1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。DZL29型鍋爐鍋筒的焊接工藝DZL29型鍋爐鍋筒的焊接工藝DZL29型鍋爐鍋筒的焊接工藝 摘 要 焊接工藝作為鍋爐設備制造的關(guān)鍵工藝，其受壓元件的性能和可靠性在很大程度上決定了鍋爐的安全性能和可靠性。只有按照國家標準制定確定了最佳的焊接工藝參數(shù)，才能確保鍋爐設備的焊接質(zhì)量、焊接接頭符合產(chǎn)品技術(shù)性能和相應的條件下的使用要求。在考慮鍋爐設備制造的經(jīng)濟性時，通過對鍋爐材料的選用，以及對鍋爐受壓元件進行焊接工藝的評定和實驗，確定切實可行的焊接方法、參數(shù)等，最后進行焊接工藝規(guī)程編制。使DZL29-1.6/130

2、/70-A型鍋爐主要受壓元件鍋筒的焊接質(zhì)量達到設計及相關(guān)法規(guī)、標準的要求，以保證產(chǎn)品的安全性。 關(guān)鍵詞：鍋爐；焊接質(zhì)量；鍋筒；焊接工藝 ABSTRACT Welding process as the key part of boiler equipment manufacturing process, its performance and reliability of the pressure parts to a great extent, determines the safety and reliability of the boiler. Only according to the

3、national standard, determine the best welding process parameters, to ensure the welding quality of boiler equipment, welding joints conform to the product technical performance and the corresponding conditions of use requirements. When considering equipment manufacture of the boiler efficiency, thro

4、ugh to the material selection of boiler, and assessment of boiler pressure parts for welding process and experiment, the feasible welding methods, parameters, etc., finally carries on the welding procedure specification. Make DZL29-1.6/130/70-A type boiler welding quality of main pressure parts meet

5、 the requirements of design and relevant codes, standards, to ensure the safety of the product. Key words: Boiler；Welding Quality；Boiler barrel；Welding Technology 目錄 第一章 緒論 1.1 鍋爐的研究背景 . 1 1.2 鍋爐概述 . 1 1.3 鍋爐的分類 . 2 1.4 鍋爐的型號 . 6 1.3 DZL鍋爐的結(jié)構(gòu)及工作原理 . 10 1.3.1 DZL鍋爐的結(jié)構(gòu) . 10 1.3.2 DZL鍋爐的工作原理 . 10 1.3.3

6、 DZL29-1.6/130/70-A型鍋爐的主要參數(shù) . 11 1.4 熱水鍋爐的研究意義 . 11 第2章 鍋爐材料的選用 2.1 DZL鍋爐材料的選用及性能分析 . 13 2.2 焊接材料的選用及性能分析 . 15 2.3 鍋爐材料的焊接性分析 . 16 第3章 鍋爐受壓元件焊接工藝評定及實驗 3.1焊接工藝評定意義 . 18 3.2焊接工藝評定的項目 . 18 3.3焊接工藝評定試驗 . 18 3.3.1 實驗項目 . 18 3.3.2 焊接工藝評定試驗方法 . 19 3.4焊接工藝評定報告 . 20 第4章 焊接工藝規(guī)程編制 4.1 焊前準備 . 21 4.2焊接工藝設計 . 21

7、4.2.1 鍋筒縱環(huán)縫的焊接 . 21 4.2.2 管板組合焊縫的焊接 . 22 4.3 焊接參數(shù)的確定 . 23 4.3.1 電弧焊的焊接參數(shù) . 23 4.3.2 埋弧焊的焊接參數(shù) . 24 4.5 焊后熱處理 . 25 4.6焊接工藝卡的編制 . 26 第五章 焊接質(zhì)量的檢驗 5.1外觀檢驗 . 32 5.2內(nèi)部檢驗 . 32 5.3無損檢測 . 32 5.4力學性能檢驗 . 33 5.5 水壓試驗 . 35 結(jié) 語 . 36 參考文獻 . 37 致 謝 . 39 第一章 緒論 1.1 鍋爐的研究背景 近年來，熱水鍋爐的研究越來越深入。目前，國內(nèi)的燃煤鍋爐占有較大比例。其最主要的是原因是

8、我國煤炭的儲量相對石油、天然氣較多，因此價格上有一定的優(yōu)勢。然而，燃煤鍋爐的熱效率較低，燃燒技術(shù)較為復雜，燃燒產(chǎn)生的 SO2，CO，NO2和煙塵成為北方城市冬季大氣主要污染之一。燃煤熱水鍋爐在保證良好的燃燒條件下，發(fā)熱值高，這使得燃煤鍋爐趨于小型化和實現(xiàn)燃燒自動化，給操作和管理人員提供了一個良好的工作環(huán)境，也極大地減輕了他們的勞動強度。近年來，由于輕便、靈活、環(huán)保、安裝調(diào)試方便等優(yōu)點，煤熱水鍋爐得到了廣泛地發(fā)展和應用。 眾所周知，燃煤熱水鍋爐的安全性是一個不容忽視的問題，燃煤熱水鍋爐研究的工程背景也是生產(chǎn)發(fā)展的重要項目。鍋爐作為一種特殊的高溫高壓容器,在熱能動力方面發(fā)揮著越來越重要的作用。鍋爐

9、已被廣泛的應用到各行各業(yè)和人們的日常生活中，在廣泛應用的同時，鍋爐作為一種溫度高,壓力大同時有爆炸危險的危險容器，就需要我們能夠提高警惕、加強安全生產(chǎn)的質(zhì)量，在利用它的同時又能避免發(fā)生事故。鍋爐的安全性能高低,直接影響到企業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展和人民的生命財產(chǎn)安全。因此加強鍋爐安全生產(chǎn)對于企業(yè)和人民的發(fā)展都有著重要的意義。 鍋爐在使用過程中必須要求安全、穩(wěn)定、長期地運行,否則一旦發(fā)生故障,就可能造成不可挽回的安全事故和經(jīng)濟損失。本文在強調(diào)鍋爐安全重要性的同時,分析了影響鍋爐安全因素。 1.2 鍋爐概述 鍋爐是一種利用燃料燃燒放出的熱，通過金屬壁面將水加熱產(chǎn)生蒸汽的設備，從而把燃料的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/p>

10、鍋爐是由鍋和爐兩大部分組成。鍋是裝水的容器，由鍋筒和許多鋼管組成；爐是燃料燃燒的場所。燃料在爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣，借導熱、對流和輻射三種換熱的形式，將煙氣的熱量傳給鍋中的水而產(chǎn)生蒸汽。 從能源利用的角度看,鍋爐是一種能源轉(zhuǎn)換設備。在鍋爐中,一次能源(燃料) 1 的化學貯藏能通過燃燒過程轉(zhuǎn)化為燃燒產(chǎn)物(煙氣和灰渣)所載有的熱能,然后又通過傳熱過程將熱量傳遞給中間載熱體(水和蒸汽),依靠它將熱量輸送到用熱設備中去。這種傳輸熱量的中間載熱體屬于二次能源,因為它的用途就是向用能設備提供能量。當中間載熱體用于在熱機中進行熱一功轉(zhuǎn)換時,就叫做“工質(zhì)”。如果中間載熱體只是向熱設備傳輸、提供熱量以進行熱利用

11、,則通常被稱為“熱媒”。 鍋爐按其用途可以分為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、船舶鍋爐和機車鍋爐等四類。前兩類又稱為固定式鍋爐,因為是安裝在固定基礎上而不可移動的。后兩類則稱為移動式鍋爐。本論文介紹的是固定式工業(yè)鍋爐。 在鍋爐中進行著三個主要過程: 1.燃料在爐內(nèi)燃燒,其化學貯藏能以熱能的形式釋放出來,使火焰和燃燒產(chǎn)物 (煙氣和灰渣)具有高溫。 2. 高溫火焰和煙氣通過“受熱面”向工質(zhì)(熱媒)傳遞熱量。 3.工質(zhì)(熱媒)被加熱,其溫度升高或者汽化為飽和蒸汽,或再進一步被加熱成為過熱蒸汽。 以上三個過程是互相關(guān)聯(lián)并且同時進行的,實現(xiàn)著能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。伴隨著能量的轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)移還進行著物質(zhì)的流動和變化。 鍋爐是

12、國民經(jīng)濟中重要的熱能供應設備。電力、機械、冶金、化工、紡織、造紙、食品等行業(yè),以及工業(yè)和民用采暖都需要鍋爐供給大量的熱能。其中工業(yè)鍋爐還是以燃煤占大多數(shù)，燃汽的一般是余熱鍋爐用于回收廢熱。工業(yè)鍋爐是重要的熱能動力設備，我國是當今世界鍋爐生產(chǎn)和使用最多的國家。1 1.3 鍋爐的分類 1 按用途分類 （1）電站鍋爐 用于發(fā)電，大多為大容量、高參數(shù)鍋爐，火室燃燒，效率高，出口工質(zhì)為過熱蒸汽。 （2）工業(yè)鍋爐 用于工業(yè)生產(chǎn)和采暖，大多數(shù)為低壓、低溫、 小容量鍋爐，火床燃燒居多，熱效率較低，出口工質(zhì)為蒸汽的稱為蒸汽鍋爐，出口工質(zhì)為熱水的稱為熱水鍋爐。 （3）船用鍋爐 2 （4）機車鍋爐 （5）注汽鍋爐

13、用于油田對稠油的注汽熱采，出口工質(zhì)一般為高壓濕蒸汽。 2按結(jié)構(gòu)分類 （1）火管鍋爐 煙氣在火管內(nèi)流過，一般為小容量、低參數(shù)鍋爐、熱效率低、但結(jié)構(gòu)簡單、水質(zhì)要求低、運行維修方便。 （2）水管鍋爐 汽水在管內(nèi)流過，可以制成小容量、低參數(shù)鍋爐，也可以制成大容量、高參數(shù)鍋爐。電站鍋爐一般均為水管鍋爐、熱效率高、但對水質(zhì)和運行水平的要求也較高。 3按循環(huán)方式分類 （1）自然循環(huán)鍋筒鍋爐 （2）多次強制循環(huán)鍋筒鍋爐 （3）低倍率循環(huán)鍋爐 （4）直流鍋爐 （5）復合循環(huán)鍋爐 4按鍋爐出口工質(zhì)壓力分類 （1） 低壓鍋爐一般壓力小于1.275MPa （2）中壓鍋爐一般壓力為3.825MPa （3）高壓鍋爐一般壓

14、力為9.8MPa （4） 超高壓鍋爐一般壓力為13.73MPa （5） 亞臨界壓力鍋爐一般壓力為16.67MPa （6）超臨界壓力鍋爐一般壓力為22.13MPa 5按燃燒方式分類 （1）火床燃燒鍋爐 主要用于工業(yè)鍋爐，包括固定爐排爐、往復爐排爐等。 （2）火室燃燒鍋爐 主要用于電站鍋爐，燃用液體燃料、氣體燃料和煤粉的鍋爐均為火室燃燒鍋爐。 3 （3）沸騰爐 送入爐排空氣流速較高，使大顆粒燃煤在爐排上面的沸騰床中翻騰燃燒，小顆粒燃煤隨空氣上升并燃燒。 6 按所用燃料或能源分類 （1） 固體燃料鍋爐，燃用煤等固體燃料 。 （2） 液體燃料鍋爐，燃用重油等液體燃料。 （3）氣體燃料鍋爐，燃用天然氣等

15、氣體燃料。 7 按排渣方式分類 （1） 固態(tài)排渣鍋爐 （2） 液態(tài)排渣鍋爐 8 按爐膛煙氣壓力 （1） 負壓鍋爐：爐膛壓力保持負壓，有送、引風機，是燃煤鍋爐主要型式。 （2） 微正壓鍋爐：爐膛表壓25KPa，不需引風機，易于低氧燃燒。 9 鍋筒布置分類 （1） 單鍋筒 （2）雙鍋筒 10余熱鍋爐：利用冶金、石油化工等工業(yè)的余熱作熱源。 11原子能鍋爐:利用核反應堆所釋放熱能作為熱源的蒸汽發(fā)生器。 12廢熱鍋爐：利用垃圾、樹皮、廢液等廢料作為燃料的鍋爐。 13其它能源鍋爐：利用地熱、太陽能等能源的蒸汽發(fā)生器或熱水器。 14按級別分類 A級鍋爐：額定工作壓力（表壓，下同）P3.8MPa的鍋爐，包括

16、： （1）超超臨界鍋爐: P27.0MPa或額定出口溫度590的鍋爐 （2）超臨界鍋爐: 22.1MPaP27.0MPa （3）亞臨界鍋爐: 16.7MPaP22.1MPa （4）超高壓鍋爐: 13.7MPaP16.7MPa （5）高壓鍋爐: 9.8MPaP13.7MPa （6）次高壓鍋爐: 5.4MPaP9.8MPa （7）中壓鍋爐: 3.8MPaP5.4MPa。 B級鍋爐 （1）蒸汽鍋爐： 0.8MPaP3.8MPa或額定蒸發(fā)量1.0t/h 4 （2）熱水鍋爐：額定出水溫度120或額定熱功率4.2MW （3）有機熱載體鍋爐 使用氣相有機熱載體的鍋爐 液相有機熱載體鍋爐:額定熱功率4.2MW

17、 C級鍋爐：除D級鍋爐外的下列鍋爐 （1）蒸汽鍋爐: 額定工作壓力0.8MPa且額定蒸發(fā)量1.0t/h的蒸汽鍋爐 （2）熱水鍋爐: 額定出水溫度120且額定熱功率4.2MW （3）液相有機熱載體鍋爐: 額定熱功率4.2MW D級鍋爐 （1）蒸汽鍋爐：設計正常水位時水容積50L且額定工作壓力0.8MPa （2）汽水兩用鍋爐: 額定工作壓力0.04MPa且額定蒸發(fā)量0.5t/h的鍋爐 E僅用自來水加壓的熱水鍋爐且出水溫度95 注：我們的常說的鍋爐是指工業(yè)鍋爐有蒸汽鍋爐、熱水鍋爐和有機熱載體鍋爐。 5 1.4 鍋爐的型號 6 7 8 9 1.3 DZL鍋爐的結(jié)構(gòu)及工作原理 1.3.1 DZL鍋爐的結(jié)

18、構(gòu) DZL系列燃煤熱水鍋爐是單鍋 筒縱置式鏈條爐排水火管鍋殼鍋爐。 水火管鍋殼鍋爐的結(jié)構(gòu)為臥式三回 程水火管組合式，在爐膛左右兩側(cè)設 置水冷壁管與鍋筒組成第一回程，水 冷壁管延長部分組成兩側(cè)第二回程 八字煙道，鍋筒內(nèi)布置第三回程煙 管；鍋爐受熱面包括爐膛的輻射受熱 面、兩側(cè)八字煙道的橫向沖刷對流受 熱面、煙管縱向沖刷對流受熱面、鑄 鐵省煤器。煤自煤斗落到爐排上，經(jīng) 爐排推動進入爐膛燃燒；空氣由鼓風圖1.1 DZL鍋爐的主要結(jié)構(gòu) 機經(jīng)風道、調(diào)節(jié)風門、風室、爐排、煤層，進入爐膛；灰渣經(jīng)爐排后面的落渣口由出渣機除渣。在爐排上燃燒生成的高溫煙氣經(jīng)爐膛喉口，向后流動，火焰與高溫煙氣對圍成爐膛的水冷壁和鍋

19、殼底部裸露部分受熱面進行輻射換熱；然后由爐膛后部煙窗出口進入八字煙道對流換熱向爐前；經(jīng)前煙箱轉(zhuǎn)向進入煙管對流換熱流向鑄鐵省煤器換熱；最后經(jīng)除塵器，由引風機抽引，通過煙囪排向大氣。鍋爐汽水系統(tǒng)為：軟化管水箱-（除氧器）-水泵省煤器鍋筒下降管上升管（水冷壁管）-鍋筒主汽閥。其主要的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。 1.3.2 DZL鍋爐的工作原理 與蒸汽鍋爐相似，熱水鍋爐也由三個系統(tǒng)組成，即煤渣系統(tǒng)，煙風系統(tǒng)和水系統(tǒng)。它們的區(qū)別是，除汽水兩用爐外， 熱水鍋爐的水系統(tǒng)僅產(chǎn)生高溫水，而不像蒸汽鍋爐那樣產(chǎn)生蒸汽。熱水鍋爐的三個系統(tǒng)組成一個不可分割的整體，在其中同時完成燃料的燃燒放熱過程，熱量傳遞過程和水的吸熱升溫過

20、程，從而實現(xiàn)熱能的轉(zhuǎn)換，向外送出熱水。 燃料在爐膛內(nèi)與空氣混合，與氧氣發(fā)生化學反應，并放出熱量，這是燃料的 10 燃燒放熱過程，它直接影響到鍋爐的出水和熱效率。燃料燃燒后產(chǎn)生的熱量，通過水冷壁管、對流管束等受熱面?zhèn)鬟f給鍋水，這是熱量傳遞過程。熱量先傳遞給受熱面金屬的外部，這在爐膛內(nèi)主要以輻射的方式，而在對流管束和尾部煙道內(nèi)則主要以對流方式進行。之后熱量通過金屬導熱至內(nèi)部，最后再傳給鍋水。熱量傳遞過程也對鍋爐的熱效率有很大影響。熱水鍋爐的進出口流動的都是水，大多數(shù)都是通過水泵的壓力進行強制循環(huán)也有些鍋爐本體內(nèi)靠水溫不同所造成的重度差進行自然循環(huán)。水的吸熱升溫過程是鍋水循環(huán)流動，吸收足夠的熱量后輸

21、出的過程。鍋水良好的循環(huán)流動直接關(guān)系到鍋爐的安全運行。 1.3.3 DZL29-1.6/130/70-A型鍋爐的主要參數(shù) DZL29-1.6/130/70-A熱水鍋爐 安裝方式:快裝鍋爐；燃燒方式:層燃爐；循環(huán)方式:強制循環(huán)；出口壓力:中壓；鍋爐用途:工業(yè)鍋爐；結(jié)構(gòu)形式:臥式。 該產(chǎn)品具有運行可靠、熱效率高、爐內(nèi)水阻力低、強制循環(huán)、原始排煙濃度低、維修操作簡單等特點。具體使用參數(shù)如表1.1所示。2 表1.8 DZL14-1.0/95/70-A的主要參數(shù) 1.4 熱水鍋爐的研究意義 DZL29-1.6/130/70-A型鍋爐是一種特殊設備，其工作條件差、承受壓力在運行和使用中損壞的可能性比較大，

22、一旦發(fā)生事故，不但造成經(jīng)濟、財產(chǎn)損失，還會造成人員傷亡。故被列入國務院頒布的特種設備安全監(jiān)察條例，而鍋爐主要采用焊接結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品質(zhì)量很大程度上決定于焊接接頭的質(zhì)量。因此受壓元件焊接工藝在鍋爐的質(zhì)量作用起到絕對的作用，同樣焊接在鍋爐生產(chǎn)中占據(jù)著比較重要 11 的份額，一個小小的焊接問題就有可能造成鍋爐生產(chǎn)嚴重的損失。 因鍋爐內(nèi)部介質(zhì)具有很高的壓力，有一定的溫度和程度不同的腐蝕性等等，并且在不停地運動，不停地對壓力容器產(chǎn)生各種物理的、化學的作用，因而使容器產(chǎn)生腐蝕、變形、裂紋、滲漏等缺陷。因此，鍋爐的受壓元件焊接設計合理，制造質(zhì)量很好，對鍋爐的品質(zhì)有著直接的影響。鍋爐的受壓元件合理設計，是保證鍋爐安

23、全運行的重要的必不可少的措施。 誠然，鍋爐的安全制造既影響到國民經(jīng)濟各部門和人們的衣食住行，生活設施中的各種設備，涉及到社會發(fā)展和人們的生命安全。因此，對鍋爐受壓元件焊接工藝的研究具有十分重要的意義。 12 第2章 鍋爐材料的選用 鍋爐焊接材料的選擇和使用一直都是壓力容器和焊接行業(yè)非常關(guān)鍵的問題。2000年版壓力容器焊接工藝評定（JB4708-2000）和壓力容器焊接工藝規(guī)程標準已正式頒布實施，“新標準”對焊接的適用提出了新的要求?！靶聵藴省币?guī)定的焊接材料選用原則是：焊縫金屬的力學性能應高于或等于母材的力學性能。因此，焊材選擇的主要依據(jù)是保證其焊縫接頭的力學性能，包括焊接接頭在實際工況下的高/

24、低溫力學性能，抗動載荷，疲勞載荷等性能。焊縫金屬與母材強度匹配是壓力容器行業(yè)和焊接行業(yè)的熱點問題之一，爭論頗多，對于強度型低合金鋼按等強度原則選用焊接材料，能夠保證焊接接頭具有足夠的韌性儲備，適當超強有利于提高焊接接頭的抗脆斷性能。根據(jù)等強，匹配原則，指定出來的選用規(guī)范，以進行材料的選用，但一切焊接材料的選用，都是在焊接實驗測試焊縫金屬的力學性能符合要求后，才能進行的。3 2.1 DZL鍋爐材料的選用及性能分析 1.筒體和管板的選材。 DZL29受壓元件所用的材料主要是Q245R，屬于結(jié)構(gòu)鋼，是專用于承壓容器的鋼板，是用于制造石油、化工、氣體分離、氣體貯運的容器或其他類似設備，如各種塔器、換熱

25、器、貯罐、罐車等的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼鋼板，參見GB7132008，交貨狀態(tài)為熱軋控扎或正火，其化學成份和力學性能見表2.1、表2.2。4 表2.1 Q245R的化學成分 2.對集箱、接管、下降管和煙管的焊接材料的選擇。常選用材質(zhì)為20號鋼，屬于優(yōu)質(zhì)低碳碳素鋼，強度比15號鋼稍高，很少淬火，無回火脆性。冷變形塑性高、一般供彎曲、壓延、彎邊和錘拱等加工，電弧焊和接觸焊的焊接性能好，氣 13 焊時厚度小，外形要求嚴格或形狀復雜的制件上易發(fā)生裂紋。切削加工性冷拔或正火狀態(tài)較退火狀態(tài)好、一般用于制造受力不大而韌性要求高的。其化學成份和力學性能見表2.3、表2.4。 表2.2 Q245R的

26、力學性能 表2.4 20鋼的力學性能 14 2.2 焊接材料的選用及性能分析 壓力容器的焊接中經(jīng)常選用H08MnA焊絲、J427焊條和HJ431焊劑。其化學成份和力學性能見表2.5、表2.6、表2.7。 焊絲H08MnA是低碳結(jié)構(gòu)鋼鍍銅埋弧焊絲，配合焊劑HJ431、HJ433進行埋弧自動焊，焊縫具有優(yōu)良的力學性能，適用于低碳鋼,低合金鋼的船舶、鍋爐、壓力容器結(jié)構(gòu)等的焊接 焊條J427是低氫鈉型藥皮碳鋼焊條，可進行全位置焊接，焊縫金屬具有優(yōu)良的力學性能和抗裂性能，用于焊接較重要的碳鋼和低合金鋼。5 HJ431焊劑是熔煉型高錳高硅低氨焊劑，焊接工藝性能良好，對焊接區(qū)輕微銹跡不敏感；抗熱裂紋性能好，

27、又一定的抗潮能力。 配合H08MnA,H08Mn2Si等焊絲，可焊接低碳鋼及某些低合金鋼（16Mn15MnV）結(jié)構(gòu)，如鍋爐、船舶、壓力容器等。 表2.5各焊絲、焊條的化學成份 表2.6 各焊絲焊條的力學性能 15 表2.7 HJ431焊劑化學成份 2.3 鍋爐材料的焊接性分析 焊接性能的好壞主要取決于它的化學組成。而其中影響最大的是碳元素，也就是說金屬含碳量的多少決定了它的可焊性。鋼中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影響程度一般都比碳小得多。鋼中含碳量增加，淬硬傾向就增大，塑性則下降，容易產(chǎn)生焊接裂紋。通常，把金屬材料在焊接時產(chǎn)生裂紋的敏感性及焊接接頭區(qū)力學性能的變化作為評價材料可焊性的

28、主要指標。所以含碳量越高，可焊性越差。所以，常把鋼中含碳量的多少作為判別鋼材焊接性的主要標志。含碳量小于0.25%的低碳鋼和低合金鋼，塑性和沖擊韌性優(yōu)良，焊后的焊接接頭塑性和沖擊韌性也很好。焊接時不需要預熱和焊后熱處理，焊接過程普通簡便，因此具有良好的焊接性。隨著含碳量增加，大大增加焊接的裂紋傾向，所以，含碳量大于0.25%的鋼材不應用于制造鍋爐、壓力容器的承壓元件。 1.材料焊接性的估算 由于碳的影響最為明顯，其他元素的影響可折合成碳的影響。碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的碳當量經(jīng)驗公式為式2.1所示： W=W(C)+1/6W(Mn)+ 1/5W(Cr)+W(Mo)+W(V)+1/15W(Ni)+W(C

29、u) （2.1） 根據(jù)經(jīng)驗 當W<0.4%0.6%時，鋼的焊接性良好，應考慮預熱。 當W=0.4%0.6%時，焊接性相對較差。 當W>0.4%0.6%時，焊接性很不好，必須預熱到較高溫度。 從計算結(jié)果看，Q245R鋼缺口敏感度低，疲勞強度和裂紋傾向小，具有良好的焊接性而且價格低廉，常用于中低壓容器。20鋼材中碳當量低，所以，通常情況下不會因焊接而引起嚴重硬化組織和淬硬組織。這種鋼的塑性和韌性優(yōu)良，焊接接頭的塑性和韌性也好。通常情況下，焊接時一般不需要預熱、控制層間溫度和 16 后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，既整個焊接過程中不需要特殊的工藝措施。特殊情況下，進行

30、預熱后熱和熱處理能更高的力學性能要求。6 2.材料機械性能的分析 根據(jù)執(zhí)行標準：GB7132008，Q245R力學性能見表2.8。 表2.8 Q245R的力學性能和工藝性能 本次 DZL291.6/130/70A鍋爐的設計要求， 在上述初選的基礎上綜合考 慮其材料的焊接性、力學性能和經(jīng)濟性，決定筒體選擇Q245R，接管、集箱、下降管和煙管選用20鋼。8 17 第3章 鍋爐受壓元件焊接工藝評定及實驗 3.1焊接工藝評定意義 當擬定焊接結(jié)構(gòu)制造工藝焊接工藝時，包括選擇焊接工藝方法及擬定全 部工藝參數(shù)，這就是編制焊接工藝規(guī)程，都要按標準進行焊接工藝評定，即在焊縫施焊前，產(chǎn)品焊縫的焊接工藝規(guī)程應該評定

31、合格，即使焊制出來的接頭滿足所求性能。這是保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量，也是保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要手段。工藝評定應依據(jù)國家和行業(yè)標準進行，如火力發(fā)電廠鍋爐、壓力容器焊接工藝評定規(guī)程（SD340-1989），鋼制壓力容器焊接工藝評定（JB4708-1992），壓水堆核電廠核島機械設備焊接規(guī)范 碳鋼和低合金鋼的焊接工藝評定等七項（EJ/T1027.111027.17），油氣管道焊接工藝評定方法（SY40521992），汽輪機焊接工藝評定（JB/T6135-1992），鋼制件熔化焊工藝評定等，有些行業(yè)將焊接工藝評定包含在焊接規(guī)范或規(guī)程中。各標準總的原則都是用所選定的焊接工藝方法和工藝參數(shù)，依標準規(guī)定焊制試件，檢測接

32、頭的各項性能，如拉伸、冷彎、沖擊、硬度及金相分析等，然后決定所定的工藝規(guī)程是否可行。7 3.2焊接工藝評定的項目 通常是根據(jù)編制的“焊接工藝方案”的“焊接接頭匯總及技術(shù)措施表”得到 焊接工藝評定的項目。DZl14-1.0/95/70-A型鍋爐，采用單鍋筒縱置式布置，爐膛兩側(cè)布置有水冷壁，上端與鍋筒焊接，下端分別與左、右集箱焊接。后拱與鍋筒的空間布置2對流管束，管束上端與鍋筒焊接，下端與各集箱焊接。其主要評定受壓接頭為鍋筒的縱焊縫及環(huán)焊縫、接管與筒體，手孔、接管與集箱組合角焊縫、水冷壁管與集箱角焊縫、下降管與筒體或集箱角焊縫、集箱與鍋筒角焊縫及接管與法蘭的焊接。 3.3焊接工藝評定試驗 3.3.

33、1 實驗項目 工藝評定試件焊接完成后，應進行外觀檢驗和射線、磁粉或著色檢測。合格 18 后，按焊接工藝評定有關(guān)標準、規(guī)程的要求，制備力學性能試樣、金相試樣。試件的檢驗項目根據(jù)焊縫的形式而定。對接焊縫試件和試樣的檢驗檢驗項目有外觀檢查、無損檢測和拉伸、彎曲試驗。彎曲試樣分橫向和縱向兩種。橫向彎曲分面彎和背彎。當接頭厚度大于等于10mm時，可用4橫向側(cè)彎試樣代替2面彎和2背彎試樣。當試件焊縫兩側(cè)的母材之間或焊縫金屬和母材之間的彎曲性能有顯著差別時可改用縱向彎曲試驗代替橫向彎曲試?？v向彎曲時只取面彎和背彎試樣各2個；拉伸試驗，試樣數(shù)量為2個。產(chǎn)品技術(shù)條件要求接頭作沖擊試驗時，則工藝評定試件應取焊縫和

34、熱影響區(qū)沖擊試樣各3個，進行沖擊試驗。 1.開坡口對接接頭試板。外觀檢查、拉伸、冷彎和缺口沖擊韌度試驗。 2.角接接頭試板。外觀檢查、宏觀金相檢驗。 3.不銹耐蝕堆焊層試件。外觀檢查、表面滲透檢驗，冷彎、化學成分分析。 4.硬質(zhì)合金堆焊層試件。外觀檢查、表面著色檢查、表面層硬度測定、宏觀金相檢驗、堆焊層化學成分分析。 5.螺柱焊試件。外觀檢查、錘擊試驗或彎曲試驗、扭轉(zhuǎn)試驗、宏觀金相檢驗。 8 3.3.2 焊接工藝評定試驗方法 焊接工藝評定中使用的力學性能試驗方法包括拉伸、彎曲、缺口沖擊、扭轉(zhuǎn)和剪切試驗等。 1. 拉伸試驗。按GB26511989焊接接頭拉伸試驗方法和GB28521989焊接及熔

35、敷金屬拉伸試驗方法進行。 2.彎曲試驗。按GB26531989焊接接頭彎曲及壓扁實驗方法進行。 3.沖擊試驗（缺口韌性試驗）。按GB26501989焊接接頭沖擊試驗方法進行。 4.角焊縫試樣的宏觀試驗。宏觀試片受檢面經(jīng)機械加工和磨光后，選用適當?shù)母g劑浸蝕，直至清楚地分辨出焊縫及熱影響區(qū)。 5.著色試驗。耐蝕和耐磨堆焊層焊接工藝評定試樣表面，在焊后狀態(tài)首先應作著色檢驗，檢驗方法和程序按GB1501998標準進行。如對一些特殊用途的產(chǎn)品以及耐磨堆焊層，要求作硬度試驗的，可參照GB16541989焊接接頭及堆焊金屬硬度試驗方法進行。 19 6.化學成分分析。耐蝕和耐磨堆焊層焊接工藝評定試件，應作化

36、學成分分析。 9 對于產(chǎn)品技術(shù)條件中明確規(guī)定耐蝕性要求的焊件，焊接工藝評定的試板還應作晶間腐蝕試驗。 焊后檢驗合格，焊縫成形美觀、無外觀缺陷，進行探傷未發(fā)現(xiàn)缺陷，即可進行焊接工藝編制及生產(chǎn)。 3.4焊接工藝評定報告 本評定按JB47082000焊接工藝評定規(guī)程的規(guī)定，DZL29-1.6/130/70A型鍋爐鍋筒的焊接，具備評定程序和項目符合標準和技術(shù)文件規(guī)定的要求。彎曲試驗結(jié)果未發(fā)現(xiàn)裂紋,完全達到承壓設備相關(guān)技術(shù)標準規(guī)定。根據(jù)DZL29-1.6/130/70A型鍋爐鍋筒的焊接接頭、焊接試件、制取并檢驗試樣、測定性能，確認試驗記錄正確，焊后對全部焊縫進行外觀、著色和X射線等項檢驗，無裂紋，滲漏、

37、夾渣和超標氣孔等缺陷。評定結(jié)果為： 合格。焊接條件及工藝參數(shù)適用范圍按工藝指導書規(guī)定執(zhí)行。10 20 第4章 焊接工藝規(guī)程編制 不同的焊接方法有不同的焊接工藝。焊接工藝主要根據(jù)被焊工件的材質(zhì)、牌號、化學成分，焊件結(jié)構(gòu)類型，焊接性能要求來確定。首先要確定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊等等，焊接方法的種類非常多，只能根據(jù)具體情況選擇。確定焊接方法后，再制定焊接工藝參數(shù)，焊接工藝參數(shù)的種類各不相同，如手弧焊主要包括：焊條型號（或牌號）、直徑、電流、電壓、焊接電源種類、極性接法、焊接層數(shù)、道數(shù)、檢驗方法等等。 4.1 焊前準備 1.坡口加工?？刹捎美浼庸ぃ部刹捎脽峒庸?，焊接

38、坡口加工完成后應進行檢驗，對影響焊接質(zhì)量的局部缺陷應予修整，發(fā)現(xiàn)有裂紋、分層、夾渣等缺陷的應清除干凈。 2.表面清理。為了保證焊縫質(zhì)量，在焊接以前必須把坡口表面的油、水、銹、污物、氧化皮等雜質(zhì)清除干凈，范圍是焊縫兩側(cè)各2030mm，必須使坡口表面出現(xiàn)金屬光澤。 3.焊材的準備。焊絲需作去油、除銹處理，焊條和焊劑按規(guī)定進行烘干和保溫，焊劑除按技術(shù)要求烘干外還需作粗細二道篩子篩去過大過細的焊渣及焊屑后方能使用，堿性焊條領用必須用保溫筒。11 4.2焊接工藝設計 為了確保產(chǎn)品焊接質(zhì)量，在擬定其焊接工藝時，應以防止接頭各區(qū)馬氏體組織和冷裂形成為基本出發(fā)點，采取控制線能量、采用低氫的焊接材料、焊前預熱、

39、保持層間溫度、進行后熱或焊后作消氫處理 等工藝措施，從而確定合理的焊接工藝方案。12 4.2.1 鍋筒縱環(huán)縫的焊接 1.坡口型式。采用“V”型坡口，坡口 型式及尺寸見圖4.1。組對前，清除坡口面 及坡口每側(cè)50mm 范圍內(nèi)的毛刺、鐵銹、 21 圖4.1 V型坡口示 氧化皮、渣等，直至露出金屬光澤。 2.焊接方法。筒體內(nèi)部焊道、外部焊道 清根后采用埋弧自動焊。由于筒體縱、環(huán)縫 的鋼板厚度一致，材質(zhì)相同，坡口尺寸一致，因此焊接時選用相同的焊接參數(shù)。 均采用較小的熱輸入進行多層焊，以提高焊接接頭的塑性就和韌性。并且埋弧焊 在大量生產(chǎn)中適用于長直、環(huán)形或垂直位置的橫焊縫，能焊接碳鋼、合金鋼以及 某些銅

40、合金等中、厚壁結(jié)構(gòu)。 3.焊接材料。一般要求焊材與母材等強、化學成分相同或相近。Q245R一般用 于鍋爐或壓力容器上面，對于在壁厚18mm時選擇使用埋弧焊填充蓋面（H08MnA 焊絲和HJ431焊劑），雙面焊，背面碳弧氣刨清根，有利于獲得合格的探傷質(zhì)量。 4.焊前預熱和層間溫度。Q245R 鋼的Ceq0.37%，對厚度小于32mm 的鋼板， 焊接前不需要預熱；由于采用多層多道焊， 前道焊縫對后道焊縫的熱作用會使晶 粒細化，從而提高了焊縫的沖擊韌度。焊接時控制層間溫度不小于焊前預熱溫度 為150200。13 4.2.2 管板組合焊縫的焊接 1.坡口型式。 對于組合焊縫,主要有接管與筒體，手孔、接

41、管與集箱 的組合角焊縫；水冷壁管與集箱角焊縫；下降管與筒體或集箱角焊縫；集箱與鍋 筒角焊縫及接管與法蘭的焊接焊縫等。如圖4.2 (a)即為接管與筒體的組合角焊縫 (b)為下降管與筒體或集箱角焊縫。 (a) (b) 圖4.2 組合角焊縫的坡口形式 22 4.3 焊接參數(shù)的確定 4.3.1 電弧焊的焊接參數(shù) 1.焊條直徑的選擇。焊條直徑的選擇主要取決于焊件厚度、接頭型式、焊縫位置及焊接層次等因素。在不影響焊接質(zhì)量的前提下，為了提高勞動生產(chǎn)率，一般傾向于選擇大直徑的焊條。在DZl29-1.6/130/70-A鍋爐的焊接中，宜選用3.2、4.0、5.0直徑的焊條。 2.焊接電流的選擇。主要根據(jù)焊條類型

42、、焊條直徑、焊件厚度、接頭型式、焊縫空間位置及焊接層次等因素來決定，其中，最主要的因素是焊條直徑和焊縫空間位置。根據(jù)經(jīng)驗，選擇電流所依據(jù)的焊條標準約是40A/mm（直徑）。 3.電弧電壓的選擇。電弧電壓是由電弧長來決定。電弧長，則電弧電壓高；電弧短，則電弧電壓低。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，使用堿性藥皮焊條時，電弧電壓應控制在 23 2025V；使用酸性藥皮焊條時，最適合的電弧電壓范圍是2528V。 4.焊接層數(shù)的選擇。在中、厚板焊條電弧焊時，往往采用多層焊。 5.電源種類和極性的選擇。直流電源，電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊接質(zhì)量好，一般用在重要的焊接結(jié)構(gòu)或厚板大剛度結(jié)構(gòu)的焊接上。其他情況下，應首先考慮用交流焊機。

43、由于焊接時，焊接電弧正、負極上熱量不同，所以采用直流電源時有正接和反接之分。所謂正接是指焊條接電源負極，焊件接電源正極，此時焊件獲得熱量多，溫度高，熔池深，易焊透，適于焊厚件；所謂反接是指焊條接電源正極，焊件接電源負極，此時焊件獲得熱量少，溫度低，熔池淺，不易焊透，適于焊薄件及管套類。表4.2是DZL29-1.6/130/70-A鍋爐電弧焊的焊接規(guī)范參數(shù)。 14 4.3.2 埋弧焊的焊接參數(shù) 1.焊絲 根據(jù)所焊金屬材料的不同，埋弧焊用焊絲有碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲、合金結(jié)構(gòu)鋼焊絲。高合金鋼焊絲、各種有色金屬焊絲和堆焊焊絲。按焊接工藝的需要，除不銹鋼焊絲和有色金屬焊絲外，焊絲表面均鍍銅，以利于防銹并改善導

44、電性能。同一電流使用較小直徑的焊絲時，可獲得加大焊縫熔深、減小熔寬的效果。當工件裝配不良時，宜選用較粗的焊絲。 2.焊劑 埋弧焊焊劑按用途分為鋼用焊劑和有色金屬用焊劑，按制造方法分為熔煉焊劑、燒結(jié)焊劑和陶質(zhì)焊劑。焊劑應滿足的基本要求：具有良好的冶金性能；具有良好的工藝性能。 3.焊劑和焊絲的選配 低碳鋼的焊接可選用高錳高硅型焊劑，或選用低錳、無錳型焊劑配H08MnA和H10MnZ焊絲。低合金高強度鋼的焊接可選用中錳中硅或低錳中硅型焊劑配合與鋼材強度相匹配的焊絲。耐熱鋼、低溫鋼、耐蝕鋼的焊接可選用中硅或低硅型焊劑配合相應的合金鋼焊絲。鐵素體、奧氏體等高合金鋼， 24 一般選用堿度較高的熔煉焊劑或

45、燒結(jié)、陶質(zhì)焊劑，以降低合金元素的燒損及摻加較多的合金元素?？紤]DZl29-1.6/130/70-A鍋爐用鋼，確定選擇焊絲為H08MnA和HJ431。表4.3是該鍋爐開坡口雙面埋弧焊的焊接參數(shù)。15 表4.3 埋弧焊焊接參數(shù) 4.4 焊接工藝規(guī)程的編制 焊接工藝規(guī)程是為了制造符合規(guī)范要求的焊縫而提供指導的、經(jīng)過評定合格的焊接工藝文件。它或其他文件可用于焊工或焊機操作工提供指導，以保證符合規(guī)范要求。DZL29-1.6/130/70A型Q245R鋼制鍋爐進行埋弧焊和手工電弧焊試驗,研究了焊接工藝參數(shù)(焊接速度、焊接電流、焊接電壓)對力學性能的影響。正交試驗結(jié)果表明,焊接電流對力學性能的影響最大,最佳

46、的焊接參數(shù)為:埋弧自動焊焊接速度3033cm/min、焊接電流630740A、焊接電壓3739V,在此工藝參數(shù)下,焊接接頭抗拉強度為302MPa,焊縫沖擊吸收功為40J；手工電弧焊的焊接電流為 3.2mm時90120A，4mm時140180A，5mm時190250A電流極性為直流反接。對于DZL29-1.6/130/70-A型鍋爐受壓元件的焊接工藝指導書見表4.4。 16 4.5 焊后熱處理 焊接殘余應力是由于焊接引起焊件不均勻的溫度分布，焊縫金屬的熱脹冷縮等原因造成的，所以伴隨焊接施工必然會產(chǎn)生殘余應力。消除殘余應力的最通用的方法焊后熱處理，進一步減緩冷卻速度，增加塑性、韌性，并減小淬硬傾向

47、，消除接頭內(nèi)的擴散氫。所以，焊接時不能在過冷的環(huán)境或雨中進行。焊后最好對焊件立即進行消除應力熱處理，特別是對于大厚度焊件、高剛性結(jié)構(gòu)件以及嚴厲條件下(動載荷或沖擊載荷)工作的焊件更應如此。焊后消除應力的回火溫度為600650，保溫12h,然后隨爐冷卻。 25 4.6焊接工藝卡的編制 26 27 28 29 30 31 第五章 焊接質(zhì)量的檢驗 5.1外觀檢驗 外部缺陷位于焊縫區(qū)的外表面，用肉眼或低倍放大鏡即可觀察到。焊縫尺寸不符合要求、咬邊、焊瘤、弧坑、燒穿、下榻、外部氣孔、表面裂紋等。外部缺陷可以用低倍放大鏡與焊接檢驗尺進行檢驗，焊接尺寸的檢驗主要檢驗焊接完成后零件的外形尺寸，焊縫的外形尺寸（

48、焊縫的余高、寬度)。 5.2內(nèi)部檢驗 內(nèi)部檢驗通常為無損檢驗，常用方法有磁粉探傷，滲透探傷，射線探傷和超聲波探傷，磁粉探傷是利用處于磁場中的焊接接頭表面磁粉具有的特征來檢查鐵磁性材料表面及附近表面缺陷（如微裂紋等）。滲透探傷是用帶有熒光染料（熒光粉）或紅色染料（著色法）的滲透劑對焊接缺陷的滲透作用來檢查表面微裂紋。射線探傷和超聲波探傷是用專門儀器檢查焊接接頭是否有內(nèi)部缺陷，如裂紋，未焊透，氣孔，夾渣等，上述方法均屬于非破壞性實驗。 在現(xiàn)代工業(yè)中最常用的一種方法為超聲波探傷法，即脈沖發(fā)射法超聲波探傷，它是利用焊縫中的缺陷與正常組織具有不同的聲阻抗和聲波在不同聲阻抗的異質(zhì)量上會產(chǎn)生反射的原理來發(fā)現(xiàn)缺陷的，所以在這次檢驗中選用這種方法。 5.3無損檢測 DZL29-1.6/130/70-A型鍋爐受壓元件無損探傷檢查的數(shù)量見表5.1.額定蒸氣壓力1.6MPa 的鍋爐，對接接頭的質(zhì)量不低于級為合格；額定蒸汽壓力0.1MPa 的鍋爐，對接接頭的質(zhì)量不低于級為合格。對于對接接頭對接焊縫采用射線探傷檢測，驗收標準應符合蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程、熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程及圖樣技術(shù)要求。射線照相質(zhì)量按JB/T4730承壓設備無損檢測的規(guī)定執(zhí)行，要求不應低于級；對于鍋筒縱、環(huán)縫應進行100%的射線探傷，按JB/T4730承壓設備無損檢測的規(guī)定執(zhí)行，要求不應低于AB 級