特种设备金属材料焊接技术 课件 第9章 锅炉焊接

特种设备金属材料焊接技术第九章锅炉焊接第一节通用要求（1）A级锅炉A级锅炉是指p≥3.8MPa的锅炉（p为额定工作压力，下同）。（2）B级锅炉1）蒸汽锅炉：0.8MPa<p<3.8MPa。2）热水锅炉：P<3.8MPa，且t≥120°C（t为额定出水温度，下同）。3）气相有机热载体锅炉：Q>0.7MW（Q额定热功率，下同）。4）液相有机热载体锅炉Q>4.2MW。（3）C级锅炉1）蒸汽锅炉：P≤0.8MPa，且V>50L（V为设计正常水位水容积，下同）。2）热水锅炉：P<3.8MPa，且tく120°C。3）气相有机热载体锅炉：0.1MW<Q≤0.7MW。4）液相有机热载体锅炉：0.1MW<Q≤4.2MW。（4）D级锅炉第一节通用要求1）蒸汽锅炉：P≤0.8MPa，且30L≤V≤5OL。2）汽水两用锅炉：p≤0.04MPa，且D≤0.5t/h（D为额定蒸发量）。3）仅用自来水加压的热水锅炉，且t≤95°C。4）气相或者液相有机热载体锅炉：Q≤0.1MW。第二节锅筒的焊接1）锅筒筒节通常由锅炉钢板卷制成筒节或由压力机压制成半圆片状简节，加工纵缝坡口，焊接纵缝；纵缝无损检测，卷制筒节的复卷圆，加工环缝坡口。2）压制锅筒球形封头或椭球形封头，加工封头环缝坡口，焊接环缝，环缝无损检测。3）筒节管座处开孔并加工管座坡口，焊接管座焊缝，管座焊缝无损检测。4）锅筒附件焊接及锅筒内焊接用于需要避免热处理的内件焊接的预埋件，无损检测。5）锅筒热处理。6）无损检测（按照标准和制造工艺）。第二节锅筒的焊接7）焊接内件。第二节锅筒的焊接第二节锅筒的焊接一、主要焊缝的焊接1.纵缝焊接（1）卷制简节纵缝的焊接简节的卷制，根据锅筒壁厚和卷板机能力及筒节材料塑性指标，对不同壁厚的锅筒采用正火状态热卷、低于Ac1温度的温卷或室温下卷制。（2）压制筒节纵缝的焊接压制筒节根据压力机能力采用正火状态或室温状态或低于Ac1温度压制，焊接坡口采用机加工方法加工，可采用SAW双面焊，通常大多采用与环缝相同的焊接方法，内壁采用SMAW，外壁采用SAW焊妥，SMAW/SAW组合焊缝采用图9-4所示焊接坡口。第二节锅筒的焊接2.环缝焊接3.集中下降管、给水管焊接4.其他管接头焊接第二节锅筒的焊接二、焊接材料的选用三、锅筒的焊接及热处理1)0245R(t≤100mm),SA-515Gr70(t≤100mm),P355GH(t≤100mm）、BHW35（t≤92mm）、WB36（t≤85mm）的锅筒，焊接及热处理参数实例见表9-6。第二节锅筒的焊接第二节锅筒的焊接第二节锅筒的焊接2）SA-299GrA（t=190~210mm）锅筒焊接及热处理参数实例见表9-7。第二节锅筒的焊接3）BHW35（t=135~145mm）锅筒焊接及热处理参数实例见表9-8。第二节锅筒的焊接四、检验与试验1.外观检验1）焊缝外形尺寸应符合设计图样和工艺文件的规定，对接焊缝高度不低于母材表面，煤缝与母材平滑过疲。2）焊缝和热影响区表面无裂纹、夹渣、弧坑和气孔。3）锅筒纵、环焊缝及封头的拼接焊缝无咬边，其余焊缝咬边深度不超过0.5mm。2.无损检测（1）蒸汽锅炉1）射线检测（RT）。2）超声检测（UT）。3）磁粉检测（MT）。第二节锅筒的焊接（2）热水锅炉B级及以上热水锅炉无损检测比例应当符合相应级别蒸汽锅炉要求，C级热水锅炉纵、环缝10%应当进行射线检测或超声检测。（3）承压有机热载体锅炉气相有机热载体锅炉锅筒的纵、环缝及封头的拼接对接接头100%采用射线检测；液相有机热载体锅炉锅筒的纵、环缝及封头的拼接对接接头50%采用射线检测。3.焊接试件1）制造单位按照新焊接工艺制造的前5台锅炉。2）用合金钢制作的以及工艺要求进行焊接热处理的锅筒。3）锅炉设计图样要求制作焊接试件的。焊接试件制作的具体要求如下：1）每个锅筒的纵缝应制作一块检查试件，纵缝焊接试件应当作为产品纵缝的延长部分焊接（电渣焊除外，由于窄间隙埋弧焊的应用，电渣焊其实已经基本不用了）。2）产品焊接试件应当由焊接该产品的焊工焊接，试件材料、焊接材料和工艺条件应当与所代表的第二节锅筒的焊接产品相同。3）需要热处理时，试件应当与所代表的产品同炉热处理。4）焊接试件的数量、尺寸应当满足检验和复验所需要试样的制备。试样制取和性能试验的具体要求如下：1）焊接试件经过外观检验和无损检测后，在合格部位制取试样。2）焊接试件上制取试样的力学性能检验类别、试样数量、取样和加工要求、试验方法、合格指标及复验应当符合NB/T47016—2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》要求，同时按TSGG0001—2012《锅炉安全技术监察规程》要求制取熔敷金属和热影响区冲击韧性试样及全焊缝金属拉伸试样，即从试件上取1个接头拉伸试样，2个弯曲试样，3个一组熔敷金属冲击韧性试样，3个一组热影响区冲击韧性试样，当板厚t≤70mm时，应从检查试板上沿焊缝纵向切取全焊缝拉伸试样1个，当板厚t>70mm时，应取全焊缝金属拉伸试样2个。4.水压试验第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接一、集箱环缝焊接1.（4）机械氩弧焊（GTAW）+埋弧焊（SAW）这种组合焊接工艺主要是通过采用机械氩弧焊设备，转动集箱管实现GTAW封底焊接，获得单面焊双面成形并全焊透的焊缝，加厚至6mm以后，采用SAW进行后续的填充盖面焊妥焊缝。焊接方法（1）手工氩弧焊（GTAW）+焊条电弧焊（SMAW）+埋弧焊（SAW）这种焊接工艺主要是通过采用GTAW封底焊接实现单面焊双面成形并保证根部全焊透，再在同一工位进行SMAW加厚，使GTAW+SMAW焊缝厚度达到10mm，然后采用SAW进行填充盖面焊妥焊缝。（2）手工氩弧焊（GTAW）+焊条电弧焊（SMAW）这种焊接工艺主要是通过采用GTAW封底焊接实现单面焊双面成形并保证根部全焊透，然后采用SMAW进行填充盖面焊妥焊缝。第三节集箱的焊接（3）全位置TIG焊（GTAW-AP）这种焊接工艺通过将全位置TIG焊装置（有卡盘式、小车式）装夹在集箱管上，通过焊接电源自动控制该装置上的焊枪、送丝机构、旋转（行走）机构及摆动机构等实现打底、填充及盖面桿缝的焊妥。第三节集箱的焊接2.集箱环缝焊接材料的选用3.集箱环缝的焊接工艺4.集箱环缝的热处理规范第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接二、集箱管接头的焊接1.管接头结构型式及焊接方法（1）A型伸入式管接头集箱本体开孔，管接头插入集箱，外侧焊接角焊缝，采用焊条电弧焊（SMAW）焊接。（2）B型平座式管接头集箱本体开孔，表面刮平，刮平量≤5mm，刮平直径为管子外径D＋（0.5~1.5）mm。（3）C型倒角座式管接头集箱本体开孔并加工出沉孔，管接头加工坡口，钝边插入沉孔，插人深度≤5mm，外侧焊接坡口角焊缝，采用SMAW焊接，角焊缝高度按强度计算。第三节集箱的焊接（4）D型盆座式管接头适用于任何工作压力的锅炉集箱管接头，集箱本体上开孔并加工出盆座型式坡口，管接头坐在盆座上。（5）E型或H型骑马式管接头适用于任何工作压力的锅炉集箱管接头，管接头焊缝可以有较大落差，集箱本体开孔，管接头在专用骑马式车床上加工管接头坡口，或打磨出管接头坡口，管接头焊接端圆弧与集箱本体管外径相吻合，管接头焊接端坡口角度0°~45°（焊接处坡口不小于45°），钝边0.5~1.0mm，焊接间隙3mm。（6）J型管接头管接头外径≤76mm，适用于任何工作压力的锅炉集箱管接头，集箱本体上开孔并加工出盆子口坡口，盆子口深/≥管接头壁厚且最小为6.5mm。2.管接头焊缝焊接材料的选择3.管接头焊缝的焊接工艺第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接第三节集箱的焊接4.管接头焊接的热处理规范1）Fe-1材料（SA-106C类材料除外），焊缝厚度≤30mm;SA-106C类材料，焊缝厚度≤30mm，根据材料碳当量确定是否进行热处理，同时应考虑是否预热和后热。2）Fe-3材料，焊缝厚度≤13mm，预热温度>150°C。3）Fe-4-1材料，焊缝厚度≤13mm，预热温度>120°C。4）Fe-4-2材料，焊缝厚度≤13mm，预热温度＞150°C。5）Fe-5A材料，焊缝厚度≤13mm，预热温度>150°。三、集箱的焊后检验1．外观检验1）焊缝外形尺寸应符合设计图样和工艺文件的规定，焊缝高度不低于母材表面，焊缝与母材应平滑过渡。第三节集箱的焊接2）焊缝及热影响区表面无裂纹、夹渣、弧坑和气孔。3）拼接焊缝无咬边，其余焊缝咬边深度不超过0.5mm。2.无损检测（RT、UT）1）外径>159mm，或者壁厚≥20mm时，A级锅炉和B级锅炉的环向对接接头，100%RT或100%UT。2）外径≤159mm时，A级锅炉的环向对接接头，P≥9.8MPa,100%RT或者100%UT（安装工地，接头数的50%）；P<9.8MPa,50%RT或者50%UT（安装工地，接头数的25%）；B级锅炉的环向对接接头，10%RT。3）A级锅炉外径>108mm的管接头角接接头，100%UT。3.无损检测（MT）四、水压试验第四节受热面管的焊接第四节受热面管的焊接一、锅炉受热面管的牌号及其焊接性1.锅炉受热面管的牌号第四节受热面管的焊接2.锅炉受热面管的焊接性1）20G钢管供货状态为正火温度控轧或正火。2）15CrMoG钢管的主要合金元素Cr、Mo，公称成分1Cr-0.5Mo的钢。第四节受热面管的焊接3）12Cr1MoVG钢管是国内高压、超高压、亚临界压力和超临界压力等各种压力电站锅炉过热器、再热器广泛使用的钢种，合金的质量分数在2%以下，580°C温度105h的持久强度比国外广泛使用的2.25Cr-1Mo钢高。4）12Cr2MoG钢管为2.25Cr-1Mo钢种。5）12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB同属于我国自行研制的低碳、低合金贝氏体热强钢，这两种钢管在600°C使用时，具有较高的热强性和抗氧化性，以及良好的综合力学性能。6）07Cr2MoW2VNbB（T23）。7）10Cr9Mo1VNb（T91）、10Cr9MoW2VNbBN（T92）、T122属于马氏体耐热钢，是在9~12Cr-1Mo钢的基础上发展起来的，供货状态正火＋回火。8）07Cr19Ni10、07Cr18Ni11Nb（TP304H、TP347H）是Cr-Ni奥氏体不锈钢，其中TP347H采用Nb作为稳定化元素，这两种钢具有良好的热强性和耐蚀性，焊接性能良好，广泛用于大型锅炉高温段过热器和再热器管系及化工设备管系，可采用多种熔化焊接方法，供货状态为固溶状态，焊前第四节受热面管的焊接不需预热，环缝对接一般不需焊后热处理。9）Super304H、TP310HCbN（HR3C）是在18Cr-8Ni和25Cr-20Ni基础上添加热强和抗氧化元素发展起来的，可在更高温度、压力下使用的受热面用钢，供货状态为固溶状态，已在超超临界锅炉受热面使用。二、锅炉受热面管的焊接工艺1.锅炉受热面管的焊接方法2.锅炉受热面管的焊接材料3.锅炉受热面管对接的焊接坡口第四节受热面管的焊接第四节受热面管的焊接第四节受热面管的焊接4.主要焊接工艺介绍（1）管子对接水平转动平焊位置自动GTAW管子对接水平转动平焊位置自动GTAW可以焊接表9-9和表9-19中所有钢种的同种钢及其异种钢接头。（2）管子对接水平固定全位置自动GTAW管子对接水平固定全位置自动GTAW适用于管子弯后拼接，管子不动，焊枪绕管子旋转。第四节受热面管的焊接第四节受热面管的焊接（3）管子对接水平转动立焊位置自动GTAW管子对接水平转动立焊位置自动GTAW可以用较大的焊接参数，已凝固的焊缝可以托住较大的熔池，其除具有一般GTAW的特点之外，还具有其固有的特点：适宜于管壁厚度小于6mm的20G、12GrIMoVG等钢种的直管拼接，不开坡口，不留间隙，一次焊透，坡口形式为D型，可以采用封底盖面一次完成的工序，简化了坡口加工工序，提高了工效，比V形坡口节约焊接材料。第四节受热面管的焊接第四节受热面管的焊接（4）管子对接水平转动自动GTAW-HW热丝钨极氩弧焊（GTAW-HW）可以焊接表9-9、表9-19中所有钢种的同种钢和异种钢接头。第四节受热面管的焊接第四节受热面管的焊接（5）管子对接水平转动GTAW-GMAWGTAW焊接质量好，特别是封底焊接单面焊双面成形质量可靠，但GTAW生产率低；GMAW焊接质量好，采用脉冲电流，脉冲周期毫秒级，可做到一个脉冲过渡一滴熔滴，生产率比GTAW高，所以广泛应用于生产，特别适宜于中厚壁管子的焊接。第四节受热面管的焊接（6）管子的PAW（脉冲等离子弧焊）PAW具有能量集中、熔深大、煤缝窄、热影响区小的优点，一次可焊透6mm厚的碳钢、低合金钢材料，能焊接表9-9、表9-19中除不锈钢与耐热钢之间异种钢接头之外的所有钢种，一般用于壁厚小于6mm的管子对接环缝。第四节受热面管的焊接（7）其他焊接方法手工GTAW、SMAW、GTAW-SMAW具有灵活、方便的特点，可适用于各种复杂位置的焊接。5.异种钢对接焊（1）异种钢焊接的特点异种钢焊接时，除了两种母材本身在焊接时易产生的问题外，主要还有下列特点：1）焊缝稀释。2）过渡层。3）碳迁移。4）膨胀系数差别大。5）蠕变强度不匹配。（2）异种钢焊接及热处理工艺1）焊接异种钢接头时，要求焊缝金属稀释率低，但靠近焊缝界面的熔合区和焊缝根部的实际稀释率第四节受热面管的焊接要比其他部位大得多，一般要求根部焊缝的平均稀释率控制在30%以下。2）采用较小的焊接热输人，以利于防止热裂纹和降低稀释率。3）不预热焊接会增大Cr-Mo钢侧热影响区的淬硬倾向，但采用镍基填充金属，焊缝金属溶解氢的能力较大，塑性较好，接头的组织应力较小，同时管子对接的拘束程度也不大，因此异种钢焊接时不预热或采用较低的预热温度是可行的。4）选择合适的焊接材料。5）采用过渡段。6）焊后热处理。三、锅炉受热面管的焊后热处理第四节受热面管的焊接第四节受热面管的焊接四、锅炉受热面管的焊后检验1.外观检验1）焊缝外形尺寸应符合设计图样和工艺文件的规定，焊缝高度不低于母材表面，焊缝与母材应平滑过渡。2）焊缝及热影响区表面无裂纹、夹渣、弧坑和气孔。3）焊缝咬边深度不超过0.5mm，管子两侧咬边总长度不超过管子周长的20%，且不超过40mm。4）管子对接焊缝接头处的内径不得小于表9-30的规定，并作为通球直径进行检查。第四节受热面管的焊接2.无损检测（RT或UT）1）管子外径>159mm，或者壁厚≥20mm时，按本章第三节“集箱的焊接”中环缝对接接头进行无损检测。2）蒸汽锅炉、热水锅炉。3）承压有机热载体锅炉。