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1、锅炉焊接,上海市特种设备监督检验技术研究院顾福明 工学博士教授级高工,国家高级安全评价师,AWS焊接检验师,国际焊接工程师电话:13524522468 EMAIL:,内容,1、锅炉的主要材料2、材料焊接3、电站锅炉受压元件的焊接（1）锅筒焊接（2）集箱焊接（3）受热面管焊接（4）膜式水冷壁焊接 7,锅炉钢种繁多。1锅筒（俗称汽包）用钢国产锅筒用钢板按GB713锅炉碳素钢和低合金钢钢板规定国外中高压锅筒常用钢板牌号有P335GH（19Mn6）、DIWA353（BHW35）、DIWA373（WB36）、SA-517Gr.70、SA-299等；锅筒主要选材为20g16Mng19Mng（P355GH）
2、SA-515 Gr.70、SA-299BHW35WB36等。2集箱及受热面管用钢我国用于集箱及受热面管的钢管材料20G,20MnG,25MnG,15MoG,20MoG1,2CrMoG,等。,一、锅炉用材料,国产锅炉用钢板,高压锅炉用无缝钢管 GB5310-1995,国内外集箱用钢管钢号对照,二、材料的焊接,2.1 低碳钢的焊接1低碳钢焊接特点低碳钢含碳量低，锰、硅含量少，在通常情况下不会因焊接而引起严重组织硬化或出现淬火组织。这种钢的塑性和冲击韧性优良，其焊接接头的塑性、韧性也极其良好。2.低碳钢焊材选用(1)焊条 应根据焊缝金属强度与母材等强的原则选用焊条，当厚度增大时，在同等强度等级中应选
3、用抗裂性能好的焊条，如低氢型焊条等。(2)埋弧焊焊丝和焊剂 低碳钢埋弧焊时，由于母材中合金成分不多，故即可采用焊丝渗合金，也可采用焊剂渗合金。(3)气体保护焊焊丝 首先要满足焊缝金属与母材等强，焊缝化学成分与母材的一致性则放在次要。,3低碳钢焊接要点(1)焊接时不需要预热及控制层间温度和后热，整个焊接过程中不需采用特殊的工艺措施，焊后也不必进行热处理。(2)在严寒的低温条件下焊接低碳钢或焊接大厚度的焊缝时，为避免焊接裂纹，应采取以下措施。1)焊前预热，焊接过程中保持层间温度。2)采用低氢型或超低氢型焊条。3)定位焊时，加大电流，减慢焊速。4)整条焊缝尽量一次连续焊完。(3)低碳钢埋弧自动焊时，
4、为保证其接头的冲击韧性和冷弯性能，应适当控制热输入量，不宜采用大规范焊接。(4)氩弧焊打底焊时，背面不必进行氩气保护。,2.2 低合金高强度钢的焊接1低合金高强钢焊接特点低合金高强钢的含碳量一般不超过0.20，合金元素总量一般不超过5。正是由于低合金高强钢含有一定量的合金元素，使其焊接性能与碳钢有一定差别，其焊接特点表现在：(1)焊接接头的焊接裂纹1)冷裂纹 低合金高强钢由于含有强化钢材的C、Mn、V、Nb等元素，在焊接时易淬硬，这些硬化组织很敏感，因此，在刚性较大或拘束应力高的情况下，很容易产生冷裂纹。2)再热裂纹 再热裂纹又称消除应力裂纹(SR裂纹)，是焊接接头在焊后消除应力热处理过程或长
5、期处于高温运行(一定范围内的再次加热)中发生在靠近熔合线粗晶区的沿晶开裂。低合金高强钢焊接接头一般不易产生再热裂纹，如16MnR、15MnVR等。但对于Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金高强钢，如07MnCrMoVR，由于Nb、V、Mo是促使再热裂纹敏感性较强的元素，因此这一类钢在焊后热处理时应注意避开再热裂纹的敏感温度区，防止再热裂纹的发生。,(2)焊接接头的脆化和软化 1)应变时效脆化 焊接接头在焊接前需经受各种冷加工(下料剪切、筒体卷圆等)，钢材会产生塑性变形，如果该区再经200450的热作用就会引起应变时效。应变时效脆化会使钢材塑性降低，脆性转变温度提高，从而导致设备脆断。PWH
6、T可消除焊接结构这类应变时效，使韧性恢复。2)焊缝和热影响区脆化 低合金高强钢易淬硬，热输入过小，HAZ会出现马氏体引起裂纹；热输入过大，WM和HAZ的晶粒粗大会造成接头脆化。应将热输入限制在一定范围。3)焊接接头的热影响区软化 由于焊接热作用，低碳调质钢的热影响区(HAZ)外侧加热到回火温度以上特别是Ac1附近的区域，会产生强度下降的软化带。但一般其软化区的抗拉强度仍高于母材标准值的下限要求。,2低合金高强钢焊材选用(1)选择与母材强度相当的焊缝金属(2)由于这类钢都具有不同程度的冷裂纹倾向，所以，在等强度原则的前提下，严格控制焊材中的氢含量是非常重要的，应尽量选用低氢型的焊材。并严格控制焊
7、材的存放和使用。(3)考虑焊后加工工艺的影响。对焊后需经热处理、热卷（热弯）的焊件，应保证焊缝金属经热处理后仍具有要求的强度、塑性和韧性等。,3低合金高强钢焊接要点(1)选用低氢或超低氢高韧性的焊材，且重视烘干、保存以及坡口的清理，以减少焊缝中的扩散氢。(2)一般应注意不要使用过大的热输入。(3)对于碳及合金元素含量较高、屈服强度也较高的低合金高强钢，在选用较小热输入的同时，还要增加焊前预热、焊后及时后热等措施。(4)焊接低碳调质钢时，要严格控制焊接热输入，(5)加强对焊接接头的无损检测。对再热裂纹敏感的钢种，应在PWHT前后都要做射线或超声检测。,2.3.耐热钢的焊接耐热钢是以Cr-Mo为基
8、的低合金钢，具有较好的高温抗氧化性和热强性，是热动力设备及中、高温的主要材料。常用的钢号有12CrMo、15CrMo、15CrMoR、14CrlMoR、12Cr2Mo、12CrlMoV、20CrMo、2.25CrlMo等。1耐热钢的焊接特点(1)淬硬性 低合金耐热钢中的主要合金元素Cr和Mo等都能显著提高钢的淬硬性。在较高的冷却速度下可能形成全马氏体组织，比如12Cr2Mo1R焊接时，如果焊接热输入较小、钢板厚度较大且不预热，就有可能发生100的马氏体转变。(2)冷裂纹 由于Cr-Mo钢极易产生淬硬的显微组织，再加上焊缝区足够高的扩散氢浓度和一定的焊接残余应力共同作用，焊接接头易产生氢致延迟裂
9、纹。这种裂纹在热影响区大多是表面裂纹，在焊缝金属中通常表现为垂直于焊缝的的横向裂纹，也可能发生在多层焊的焊道下或焊根部位。冷裂纹是Cr-Mo钢焊接中存在的主要危险。,(3)消除应力裂纹 又称为再热裂纹。Cr-Mo钢是再热裂纹敏感性钢种，敏感的温度范围一般在500700之间。大量试验结果表明，钢中Cr、Mo、V、Nb、Ti等强碳化物形成元素对再热裂纹形成有很大影响。(4)热裂纹 当焊道的成形系数（熔宽与熔深比）小于1.21.3时，焊道中心易形成热裂纹。这是因为窄而深的梨形焊道，低熔点共晶聚集于焊道中心，在焊接应力作用下，导致焊道中心出现热裂纹。(5)回火脆性 Cr-Mo钢及其焊接接头在35050
10、0温度区间长期运行过程中发生脆变的现象称为回火脆性。例如某厂一台2.25Cr-1Mo钢制容器在332432运行30000h后，钢的40J脆性转变温度从-37提高到了+60，并最终导致灾难性的脆性断裂事故。,2、耐热钢焊材选用(1)不但要考虑焊缝金属与母材的常温强度等强，同时也要使其高温强度不低于母材标准值的下限要求。(2)焊缝金属的铬、钼含量不得低于母材标准值的下限。(3)为保证焊缝金属有同样小的回火脆性，应严格限制焊材中的氧、硅、磷、锑、锡、砷等微量元素的含量。(4)为提高焊缝金属的抗裂性，应控制焊材中的含碳量低于母材的碳含量，对于低合金耐热钢的焊缝金属含碳量最好控制在0.080.12范围内
11、，这样才会使焊缝金属具有较高的冲击韧性和与母材相当的高温蠕变强度。,3、耐热钢焊接要点(1)预热与层间温度 耐热钢焊前必须预热，预热的目的是为了防止冷裂纹的产生，对含铬、钼、钒等元素的耐热钢而言，预热还可以有效地避免和减少再热裂纹的产生。(2)焊后热处理 对于低合金耐热钢，焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，而且更重要的是改善组织提高接头的综合力学性能，包括提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝及热影响区硬度，还有就是使氢进一步逸出以避免产生冷裂纹。(3)后热 Cr-Mo钢冷裂倾向大，焊后必须立即消氢。(4)对于低合金耐热钢而言，允许的焊接热输入范围较宽，为了防止冷裂纹的产生，希望焊
12、接时热输入不要过小。,2.4.不锈钢的焊接所谓不锈钢是指其铬含量必须在12以上。不锈钢奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体一铁素体双相不锈钢，沉淀硬化型不锈钢。2.4.1 不锈钢的焊接特点1奥氏体不锈钢焊接特点（1）焊接热裂纹 奥氏体不锈钢焊缝易形成粗大的柱状晶组织，在凝固结晶过程中，若硫、磷、锡、锑、铌等杂质元素含量较高，就会在晶间形成低熔点共晶，在焊接接头承受较高的拉应力时，就易在焊缝中形成凝固裂纹，在热影响区形成液化裂纹，这都属于焊接热裂纹。防止热裂纹最有效的途径是降低钢及焊材中易产生低熔点共晶的杂质元素和使铬镍奥氏体不锈钢中含有412的铁素体组织。（2）晶间腐蚀 根据贫铬理
13、论，在晶间上析出碳化铬，造成晶界贫铬是产生晶间腐蚀的主要原因。为此，选择超低碳焊材或含有铌、钛等稳定化元素的焊材是防止晶间腐蚀的主要措施。（3）应力腐蚀开裂 应力腐蚀开裂通常表现为脆性破坏，造成奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的主要原因是焊接残余应力。焊接接头的组织变化或应力集中的存在，局部腐蚀介质浓缩也是影响应力腐蚀开裂的原因。,2铁素体不锈钢及其焊接特点（1）焊接高温作用下，在加热温度达到1000以上的热影响区特别在近缝区的晶粒会急剧长大，焊后即使快速冷却，也无法避免因晶粒粗大化引起的韧性急剧下降及较高的晶间腐蚀倾向。（2）铁素体钢本身含铬量较高，有害元素碳、氮、氧等也较多，脆性转变温度较高，缺口
14、敏感性较强。因此，焊后脆化现象较为严重。（3）在400600长时间加热缓冷时，会出现475脆化，使常温韧性严重下降。在550820长时间加热后，则容易从铁素体中析出相，也明显降低其塑、韧性。,3马氏体不锈钢及其焊接特点Cr13型马氏体不锈钢焊缝和热影响区的淬硬倾向特别大，焊接接头在空冷条件下便可得到硬脆的马氏体，在焊接拘束应力和扩散氢的作用下，很容易出现焊接冷裂纹。当冷却速度较小时，近缝区及焊缝金属会形成粗大铁素体及沿晶析出碳化物，使接头的塑、韧性显著降低。低碳及超级马氏体不锈钢的焊缝和热影响区冷却后，虽然全部转变为低碳马氏体，但没有明显的淬硬现象，具有良好的焊接性能。,2.4.2 用不锈钢焊
15、材选用1奥氏体不锈钢焊材选用保证焊缝金属的耐蚀性能及力学性能与母材基本相当，或高于母材，一般要求其合金成分大致与母材成分匹配。2铁素体不锈钢焊材选用铁素体不锈钢焊材基本上有三类：1)成分基本与母材匹配的焊材；2)奥氏体焊材；3)镍基合金焊材，由于其价格较高，故很少选用。3马氏体不锈钢焊材选用焊缝成分应尽量接近母材的成分。为了防止冷裂纹，也可采用奥氏体焊材，这时的焊缝强度必然低于母材。,2.4.3、用不锈钢焊接要点1奥氏体不锈钢焊接要点总的来说，奥氏体不锈钢具有优良的焊接性。几乎所有的熔化焊接方法均可用于焊接奥氏体不锈钢，(1)由于奥氏体不锈钢导热系数小而热膨胀系数大，焊接时易于产生较大的焊接变
16、形和应力，因此应尽可能选用焊接能量集中的焊接方法。(2)由于奥氏体不锈钢导热系数小，在同样的焊接电流下，可比低合金钢得到较大的熔深，焊接电流较小。(3)焊接规范。采用小热输入。焊条电弧焊时，宜采用小直径焊条，快速多道焊（4）奥氏体不锈钢焊接时一般不需要预热。应控制较低的层间温度，一般不超过150。,2铁素体不锈钢焊接要点在焊接铁素体不锈钢时，应尽量采用小的热输入，即采用能量集中的方法，并严格控制层间温度。铁素体不锈钢在热影响区的高温区产生敏化，焊后经700850退火处理，使铬均匀化，可恢复其耐蚀性。普通高铬铁素体不锈钢可采用焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊等熔焊方法。为了防止裂纹，改善接头塑性和
17、耐蚀性，以焊条电弧焊为例，可以采取下列工艺措施。(1)预热100150左右，使材料在富有韧性的状态下焊接。含铬越高，预热温度应越高。(2)采用小的热输入、不摆动焊接。多层焊时，应控制层间温度不高于150。(3)焊后进行750800退火处理。由于碳化物球化和铬分布均匀，可恢复耐蚀性，并改善接头塑性。,3马氏体不锈钢焊接要点对于Cr13型马氏体不锈钢(1)预热。预热温度随钢材含碳量的增加而提高，一般在100350范围内。(2)后热。对于含碳量较高或拘束较大的焊接接头，焊后采取后热措施，以防止焊接氢致裂纹。(3)焊后热处理。为改善焊接接头塑、韧性和耐蚀性，焊后热处理温度一般为650750。对于超级及
18、低碳马氏体不锈钢，一般可不采取预热措施，当拘束较大或焊缝中含氢量较高时，采取预热及后热措施，预热温度一般为100150，焊后热处理温度为590620。,2.5 异种钢的焊接在大容量高参数电站锅炉中，受热面管的高温部位达到600以上，因此在温度较高的部位选用蠕变强度较高和抗氧化能力较强的奥氏体铬-镍不锈钢，而与之连接的较低温度区则采用珠光体贝氏体马氏体系列耐热钢，在长期高温高压的工况条件下，这类接头容易产生过早失效。1、异种钢焊接的特点（1）焊缝稀释 焊接时由于母材金属熔化而使焊缝金属稀释。（2）过渡层 异种钢焊接时，在毗邻铬-钼钢一侧熔合线附近的焊缝金属中，形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡
19、层。过渡层中，合金元素比铬-钼多，比奥氏体钢少，往往形成马氏体，高硬度的马氏体组织会使脆性增加，塑性显著降低。,（3）碳迁移 异种钢接头在焊接过程焊后热处理及长期高温运行中，存在碳的扩散迁移。在高温条件下，铬-钼合金钢中的碳向奥氏体焊缝金属扩散迁移，结果在铬-钼合金钢中产生脱碳层，形成软化带；奥氏体钢一侧则由于增碳而形成硬化带。在长期高温运行时，脱碳层母材由于碳元素的减少，而成薄弱部分。提高焊缝金属含镍量，提高铬-钼合金钢碳化物形成元素的含量，能显著减弱碳的扩散迁移。（4）膨胀系数差别大 奥氏体钢膨胀系数比珠光体类钢大3050%，在加热冷却及长期高温运行条件下，都会在熔合区产生较大的热应力。由
20、于异种钢接头长期失效基本上发生在低合金钢一侧熔合面上。（5）蠕变强度不匹配 异种钢接头奥氏体与铬-钼低合金钢随温度升高而蠕变强度下降的规律是不一样的，珠光体钢蠕变开始温度低于奥氏体钢，随着温度的升高，珠光体钢蠕变强度下降幅度很大，奥氏体钢的蠕变强度下降幅度小。随着温度升高，两者的蠕变强度差值愈来愈大，特别是采用Inconel 82作为填充金属时，其蠕变强度高于奥氏体钢，这样铬-钼低合金钢与焊缝蠕变强度差别更大，致使低合金钢侧产生蠕变开裂。提高异种钢接头低合金钢侧蠕变强度，有助于提高异种钢接头寿命。,2、异种钢焊接工艺：（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
21、部的实际稀释率要比其它部位大得多，一般要求根部焊缝的平均稀释率控制在30%以下。为了降低熔合比，减少焊缝金属尤其是焊缝根部的稀释，应采用较大的坡口，推荐采用角度不小于70无钝边的V型坡口或U型坡口。（2）采用较小的焊接热输入,以利于防止热裂纹和降低稀释率。（3）不预热焊接会增大铬-钼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在焊缝金属被稀释的情况下，保证异种钢接头特别是熔合区仍有满意的高温性能，则熔合区过渡层要窄，焊缝金属要有足够
22、的抗碳迁移能力，同时焊缝金属的膨胀系数要接近铬-钼低合金钢。根据上述原则，推荐采用Inconel 82镍基填充材料。（5）采用过渡段采用过渡段的目的是尽可能改善材料的蠕变强度差别。（6）焊后热处理生产实践证明，采用镍基焊接材料，拘束应力较小时，在淬硬倾向不严重时，或者进行焊前预热，焊后可以不进行热处理。在拘束应力较大，或焊前不预热时，焊后应该进行热处理，由于异种钢接头采用镍基材料焊接，焊缝中有大量的石墨化元素Ni，故不会产生严重的碳迁移，但焊后热处理应采用较低的热处理温度和较短的热处理时间，防止碳元素的迁移。一般是按照热处理温度要求高的一侧母材来选定异种钢接头的PWHT温度，此时一定要事先做焊
23、接工艺评定，以防使强度低的一侧母材强度严重下降，出现强度不合格。,超超临界(USC,Ultra-Supercritical)是指蒸汽运行压力高于24MPa、温度超过593的火力发电技术。与超临界(SC)机组相比，其热效率可提高4%以上，CO2排放量能降低2025%，符合国家节能减排政策。为此，发展了大批适用于USC机组的新型耐热钢材料，其高温热强性、蠕变性能、抗氧化性能得到了显著提高。其中，T/P 91、92系列马氏体钢使用较为广泛，前者我国已能自行研制，但对后者的研究则起步较晚。,26 新型热强钢,2.6.1:新型热强钢的基本焊接特点,T91/P91，T92/P92，T23/P23，T122
24、/P122都是属于调质状态下使用的回火马氏体钢，具有相似的基本特点，碳、硫、磷含量减少；Nb、V、N等元素作为微合金化而微量添入，新型热强钢除了固溶强化和沉淀强化外，还通过微合金化、控轧、形变热处理及控冷获得高密度位错和极细晶粒，使钢进一步强化和显著韧化。新型热强钢由于降低了碳和杂质元素的含量，降低了焊接裂缝的敏感性。焊缝金属不能控轧和形变热处理，晶粒不可能细化，而且焊缝金属中的Nb和V在凝固冷却过程中难以呈微细的碳氮化合物析出，所以焊缝的韧性远不如母材。HAZ性能的劣化程度随焊接线能量的增加而加剧。热影响区蠕变断裂强度低，控制8501100热影响区宽度非常重要，这需要通过控制线能量和层间温度
25、来实现。,2.6.2:P92钢大口径厚壁管道焊接的主要问题,1:我国电力行业标准火力发电厂金属材料选用导则（DL/T715-2000）规定：钢材在250、1h时效以后，其冲击韧度下降率应不大于50%，室温最低冲击韧度不得低于3035J/cm。2:英国BS-5500-1976附录D“非直接受火焊接压力容器规范”所列的宽板试验和V形缺口冲击试验的结果给出：对于b450MPa和b450MPa的钢而言，V形缺口冲击吸收功应分别达到27J和40J，才是防止脆性破坏的最低要求。3:美国EPRI的报告建议，对于燃煤电站来说，V形缺口冲击吸收功以41J作为目标，才是可以接受的。按照这些规定的技术要求，SA33
26、5-P92钢焊后焊缝的V形缺口冲击吸收功应达到41J以上。,由于P92钢具有明显的时效倾向，与母材成分相近的焊缝也会有同样的倾向。为了避免焊缝金属时效后韧度过低，提高焊缝金属时效前的原始韧度，为时效留出一定的余量，是P92钢大口径厚壁管道焊接的主要问题。焊缝金属时效前的原始韧度的影响因素:焊材的选型、焊接中的预热、层间温度、焊接热输入量（表现为每层焊道的焊缝增高厚度）、热处理温度以及大口径厚壁管道焊后热处理方法等诸多方面,2.6.3SA335-P92钢（36056mm）焊接工艺方案,（1）焊接方法：采用GTAW/SMAW为防止根部氧化，打底层和第二层采用GTAW焊接法，焊接过程中均采用背面充氩
27、气和混合气体保护。其余各层的焊接为SMAW，2.5mm焊条焊二层，其余均采用3.2mm焊条。（2）焊接材料选用德国蒂森公司生产的焊丝和焊条，焊材型号均为MTS 616。,（3）5G位置的焊接，采用宽摆快速薄层多道焊，每道焊缝的增厚需控制在2.5mm，摆动幅度宜控制在25mm范围内。56mm壁厚要求焊23层，18层为单道焊，913层为一层二道焊，其余为一层三道焊。2G和6G位置的焊接，采用多层多道焊，焊速应150mm/min，每道焊缝的增厚2.5mm，56mm壁厚要求焊23层，第一层为单道焊，第二层为一层二道焊，其余各层均为一层多道焊。（4）预热温度 GTAW：100150；SMAW：20025
28、0。预热采用柔性陶瓷电阻加热，热电偶控温，每侧预热宽度不小于壁厚的三倍。（5）层间温度：200250层间温度不应超过250，尽量控制在下限。采用远红外测温仪和测温笔对层间温度进行测温。（6）焊接后需冷至80100，恒温2h。,（7）热处理a.采用柔性陶瓷电阻加热器加热；b.加热宽度不小于400mm，保温宽度不小于500mm；c.升温速度100/h，降温速度150/h；d.热处理温度760107h考虑到工艺评定的管壁厚度，采用柔性陶瓷电阻加热会产生内外壁温差，故热处理恒温时间由原来试验时的6小时，改为7小时，以确保焊缝的韧度。（8）P92钢36056mm焊接和热处理工艺曲线图，参见图4。,图4
29、P92钢36056mm焊接和热处理工艺曲线图,（9）焊接检验a.试件外观检查b.试件做RT和UT检验c.硬度自检（10）焊接接头按DL/T868-2004焊接工艺评定规程的要求，需做如下各项性能试验。a.接头拉伸试验b.接头弯曲试验c.接头冲击试验：焊缝（近表面、中间、近内表面）；热影响区（近表面、中间、近内表面）。冲击试样取样示意图见图5。d.硬度检验：GTAW部分和SMAW部分e.金相微观检验：GTAW部分和SMAW部分,图5.冲击试样取样示意图,2.6.4SA335-P92钢（36056mm）焊接工艺评定,1P92钢焊接工艺评定是按DL/T868-2004焊接工艺评定规程进行的。,2P9
30、2钢焊接工艺评定试验报告内容解读（1）试验报告中，焊缝的力学性能分GTAW和SMAW部分。试验中屈服强度（Re）和抗拉强度（Rm）以及延伸率（A）的三项指标均符合焊接接头的力学性能要求。（2）试验报告中接头的弯曲试验，弯曲试验按GB/T 2653焊接接头弯曲及压扁试验法标准进行，每根侧弯由SMAW部分或SMAW+GTAW部分组成，侧弯试验角度均为180。（3）试验报告中的冲击试验：焊接接头冲击试样，分焊缝和热影响区。焊缝部分的冲击试样由焊缝近表面（SMAW）、1/2壁厚处的焊缝（SMAW）和焊缝近内表面（GTAW）三部分构成，共9块。,冲击试验数据满足焊接接头冲击功41J的要求.（4）硬度试验
31、报告：每个位置项目的焊接接头的硬度检验取GTAW和SMAW部位，每个检验部位由母材、热影响区和焊缝组成。（5）金相检验报告：每个位置项目的焊接接头的金相试样取GTAW和SMAW部分。GTAW焊缝的显微组织均为回火索氏体组织，SMAW焊缝的显微组织均为保持马氏体位向的回火索氏体组织。,(1)同种钢焊接 管子规格为44.5OD9.00(mm)采用手工氩弧焊GTAW对接，焊接电流230A，电压14V，焊道为三层，以氩气Ar作保护气。焊后升温至76015的温度范围内保温2小时，消除残余应力。焊丝选用德国蒂森公司的ER90S-G，成分见下表。,2.6.5:P92小口径厚壁管道焊接,(2)P92与 HR3
32、C 焊接,P92与 HR3C(25Cr20NiNbN)新型奥氏体钢种，ASME牌号TP310HCbN。它在600700的温度范围内仍然具有良好的高温蠕变强度和抗氧化能力，多作为USC机组的过热器、再热器材料。,HR3C的成分,焊接工艺与焊材,采用手工氩弧焊GTAW打底，手工电弧焊SMAW对接头进行焊接。焊后在760770的温度范围内保温2小时，消除残余应力。焊丝选用英国METRODE公司的ERNiCr-3，成分见下表。,ERNiCr-3的成分,(3)P92与Super304H 的焊接 Super304H(18Cr9Ni3CuCbN)新型奥氏体钢种，规格为44.45OD8.35t(mm)，晶粒度
33、为8.8，其化学成分与金相组织如下所示。,Super304H的成分,采用手工氩弧焊GTAW对接，焊接电流230A，电压14V，焊道为三层，以氩气Ar作保护气。焊后升温至76015的温度范围内保温2小时，消除残余应力。焊丝选用英国METRODE公司的ERNiCr-3，成分略。,GTAW,(a)接头示意图(b)接头外观,接头强度符合要求，焊缝强度稍低。,I：拉伸试验,2.6.6:T92与HR3C异种钢接头性能,接头韧性也合格。,II：弯曲试验,III：硬度测试,焊缝硬度最低，两个热影响区硬度最高,接头五大区域,金相组织检验,蠕变断裂试验目的：采用加速试验的方法a）预测材料在某一确定温度下，服役10
34、万小时后，材料的强度值b）在某一确定温度及压力条件下，预测材料的使用寿命,蠕变试样示意图,180 MPa,130 MPa,110 MPa,蠕变断裂位置各不相同：高应力(180,160,150,140MPa):T92母材中应力(130MPa):T92 HAZ低应力(120,110MPa):焊缝,蠕变断口观察,180 MPa,(a)整体形貌(b)孔洞与韧窝,(c)三个相邻孔洞(d)相邻孔洞局部放大形貌,颈缩,蠕变孔洞,韧窝聚集型韧性断裂,130 MPa,孔洞宽浅,准解离脆性断裂,(a)整体形貌(b)浅的孔洞,解离台阶,110 MPa,介于韧性断裂与准解离脆性断裂之间,解离台阶,(a)整体形貌(b)
35、孔洞与韧窝,(c)四个相邻孔洞(d)孔洞放大形貌,蠕变孔洞,蠕变性能分析：高温高载荷(180140MPa)时，T92母材细晶马氏体结构的强度比奥氏体弱，因而蠕变断裂位置发生在T92母材，断裂类型为韧窝聚集型韧性断裂。2）载荷降低(130MPa)时，接头各区材料之间的性能差异不明显，断裂位置就产生在残余应力集中处HAZ，且因晶粒粗大，发生准解离脆性断裂。3）载荷继续降低(120,110MPa)，材料间强度差异更小，断裂位置就集中在常温强度最低的焊缝，且晶粒大硬度低，兼有韧性与脆性断裂模式。,三 电站锅炉受压元件的焊接,1锅筒焊接锅筒是锅炉中最重要的部件之一。通常在锅炉中，锅筒是锅炉中壁厚最厚，制
36、造难度较高的厚壁容器。它由锅炉钢板制成大型圆柱型容器，并在其上焊接各种类型的管座和附件及预埋件。,锅筒主要制造工序如下：（1）锅筒筒节由厚壁锅炉钢板卷制成筒节或由压机压制成半圆瓦片状筒节，加工纵缝坡口，焊接纵缝；纵缝无损检验，卷制筒节的复卷圆，加工环缝坡口。（2）压制锅筒半圆状封头，加工封头环缝坡口，焊接环逢，环缝无损检验。（3）筒节管座处开孔并加工管座坡口，焊接管座，各管座的无损检验。（4）锅筒热处理。国产锅筒用钢板按GB713锅炉碳素钢和低合金钢钢板规定。锅筒主要选材为20g16Mng19Mng（P355GH）SA-299BHW35WB36等，目前我国50MW以上机组的电站锅炉锅筒用钢板主
37、要采用P355GH（19Mn6）BHW35（13MnNiMo5-4/DIWA353）和SA-299。,(1)纵缝焊接锅筒筒节分为卷制和压制两种。（a）卷制筒节纵缝的焊接卷制筒节钢板长度为筒节圆周周长，筒节卷制后采用气割+打磨方法加工纵缝坡口，筒节采用等厚度钢板，每个筒节焊接一条纵缝，纵缝焊妥后还要进行复卷圆。筒节内表面采用厚度为10mm的钢衬垫，衬垫与筒节点固焊采用SMAW焊接，外侧采用SAW多层多道焊接，外侧纵缝焊妥后采用碳弧气刨将衬垫去除,b）压制筒节纵缝的焊接压制筒节根据压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
38、相同的焊接方法，内壁采用SMAW，外壁采用SAW焊妥，SMAW/SAW组合焊缝采用焊接坡口如图。,(2)环缝焊接筒节环缝焊接通常采用内壁SMAW封底焊接，外壁SAW焊妥，与压制筒节纵缝相同。(3)集中下降管给水管焊接集中下降管给水管等主要大管座一般与锅筒本体材料相同，当下降管的外径108mm且采用插入式结构时，可不开坡口，焊接方法可采用SMAW；对于额定蒸汽压力3.8MPa的锅炉，集中下降管管接头与筒体的连接必须采用全焊透的接头形式，如图，为对接角焊缝。下降管给水管根部放置钢衬垫，SMAW点固焊，外侧焊接采用SAW马鞍形焊机焊接，焊妥后，碳刨去除衬垫，打磨后SMAW补焊。,2 集箱焊接集箱在锅
39、炉中起到汇集汽水的作用，锅炉受热面管内的水和蒸汽吸收燃料燃烧的热量，最终成为有一定温度和压力的水或蒸汽，汇集到出口集箱，然后再输送到需使用热水或蒸汽的场合，大型电站锅炉受热面管内的高温高压蒸汽最终汇集到末级过热器出口集箱，再由管道输送到汽轮机高压缸，推动汽轮机运转做功，并带动发电机产生强大的电力，之后温度压力已降低的蒸汽从汽轮机返回锅炉再热器，再次加热后汇集到再热器出口集箱后送到汽轮机低压缸做功。大型电站锅炉集箱主要有水冷壁集箱省煤器集箱过热器集箱再热器集箱等。,（1）集箱本体的环缝焊接通常，集箱本体采用无缝钢管，工厂按设计图纸将钢管拼接到一定尺寸，或在钢管之间插入三通或者弯头，集箱的一端或两
40、端还要与端盖焊接，这些全部归入集箱环缝焊接。由于集箱所承受的工作条件，环缝要求全焊透，并且集箱的结构形式只能采取单面焊方法集箱环缝拼接主要采用以下焊接工艺方法：（a）手工氩弧焊+焊条电弧焊+埋弧焊（GTAW+SMAW+SAW）（b）手工氩弧焊封底+焊条电弧焊（GTAW+SMAW）（c）全位置热丝TIG焊接（GTAW-HW）（d）GTAW+SAW,（2）管接头焊接集箱上有众多的管接头或管座，集箱通过管接头或管座与受热面管相接，根据锅炉工作压力不同，管接头采用不同的焊接结构型式，管接头管座有焊透和非焊透之分，管接头采用手工氩弧焊（GTAW）封底，封底添加填充焊丝，封底完成后采用焊条电弧焊（SMAW
41、）焊接。,3 受热面管焊接锅炉受热面，管子主要作为热交换用；在所有不同用途管子中，电站锅炉管子的材料类别规格最多，焊接工作量最大，质量要求也甚高。受热面管通常有垂直管屏和水平管屏,分别布置于炉膛和后烟井包覆烟道内，如图为置于后烟井烟道内的水平布置受热面管。,小口径管的熔化对接焊接方法主要有自动GTAWGMAWGTAW-HWPAW手工GTAWSMAW等及其组合。焊接材料的选用除20G按相应强度等级材料选用外，其它合金钢管不锈钢同种钢焊接材料应按相应化学成分进行选择，以保证高温条件下的使用性能；异种钢焊接材料选择应考虑材料的焊接性合金元素的稀释碳迁移所产生的碳化物及软化带线膨胀系数的匹配等。,4
42、膜式水冷壁焊接膜式壁结构通常指膜式水冷壁和后烟井包覆过热器，是组成锅炉炉体的管屏结构，早期的锅炉多采用拉拔鳍片管，鳍片之间焊接，组成管屏结构，现在基本采用管子加扁钢焊接而成的管屏结构。膜式拼排焊缝为纵向受压件与非受压件焊接的非受压焊缝，其主要作用是保证管子与扁钢之间要有良好的热传导并有一定的强度，因此对它的要求主要是一定的熔深和焊缝的横截面积，。对于焊接熔深较浅的焊接方法，如GMAW（MPM法），采用提高角焊缝焊脚高度来降低熔深要求；对于有熔深要求而焊接方法无法保证的产品，则采用在扁钢上开坡口的方法。,膜式管屏,膜式水冷壁焊接熔深与截面,膜式壁管子实际上亦是锅炉受热面，其管子外径通常89mm。
43、膜式壁焊接中应用的焊接方法有SAWGMAW高频鳍片管焊接和手工焊SMAWFCAWGMAW）等。,（1）SAW 埋弧自动焊主要适用于焊接管子+扁钢的结构形式，管子规格OD=2289mm，扁钢宽度6102mm，扁钢厚度一般为6mm。焊炬布置如图，每一机头两把焊炬，在生产线中一般采用双机头四焊炬的，也有采用八焊炬的，两台焊机配套使用，工件行走，正面焊缝焊好之后再翻身焊接反面焊缝，将管子+扁钢焊成宽度800mm或1600mm的管排，然后在双机头四焊炬的龙门焊机上拼焊到图纸所要求的宽度。,（2）GMAW 采用富氩混合气体保护焊，电弧稳定，飞溅小，熔滴容易呈轴向射流过渡，焊缝质量好。特别是MPM法可配置高达20头焊炬，可同时焊接5根管子+6根扁钢的正反面焊缝，GMAW采用上下压轮压紧，只需采用名义宽度的扁钢，不需配备调节扁钢。与SAW相比，省掉了拼排的翻身工序，焊接变形小，生产率高，占用生产场地小。与SAW双身焊法不同，MPM焊接通常采用扁钢中间夹管子。如图。,谢谢！,
