壁采用SMAW，外壁采用SAW焊妥，SMAW/SAW組合焊縫采用圖9-4所示焊接坡口。第二節(jié)鍋筒的焊接2.環(huán)縫焊接3.集中下降管、給水管焊接4.其他管接頭焊接第二節(jié)鍋筒的焊接二、焊接材料的選用三、鍋筒的焊接及熱處理1)0245R(t≤100mm),SA-515Gr70(t≤100mm),P355GH(t≤100mm）、BHW35（t≤92mm）、WB36（t≤85mm）的鍋筒，焊接及熱處理參數(shù)實例見表9-6。第二節(jié)鍋筒的焊接第二節(jié)鍋筒的焊接第二節(jié)鍋筒的焊接2）SA-299GrA（t=190~210mm）鍋筒焊接及熱處理參數(shù)實例見表9-7。第二節(jié)鍋筒的焊接3）BHW35（t=135~145mm）鍋筒焊接及熱處理參數(shù)實例見表9-8。第二節(jié)鍋筒的焊接四、檢驗與試驗1.外觀檢驗1）焊縫外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計圖樣和工藝文件的規(guī)定，對接焊縫高度不低于母材表面，煤縫與母材平滑過疲。2）焊縫和熱影響區(qū)表面無裂紋、夾渣、弧坑和氣孔。3）鍋筒縱、環(huán)焊縫及封頭的拼接焊縫無咬邊，其余焊縫咬邊深度不超過0.5mm。2.無損檢測（1）蒸汽鍋爐1）射線檢測（RT）。2）超聲檢測（UT）。3）磁粉檢測（MT）。第二節(jié)鍋筒的焊接（2）熱水鍋爐B級及以上熱水鍋爐無損檢測比例應(yīng)當(dāng)符合相應(yīng)級別蒸汽鍋爐要求，C級熱水鍋爐縱、環(huán)縫10%應(yīng)當(dāng)進行射線檢測或超聲檢測。（3）承壓有機熱載體鍋爐氣相有機熱載體鍋爐鍋筒的縱、環(huán)縫及封頭的拼接對接接頭100%采用射線檢測；液相有機熱載體鍋爐鍋筒的縱、環(huán)縫及封頭的拼接對接接頭50%采用射線檢測。3.焊接試件1）制造單位按照新焊接工藝制造的前5臺鍋爐。2）用合金鋼制作的以及工藝要求進行焊接熱處理的鍋筒。3）鍋爐設(shè)計圖樣要求制作焊接試件的。焊接試件制作的具體要求如下：1）每個鍋筒的縱縫應(yīng)制作一塊檢查試件，縱縫焊接試件應(yīng)當(dāng)作為產(chǎn)品縱縫的延長部分焊接（電渣焊除外，由于窄間隙埋弧焊的應(yīng)用，電渣焊其實已經(jīng)基本不用了）。2）產(chǎn)品焊接試件應(yīng)當(dāng)由焊接該產(chǎn)品的焊工焊接，試件材料、焊接材料和工藝條件應(yīng)當(dāng)與所代表的第二節(jié)鍋筒的焊接產(chǎn)品相同。3）需要熱處理時，試件應(yīng)當(dāng)與所代表的產(chǎn)品同爐熱處理。4）焊接試件的數(shù)量、尺寸應(yīng)當(dāng)滿足檢驗和復(fù)驗所需要試樣的制備。試樣制取和性能試驗的具體要求如下：1）焊接試件經(jīng)過外觀檢驗和無損檢測后，在合格部位制取試樣。2）焊接試件上制取試樣的力學(xué)性能檢驗類別、試樣數(shù)量、取樣和加工要求、試驗方法、合格指標及復(fù)驗應(yīng)當(dāng)符合NB/T47016—2011《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗》要求，同時按TSGG0001—2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求制取熔敷金屬和熱影響區(qū)沖擊韌性試樣及全焊縫金屬拉伸試樣，即從試件上取1個接頭拉伸試樣，2個彎曲試樣，3個一組熔敷金屬沖擊韌性試樣，3個一組熱影響區(qū)沖擊韌性試樣，當(dāng)板厚t≤70mm時，應(yīng)從檢查試板上沿焊縫縱向切取全焊縫拉伸試樣1個，當(dāng)板厚t>70mm時，應(yīng)取全焊縫金屬拉伸試樣2個。4.水壓試驗第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接一、集箱環(huán)縫焊接1.（4）機械氬弧焊（GTAW）+埋弧焊（SAW）這種組合焊接工藝主要是通過采用機械氬弧焊設(shè)備，轉(zhuǎn)動集箱管實現(xiàn)GTAW封底焊接，獲得單面焊雙面成形并全焊透的焊縫，加厚至6mm以后，采用SAW進行后續(xù)的填充蓋面焊妥焊縫。焊接方法（1）手工氬弧焊（GTAW）+焊條電弧焊（SMAW）+埋弧焊（SAW）這種焊接工藝主要是通過采用GTAW封底焊接實現(xiàn)單面焊雙面成形并保證根部全焊透，再在同一工位進行SMAW加厚，使GTAW+SMAW焊縫厚度達到10mm，然后采用SAW進行填充蓋面焊妥焊縫。（2）手工氬弧焊（GTAW）+焊條電弧焊（SMAW）這種焊接工藝主要是通過采用GTAW封底焊接實現(xiàn)單面焊雙面成形并保證根部全焊透，然后采用SMAW進行填充蓋面焊妥焊縫。第三節(jié)集箱的焊接（3）全位置TIG焊（GTAW-AP）這種焊接工藝通過將全位置TIG焊裝置（有卡盤式、小車式）裝夾在集箱管上，通過焊接電源自動控制該裝置上的焊槍、送絲機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)（行走）機構(gòu)及擺動機構(gòu)等實現(xiàn)打底、填充及蓋面桿縫的焊妥。第三節(jié)集箱的焊接2.集箱環(huán)縫焊接材料的選用3.集箱環(huán)縫的焊接工藝4.集箱環(huán)縫的熱處理規(guī)范第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接二、集箱管接頭的焊接1.管接頭結(jié)構(gòu)型式及焊接方法（1）A型伸入式管接頭集箱本體開孔，管接頭插入集箱，外側(cè)焊接角焊縫，采用焊條電弧焊（SMAW）焊接。（2）B型平座式管接頭集箱本體開孔，表面刮平，刮平量≤5mm，刮平直徑為管子外徑D＋（0.5~1.5）mm。（3）C型倒角座式管接頭集箱本體開孔并加工出沉孔，管接頭加工坡口，鈍邊插入沉孔，插人深度≤5mm，外側(cè)焊接坡口角焊縫，采用SMAW焊接，角焊縫高度按強度計算。第三節(jié)集箱的焊接（4）D型盆座式管接頭適用于任何工作壓力的鍋爐集箱管接頭，集箱本體上開孔并加工出盆座型式坡口，管接頭坐在盆座上。（5）E型或H型騎馬式管接頭適用于任何工作壓力的鍋爐集箱管接頭，管接頭焊縫可以有較大落差，集箱本體開孔，管接頭在專用騎馬式車床上加工管接頭坡口，或打磨出管接頭坡口，管接頭焊接端圓弧與集箱本體管外徑相吻合，管接頭焊接端坡口角度0°~45°（焊接處坡口不小于45°），鈍邊0.5~1.0mm，焊接間隙3mm。（6）J型管接頭管接頭外徑≤76mm，適用于任何工作壓力的鍋爐集箱管接頭，集箱本體上開孔并加工出盆子口坡口，盆子口深/≥管接頭壁厚且最小為6.5mm。2.管接頭焊縫焊接材料的選擇3.管接頭焊縫的焊接工藝第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接第三節(jié)集箱的焊接4.管接頭焊接的熱處理規(guī)范1）Fe-1材料（SA-106C類材料除外），焊縫厚度≤30mm;SA-106C類材料，焊縫厚度≤30mm，根據(jù)材料碳當(dāng)量確定是否進行熱處理，同時應(yīng)考慮是否預(yù)熱和后熱。2）Fe-3材料，焊縫厚度≤13mm，預(yù)熱溫度>150°C。3）Fe-4-1材料，焊縫厚度≤13mm，預(yù)熱溫度>120°C。4）Fe-4-2材料，焊縫厚度≤13mm，預(yù)熱溫度＞150°C。5）Fe-5A材料，焊縫厚度≤13mm，預(yù)熱溫度>150°。三、集箱的焊后檢驗1．外觀檢驗1）焊縫外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計圖樣和工藝文件的規(guī)定，焊縫高度不低于母材表面，焊縫與母材應(yīng)平滑過渡。第三節(jié)集箱的焊接2）焊縫及熱影響區(qū)表面無裂紋、夾渣、弧坑和氣孔。3）拼接焊縫無咬邊，其余焊縫咬邊深度不超過0.5mm。2.無損檢測（RT、UT）1）外徑>159mm，或者壁厚≥20mm時，A級鍋爐和B級鍋爐的環(huán)向?qū)咏宇^，100%RT或100%UT。2）外徑≤159mm時，A級鍋爐的環(huán)向?qū)咏宇^，P≥9.8MPa,100%RT或者100%UT（安裝工地，接頭數(shù)的50%）；P<9.8MPa,50%RT或者50%UT（安裝工地，接頭數(shù)的25%）；B級鍋爐的環(huán)向?qū)咏宇^，10%RT。3）A級鍋爐外徑>108mm的管接頭角接接頭，100%UT。3.無損檢測（MT）四、水壓試驗第四節(jié)受熱面管的焊接第四節(jié)受熱面管的焊接一、鍋爐受熱面管的牌號及其焊接性1.鍋爐受熱面管的牌號第四節(jié)受熱面管的焊接2.鍋爐受熱面管的焊接性1）20G鋼管供貨狀態(tài)為正火溫度控軋或正火。2）15CrMoG鋼管的主要合金元素Cr、Mo，公稱成分1Cr-0.5Mo的鋼。第四節(jié)受熱面管的焊接3）12Cr1MoVG鋼管是國內(nèi)高壓、超高壓、亞臨界壓力和超臨界壓力等各種壓力電站鍋爐過熱器、再熱器廣泛使用的鋼種，合金的質(zhì)量分數(shù)在2%以下，580°C溫度105h的持久強度比國外廣泛使用的2.25Cr-1Mo鋼高。4）12Cr2MoG鋼管為2.25Cr-1Mo鋼種。5）12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB同屬于我國自行研制的低碳、低合金貝氏體熱強鋼，這兩種鋼管在600°C使用時，具有較高的熱強性和抗氧化性，以及良好的綜合力學(xué)性能。6）07Cr2MoW2VNbB（T23）。7）10Cr9Mo1VNb（T91）、10Cr9MoW2VNbBN（T92）、T122屬于馬氏體耐熱鋼，是在9~12Cr-1Mo鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，供貨狀態(tài)正火＋回火。8）07Cr19Ni10、07Cr18Ni11Nb（TP304H、TP347H）是Cr-Ni奧氏體不銹鋼，其中TP347H采用Nb作為穩(wěn)定化元素，這兩種鋼具有良好的熱強性和耐蝕性，焊接性能良好，廣泛用于大型鍋爐高溫段過熱器和再熱器管系及化工設(shè)備管系，可采用多種熔化焊接方法，供貨狀態(tài)為固溶狀態(tài)，焊前第四節(jié)受熱面管的焊接不需預(yù)熱，環(huán)縫對接一般不需焊后熱處理。9）Super304H、TP310HCbN（HR3C）是在18Cr-8Ni和25Cr-20Ni基礎(chǔ)上添加熱強和抗氧化元素發(fā)展起來的，可在更高溫度、壓力下使用的受熱面用鋼，供貨狀態(tài)為固溶狀態(tài)，已在超超臨界鍋爐受熱面使用。二、鍋爐受熱面管的焊接工藝1.鍋爐受熱面管的焊接方法2.鍋爐受熱面管的焊接材料3.鍋爐受熱面管對接的焊接坡口第四節(jié)受熱面管的焊接第四節(jié)受熱面管的焊接第四節(jié)受熱面管的焊接4.主要焊接工藝介紹（1）管子對接水平轉(zhuǎn)動平焊位置自動GTAW管子對接水平轉(zhuǎn)動平焊位置自動GTAW可以焊接表9-9和表9-19中所有鋼種的同種鋼及其異種鋼接頭。（2）管子對接水平固定全位置自動GTAW管子對接水平固定全位置自動GTAW適用于管子彎后拼接，管子不動，焊槍繞管子旋轉(zhuǎn)。第四節(jié)受熱面管的焊接第四節(jié)受熱面管的焊接（3）管子對接水平轉(zhuǎn)動立焊位置自動GTAW管子對接水平轉(zhuǎn)動立焊位置自動GTAW可以用較大的焊接參數(shù)，已凝固的焊縫可以托住較大的熔池，其除具有一般GTAW的特點之外，還具有其固有的特點：適宜于管壁厚度小于6mm的20G、12GrIMoVG等鋼種的直管拼接，不開坡口，不留間隙，一次焊透，坡口形式為D型，可以采用封底蓋面一次完成的工序，簡化了坡口加工工序，提高了工效，比V形坡口節(jié)約焊接材料。第四節(jié)受熱面管的焊接第四節(jié)受熱面管的焊接（4）管子對接水平轉(zhuǎn)動自動GTAW-HW熱絲鎢極氬弧焊（GTAW-HW）可以焊接表9-9、表9-19中所有鋼種的同種鋼和異種鋼接頭。第四節(jié)受熱面管的焊接第四節(jié)受熱面管的焊接（5）管子對接水平轉(zhuǎn)動GTAW-GMAWGTAW焊接質(zhì)量好，特別是封底焊接單面焊雙面成形質(zhì)量可靠，但GTAW生產(chǎn)率低；GMAW焊接質(zhì)量好，采用脈沖電流，脈沖周期毫秒級，可做到一個脈沖過渡一滴熔滴，生產(chǎn)率比GTAW高，所以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)，特別適宜于中厚壁管子的焊接。第四節(jié)受熱面管的焊接（6）管子的PAW（脈沖等離子弧焊）PAW具有能量集中、熔深大、煤縫窄、熱影響區(qū)小的優(yōu)點，一次可焊透6mm厚的碳鋼、低合金鋼材料，能焊接表9-9、表9-19中除不銹鋼與耐熱鋼之間異種鋼接頭之外的所有鋼種，一般用于壁厚小于6mm的管子對接環(huán)縫。第四節(jié)受熱面管的焊接（7）其他焊接方法手工GTAW、SMAW、GTAW-SMAW具有靈活、方便的特點，可適用于各種復(fù)雜位置的焊接。5.異種鋼對接焊（1）異種鋼焊接的特點異種鋼焊接時，除了兩種母材本身在焊接時易產(chǎn)生的問題外，主要還有下列特點：1）焊縫稀釋。2）過渡層。3）碳遷移。4）膨脹系數(shù)差別大。5）蠕變強度不匹配。（2）異種鋼焊接及熱處理工藝1）焊接異種鋼接頭時，要求焊縫金屬稀釋率低，但靠近焊縫界面的熔合區(qū)和焊縫根部的實際稀釋率第四節(jié)受熱面管的焊接要比其他部位大得多，一般要求根部焊縫的平均稀釋率控制在30%以下。2）采用較小的焊接熱輸人，以利于防止熱裂紋和降低稀釋率。3）不預(yù)熱焊接會增大Cr-Mo鋼側(cè)熱影響區(qū)的淬硬傾向，但采用鎳基填充金屬，焊縫金屬溶解氫的能力較大，塑性較好，接頭的組織應(yīng)力較小，同時管子對接的拘束程度也不大，因此異種鋼焊接時不預(yù)熱或采用較低的預(yù)熱溫度是可行的。4）選擇合適的焊接材料。5）采用過渡段。6）焊后熱處理。三、鍋爐受熱面管的焊后熱處理第四節(jié)受熱面管的焊接第四節(jié)受熱面管的焊接四、鍋爐受熱面管的焊后檢驗1.外觀檢驗1）焊縫外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計圖樣和工藝文件的規(guī)定，焊縫高度不低于母材表面，焊縫與母材應(yīng)平滑過渡。2）焊縫及熱影響區(qū)表面無裂紋、夾渣、弧坑和氣孔。3）焊縫咬邊深度不超過0.5mm，管子兩側(cè)咬邊總長度不超過管子周長的20%，且不超過40mm。4）管子對接焊縫接頭處的內(nèi)徑不得小于表9-30的規(guī)定，并作為通球直徑進行檢查。第四節(jié)受熱面管的焊接2.無損檢測（RT或UT）1）管子外徑>159mm，或者壁厚≥20mm時，按本章第三節(jié)“集箱的焊接”中環(huán)縫對接接頭進行無損檢測。2）蒸汽鍋爐、熱水鍋爐。3）承壓有機熱載體鍋爐。