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电站锅炉压力容器焊接,1,主要内容,1、焊接术语2、电站锅炉压力容器常用焊接方法3、电站锅炉压力容器常用焊接材料4、焊接接头的组成及分布特征5、焊接接头的组织和性能,2,主要内容,6、焊接应力与变形7、焊接缺陷8、电站常用钢材的焊接9、新型钢材的焊接10、焊接管理,3,一、焊接术语,1、焊接通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。2、焊接接头两个或两个以上零件用焊接方法组合的接点。,4,3、焊缝焊件经焊接后所形成的结合部分。4、热影响区焊接过程中材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。5、母材金属被焊金属材料的统称。,5,6、焊接方法指特定的焊接方法，其含义包括该方法涉及的冶金、电、物理、化学、力学原则等内容。7、焊接材料焊接时所消耗的材料（主要包括焊条、焊丝、焊剂、气体等）的通称。,6,8、焊接工艺制造焊件所有关的加工方法和实施要求。包括焊前准备、材料选用、焊接方法选定、焊接参数、操作要求等。9、碳当量Ceq把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量。以钢中碳的百分含量为基础，将其他合金元素的百分含量折算成碳的含量，其总和即为钢的碳当量。,7,二、电站锅炉压力容器常用焊接方法,焊接方法分类：熔化焊：气焊、电焊、电渣焊、电子束焊、激光焊、太阳能焊、铝热焊等。电焊（电弧焊）：手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、等离子弧焊钎焊压力焊,8,二、电站锅炉压力容器常用焊接方法,1、常用的焊接方法（1）焊条电弧焊（2）埋弧自动焊（3）氩弧焊（4）二氧化碳气体保护焊（5）电渣焊（6）等离子弧焊,9,（1）焊条电弧焊,焊条电弧焊示意图,10,焊条电弧焊是用焊条和焊件作电极，并利用其间产生的电弧热，将焊条及部分焊件熔化而形成焊缝的一种手工操作的焊接方法，因此也常称手工电弧焊。,11,（2）埋弧自动焊,埋弧自动焊示意图,12,利用焊丝和母材作电极，以在颗粒状焊剂下燃烧的电弧热能来熔化焊丝和部分母材的焊接方法，叫做埋弧焊。如果焊丝沿着焊缝的移动、随着焊丝的熔化不断向焊缝送丝的过程均为自动进行，则称为自动埋弧焊。埋弧自动焊：母材焊丝焊剂行走机构送丝机构电焊机（自动调节）,13,（3）氩弧焊,氩弧焊示意图,14,氩弧焊是以惰性气体氩气作为保护气体的一种电弧焊接方法。氩弧焊根据电极是否熔化分为非熔化极氩弧焊及熔化极氩弧焊。非熔化极氩弧焊（一般采用钨极）包括手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊。熔化极氩弧焊是以焊丝作为电极，多为自动焊，也有半自动焊。,15,钨极氩弧焊的特点：适于焊接各种钢材、有色金属及合金；电弧稳定、飞溅小，焊缝致密，成型美观，焊接质量优良。电弧和熔池用氩气保护，焊缝没有渣壳覆盖，熔池清晰可见，液态熔池容易控制，适用于全位置焊接和自动化焊接。电弧燃烧稳定，热量特别集中，焊接熔池及其热影响区很小，容易控制焊接规范和操作质量，焊接中变形也很小。,16,钨极氩弧焊的特点：气体保护效果好，焊接热输入量小，适合焊接电站锅炉受热面小管。和电弧焊比较，焊缝特别纯净，一般不会出现气孔夹渣缺陷，合金元素的烧损也少。氩弧焊是一种低氢型的焊接方法。焊接耐热钢或低合金高强度钢时，焊接接头的冷裂纹倾向比用焊条电弧焊焊接时低。,17,（4）二氧化碳气体保护焊,二氧化碳气体保护焊示意图,18,以二氧化碳气体作为保护气体的电弧焊接方法，叫二氧化碳气体保护焊（CO2气体保护焊）。CO2气体保护焊以焊丝做一个电极，靠焊丝与工件之间产生的电弧热熔化焊丝和工件，形成焊接接头。CO2气体保护焊包括自动焊和半自动焊。,19,（5）电渣焊,电渣焊示意图,20,电渣焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。特点：焊缝一次成形。冷却速度慢，焊缝组织粗大，焊接接头冲击韧性差，必须进行焊后热处理。一般采用正火加回火，以便恢复组织形态和细化晶粒，提高焊接接头韧性。,21,（6）等离子弧焊,等离子弧又称压缩电弧，可以用于焊接和切割各种金属。等离子弧焊可以手工焊，也可以自动焊；可以填充金属，也可以不填充金属。可以焊接碳钢、不锈钢、耐热钢、铜合金、镍合金、钛合金等。常用于焊接高合金材料。,22,2、焊接方法的选择（1）制造过程中的主要焊接方法埋弧焊、氩弧焊、焊条电弧焊、气体保护焊等。（2）安装过程中的主要焊接方法手工钨极氩弧焊、焊条电弧焊等。（3）检修过程中的主要焊接方法手工钨极氩弧焊、焊条电弧焊等。一般，小管用手工钨极氩弧焊，大管用手工钨极氩弧焊+焊条电弧焊,23,三、电站锅炉压力容器常用焊接材料,1、电焊条（1）焊条的组成：焊芯药皮焊芯的作用：传导焊接电流；作为填充金属过渡到焊接坡口中，与熔化的母材金属一起形成焊缝。焊芯由金属材料制成，焊芯的材料可以是碳钢、合金钢或者其它合金，如镍、铜、铝等。,24,焊条药皮的作用稳定电弧：药皮中所含的易电离物质起稳弧作用。机械保护作用：造气和造渣。药皮中的组分在焊接中产生大量气体，同时形成熔渣覆盖熔滴和熔池金属表面，使熔化的金属与周围空气隔绝，起着机械隔离的作用。冶金处理作用：脱氧和渗合金的作用。降低焊缝金属含氧量；对焊缝金属渗合金，保证焊缝金属的力学性能。改善工艺性：药皮中的粘结剂、增塑剂等可以降低熔渣的粘度，增加熔融金属的流动性，所以可起到改善工艺性的作用。,25,（2）焊条的分类：按药皮的主要成份分类：钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢钾型、低氢钠型、石墨型、盐基型按溶渣的碱度分类：酸性焊条（碱度1.5）,26,酸性焊条药皮的主要成分是酸性氧化物和少量有机物，氧化性强，保护气体是有机物；对油锈、水分不敏感；电弧稳定性好，焊接工艺性能好；粉尘的毒害较小；脱氧不够完全，焊缝中的硫磷杂质比较多，焊缝金属的冲击韧性低，抗裂性较差；使用前烘焙温度为70150，可以交直流两用。,27,碱性焊条药皮的主要成分是盐（碳酸盐等）和较多的铁合金，氧化性弱，焊缝合金化的效果好，保护气体是CO2；对油锈、水分敏感；脱氧充分，焊缝中的硫磷杂质比较少，焊缝的力学性能好；电弧稳定性较差，焊接工艺性能较差，抗裂性强，适用于合金钢、高强度钢等重要结构的焊接；粉尘的毒害较重；使用前烘焙温度为350400，一般用直流电源。,28,按焊条的用途分类：结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条按焊接的母材分类：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条,29,（3）焊条的型号与牌号：型号：国家标准对焊条的统一规范编号。牌号：焊条行业对焊条产品的商业广告编号。二者的关系：每一种焊条只有一个牌号，而每一类型号可包括多种牌号的电焊条。,30,焊条型号的表示方法：碳钢焊条E(E4303、E5015)低合金钢焊条E-（E5515-B2-V）不锈钢焊条E-（E308L-15、E310Nb-15）,31,焊条牌号的表示方法：结构钢焊条J(结)(J422、J507)钼及酸性铬钼耐热钢焊R(热)（R317）不锈钢焊条Cr(铬)A(奥)（Cr202、A137）,32,常用焊条牌号与型号对照：J422E4303J507E5015R317E5515B2VR407E6015B3R817E11MoVNiW-15Cr207E410-15A137E347-15,33,2、焊丝：（1）分类：焊丝分为实芯焊丝和药芯焊丝两大类。按照用途和对应的焊接方法，可以将实芯焊丝分为：气体保护电弧焊用焊丝、埋弧焊用焊丝、气焊用焊丝以及手工钨极氩弧焊专用的填充焊丝四种。,34,（2）焊丝型号的表示方法：气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝ER-（）(ER55-B2-Mn)埋弧焊用焊丝H（）（H08MnA）手工钨极氩弧焊专用焊丝TIG-或GTAW-（TIG-J50、TIG-R31）,35,电力行业专用手工钨极氩弧焊丝有TIG-J50碳钢TIG-R311Cr-0.5Mo-VTIG-R402.25Cr-1MoTIG-R100.5MoTIG-R301Cr-0.5MoTIG-R34Cr-Mo-V-W-BTIG-R719Cr-1Mo-VTIG-G2112Cr,36,3、焊剂：主要用于埋弧焊，对熔池和焊缝金属起保护作用，并可以渗合金。埋弧焊的焊丝和焊剂要匹配使用，故焊剂没有单独的型号。4、钨极：氩弧焊时的电极。有纯钨、钍钨和铈钨三个类型，现多用铈钨极。,37,5、保护气体：分为惰性、活性和混合气体。惰性保护气体：Ar、He、N2活性保护气体：CO2（强氧化性）混合气体：Ar+He、Ar+H2、Ar+O2、Ar+CO2+O2、CO2+O2等,38,6、焊接材料的选用原则：（1）同质材料焊接选择熔敷金属的化学成份和力学性能与母材相当的焊材选择熔敷金属的化学成份与母材相近、力学性能与母材相当的焊材对于高温使用的材料，优先考虑高温力学性能与母材的匹配,39,（2）异质材料焊接碳钢和低合金钢：熔敷金属的抗拉强度不低于强度较低一侧母材标准规定的下限值。热强钢、热强钢与低合金钢：熔敷金属的合金成份与较低一侧母材相匹配或介于两侧母材之间。高Cr钢与热强钢、低合金钢：熔敷金属的合金成份与较低一侧母材相匹配。奥氏体与其它钢材：设计温度425时，采用Cr、Ni含量高于奥氏体母材的奥氏体型焊材；设计温度425时，采用镍基焊材。,40,四、焊接接头的组成及分布特征,1、焊接接头的组成焊接接头由焊缝熔合区热影响区组成,41,2、焊缝母材金属和填充金属在焊接热源的作用下熔化而形成熔池，热源离开后熔池中的液态金属便冷却而凝固，形成焊缝。3、熔合区（不完全熔化区）熔合区是焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区域。熔合区是焊接接头中最复杂的一个区域。熔合区的宽度一般只有0.10.5mm。,42,4、热影响区,过热区,相变重结晶区,不完全重结晶区,余高,43,热影响区的构成及其界域一般HAZ：TSTCRTS固相线温度TCR连续加热转变的重结晶温度(1)低碳钢：TCRAC1(2)中、高碳钢及合金钢淬火态：HAZ：TS低温回火温度回火态：HAZ：TS供货状态回火温度,44,45,热影响区中各区的划分不易淬火钢（1）过热区TS1100（2）相变重结晶区1100AC3（3）不完全重结晶区AC3AC1易淬火钢（1）淬火区TSAC3（2）部分淬火区AC3AC1（3）回火区AC1T回火,46,5、焊接接头的基本形式（1）对接接头（2）角接接头（3）搭接接头（4）形接头,47,48,对接接头的基本坡口形式,49,五、焊接接头的组织和性能,1、焊接热循环的特征（1）加热温度高，过热区接近Ts（2）加热速度快，601000/s（3）高温停留时间短（4）冷却速度快,50,焊接热循环示意图,13501100800500,th,t8/5,51,影响焊接热循环的因素（1）焊接热输入量与电流、电压成正比，与焊接速度成反比（2）预热温度、层间温度（3）结构厚度和接头型式（4）钢材的导热性,52,2、焊缝的组织和性能（1）两次结晶过程一次结晶：液态固态二次结晶：固态相变（2）偏析问题：在一次结晶中产生（3）二次结晶与冷却速度二次结晶的组织与冷却速度密切相关，冷却速度越快，低温转变的组织比例越大。,53,（4）不同材料焊缝的组织和性能低碳钢和低合金钢组织：铁素体珠光体性能：强度较低，塑性、韧性高耐热钢（含Cr2h,AM,300350,SMAW,TIG,750780,100150,200250,300,t(h),F12钢的焊接热处理曲线,124,6、奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢是以铬镍为主要合金元素的高合金钢，没有固态相变，室温组织为奥氏体，焊接性比较好。但是也有问题，主要是：焊接热裂纹应力腐蚀裂纹,125,奥氏体不锈钢的焊接工艺要点：焊接方法：氩弧焊或电弧焊焊接参数：小规范。不需预热，层间温度尽可能低（100以下为宜），焊后快速冷却，不需热处理操作：短弧、不摆动、层间仔细清理，接触腐蚀介质一侧的焊缝要最后焊接若有特殊要求进行热处理时，应做固溶处理，至少应做稳定化处理。,126,九、新型钢材的焊接,1、新型铁素体钢的焊接T/P91是在9Cr-1Mo钢的基础上加入V、Nb等微量合金改良出的一个新钢种，其59310万小时的持久强度达到100MPa；T/P92是在TP91钢的基础上加1.52.0%的W，降低Mo含量，增强固溶强化效果而成的，600许用应力比T/P91高30。T/P91和T/P92现在已广泛应用于超临界和超超临界机组的锅炉受热面、联箱和管道。,127,（1）焊接性分析这类钢材虽然合金含量较高，但是由于严格控制了杂质元素，且晶粒细化，其焊接性不能用一般的碳当量来进行评估。这类钢焊接的主要问题是焊接冷裂纹、焊缝韧性低、热影响区软化及型裂纹。对热裂纹和再热裂纹均不敏感。,128,冷裂纹具有一定的冷裂纹倾向，焊接时必须采取一些必要的预防措施。预热温度：氩弧焊150200电弧焊200250层间温度：250严格控制焊缝的含氢量减少焊接缺陷，降低焊接接头的残余应力,129,焊缝金属韧性低韧性低主要是冶金原因造成的，无法细化晶粒，不具备细晶强韧化的条件。解决办法：a)选择适当的焊接方法（氩弧焊、电弧焊）b)选择专用焊接材料(强度、韧性、塑性）c)严格控制预热和层间温度d)采用小规范焊接（控制焊层厚度）e)按规定的温度和恒温时间进行热处理。,130,热影响区软化及型裂纹通过热处理强化的铁素体钢，由于低于临界温度的回火作用或在临界温度范围内微观结构的变化，在HAZ外端的硬度会下降，形成软化带。P91这类铁素体耐热钢在高温长期运行中，往往在焊接接头的软化区发现裂纹。英国人按裂纹产生位置分类方法，称这种裂纹为型裂纹。解决办法：采用小规范，尽力使热影响区软化带变得窄一些，利用拘束强化作用，减小软化带的影响。,131,（2）焊接工艺要点P91钢的焊接热处理曲线,132,2、新型奥氏体钢的焊接Super304H、TP347HFG、HR3C钢的焊接技术难点：焊接接头有应力腐蚀裂纹倾向；焊缝接头有热裂纹倾向；焊接接头的时效和相脆化；大量的异种钢焊接问题；解决思路：小规范焊接,133,（1）焊接Super304H、HR3C钢的主要问题是容易出现焊接高温裂纹。为了防止焊缝发生高温裂纹采用如下焊接工艺：采用全钨极氩弧焊，封底焊管内充氩保护。严格控制焊接热输入采用多层多道焊。层间温度控制在不大于100。,134,（2）焊接Super304H、HR3C钢还有应力腐蚀裂纹的问题。为防止应力腐蚀裂纹，应尽量降低焊接接头的残余应力水平，并在焊接后对焊缝和热影响区采取有效的防腐蚀措施。另外，冷弯加工后，应对弯头进行固溶处理，防止腐蚀开裂。（3）相脆化问题需要通过正确选择焊接材料来解决。,135,十、焊接管理,1、焊接工艺文件2、焊工资质3、焊接材料4、施工过程的监督5、质量验收6、技术资料7、外包工程的管理8、基建过程的监督,136,（一）焊接工艺文件,（1）焊接工艺评定焊接工艺评定是其它焊接工艺文件的基础。（2）作业指导书/工艺卡（3）技术交底,137,焊接工艺评定,锅炉、管道、压力容器、承重钢结构焊接前和焊工技术考核前，应完成相应项目的焊接工艺评定。焊接工艺评定工作以及评定结果的使用应遵从DL/T868焊接工艺评定规程,138,焊接工艺评定,1、钢材的分类和替代原则分成A、B、C三类每一类分为、三级（1）替代原则：,139,a）相同钢材焊接，同类、同级钢材的评定，合金含量高的可以替代合金含量低的，反之不可。b）相同钢材焊接，同类而不同级别的钢材，高级别钢材的评定，适用于低级别的钢材。c）同类、不同级别的钢材焊接（含异种钢焊接），具体的工艺适用范围见表。d)B类钢以及其与A、B类钢组成的异种钢接头均应单独评定。e）C类钢按级别分别评定，不可替代，其与B、A类钢组成的接头均需单独评定。,140,（2）评定合格的工艺的适用范围,141,焊接工艺评定,2、厚度的适用范围,142,焊接工艺评定,3、管径的适用范围当管子外径（Do，下同）不大于60mm、采用全氩弧焊焊接方法的评定，适用于焊件管子的外径无规定。其他管径的评定，适用于焊件管子外径的范围为：下限0.5Do，上限无规定。,143,焊接工艺评定,4、焊材的分类和替代各类别的焊条、焊丝应分别评定。同类别而不同级别者，高级别的评定可适用于低级别：在同级别焊条中，经酸性焊条评定者，可免做碱性焊条评定。填充金属及焊接材料当有下列情况时，应重新评定。a）增加或取消填充金属，以及改变填充金属成分；b）填充金属由实芯焊丝改变为药芯焊丝，或反之。,144,焊接工艺评定,5、评定项目及试样数量,145,（二）焊工资质,（1）发证机构（2）持证项目（3）有效期原件审查，复印件留存,146,1、发证机构电力证,行业规定：凡担任电力行业下述各类部件焊接工作的人员应按DL/T679-2012焊工技术考核规程的规定考核合格。DL/T679规定：焊工合格证由考核机构根据考核成绩填写，报考委会审核并呈报上级业务主管部门授权的机构签发。,147,从事哪些工作的焊工需按DL/T679规程考试合格并取得相应的合格证（1）锅炉受热面管子（2）工作压力大于0.1MPa的压力容器及管道（3）存储易燃易爆介质的容器及其管道（4）受压元件与非受压元件的连接焊缝（5）承重钢结构（6）转动部件的焊接件,148,1、发证机构质监证,TSGR6002-2010特种设备焊接操作人员考核细则规定：考试合格的焊工，由考试机构汇总焊工报名资料、考试资料向发证机关统一申请办理特种设备作业人员证，也可由焊工个人向发证机关申请。,149,2、合格项目,（1）电力证的操作技能考核项目代码：由焊接方法、钢材类级别、焊接位置、母材厚度、试件外径、药皮酸碱性、焊工类别等七部分组成。,150,2、合格项目,例：TIG/SMAW-B-5G-5(355)/35(355)-J-壁厚为40mm、外径为355mm的B类钢管，水平位置焊接固定施焊，采用钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊填充盖面，打底焊缝金属厚度5mm，填充盖面厚度35mm，碱性焊条，类焊工资质。,151,2、合格项目,（2）质监证的操作技能考核项目代码：由焊接方法、钢材分类代号、试件形式代号、试件焊缝金属厚度、试件外径、焊条类别代号和焊接要素代号等7部分组成。,152,例：GTAW-Fe-5G-3/60-Fefs-02/11/13和SMAW-Fe-5G(K)-5/60-FeF3J表示壁厚为8mm、外径为60mm的Fe类钢管对接焊缝水平固定(5G)试件，背面不加衬垫，用手工钨极氩弧焊打底，填充金属为实芯焊丝(02)，背面没有保护气体（11），采用直流电源、反接施焊（13），焊缝金属厚度为3mm，然后采用低氢型碱性焊条手工焊填充和盖面(焊缝金属厚度为5mm)。,153,3、有效期,有效期为4年。合格证上一般填写签证日期；一个焊工的合格项目可能不是同一日期的，需要区别对待。,154,（三）焊接材料的管理,（1）材质确认（2）保管（3）烘干（4）使用（5）回收,155,1、材质确认对于合金材料，需要确认材质。（1）核查质量证明书（2）材质分析焊丝打光谱焊条需要堆焊，五层以上（3）若要做全熔敷金属的性能，则需要堆焊的更多。,156,2、保管保管条件：温度5，相对湿度65保存超过1年的，使用前应进行相关的取样试验，合格方可使用3、烘干按焊条说明书的要求，一般碱性焊条350400，12小时,157,4、使用焊条烘干后，应放入保温筒，带到现场后应接通电源，使焊条恒温80120。5、回收每天工作完成后，剩余的焊条以及使用过的焊条头应回收，回收的焊条可二次烘干使用，但仅限于二次烘干。,158,（四）施工过程的监督,（1）