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摘 要锅炉广泛应用于生产和生活的各个领域中，对工业生产和人民生活都产生很大的影响。随着我国改革开放的不断深化，城市建设的蓬勃发展、国家对环保工作提出更高要求及油气资源的大力开发，燃油燃气锅炉的推广与应用逐年上升，燃油燃气锅炉逐渐被普遍应用。但在燃油燃气锅炉的适用率不断上升的情况下，锅炉中焊接工程的失效和恶性事故，国内的发生率也在不断上升。如锅炉的爆炸、燃油燃气泄漏，受压元件失效等重大事故，很多是由于焊接接头质量问题造成的，而在多数事故中主要是受压元件失效或者不符合要求所导致的。因此，燃油燃气锅炉受压元件的焊接和焊接工艺设计已成为锅炉产品制造的关键制造工艺，必须充分重视焊接工艺并对焊接工程进行严格的全程控制，以保证其质量。燃油燃气锅炉中的受压元件焊接是锅炉制造生产中的一道关键工序，而正确的焊接工艺是提高锅炉质量及质量保证的基础。为确保人民生命安全和财产安全，提高锅炉制造生产企业的经营效益，国家、企业和设计人员必须重视焊接工艺，焊接工艺评定，制定严格的操作规程，加强对焊接工艺各个阶段所涉及的人、设备、材料和规章制度的控制和监管，严格执行焊接工艺规程是关键所在。本文就 WNS2.8-0.7/95/70-YCQT型锅炉受压元件焊接工艺，从锅炉发展，锅炉分类，锅炉组成，锅炉选材，锅炉受压元件的焊接工艺制定以及焊接工艺检验做了基本介绍和基本分析。总之，在锅炉生产中要重视受压元件的焊接和焊接工艺制定，才能确保锅炉的安全性和使用性能。关键词：WNS型锅炉；受压元件；焊接工艺；焊接； ABSTRACT Boilers are widely used in various fields of production and life, have a huge impact on industrial production and peoples lives. With the deepening of Chinas reform and opening up, the rapid development of urban construction, environmental protection work in the countries put forward higher requirements for oil and gas resources and vigorously develop increased year by year, the promotion and application of oil and gas boilers, oil and gas boilers gradually being widely used. However, in the case of the rising rate of application of the oil and gas boilers, boiler welding engineering failures and accidents, domestic incidence is also rising. Such as the explosion of the boiler, fuel gas leak, pressure components, such as the failure of major accidents, many due to the quality of welded joints, mainly in the majority of accidents are caused by compression component failure or does not meet the requirements. Therefore, fuel gas-fired boiler pressure parts welding and welding technology has become a key manufacturing process of the boiler manufacturing, welding technology and welding engineering must pay full attention the strict full control, in order to ensure its quality.Fuel gas-fired boiler pressure parts welding is a key process in the boiler manufacturing, and correct welding process is to improve the basis of boiler quality and quality assurance. To ensure that peoples lives and property safety, and improve the operational efficiency of the boiler manufacturing state, enterprises and designers must pay attention to the welding process, welding procedure qualification, to develop strict rules, to strengthen the people involved in the various stages of the welding process, control and monitoring of equipment, materials and rules and regulations, strict implementation of the welding procedure is the key. In this paper, WNS2.8-0.7/95/70-YCQT boiler pressure parts welding process, from the development of boilers, boiler classification, boiler, boiler selection, boiler pressure parts welding process to develop and test basic welding process and fundamental analysis.In short, in the production of boilers should pay attention to the development of welding and welding of pressure parts, in order to ensure the safety and performance of the boiler.Key words: Type WNS boiler; Pressure parts; welding; welding process;目 录第1章 绪 论1.1 锅炉的研究背景11.2 WNS型锅炉受压元件焊接工艺研究的目的和意义1第2章 锅炉综述2.1 锅炉概述32.1.1 锅炉简介32.1.2 锅炉分类32.2 锅炉的结构32.2.1 整体结构32.2.2 锅炉本体42.2.3 辅助设备42.2.4 安全装置42.3 燃油燃气锅炉概述52.3.1 燃油燃气锅炉基本介绍52.3.2 燃油燃气锅炉的分类52.3.3 燃油燃气锅炉的结构特点72.4 WNS型锅炉72.4.1 WNS型锅炉介绍72.4.2 WNS型锅炉工作原理82.4.3 WNS型锅炉的特点8第3章 锅炉的主要受压元件及其焊接工艺3.1 WNS型锅炉的主要受压元件93.1.1 锅筒和锅壳93.1.2 水夹套93.1.3 波形炉胆103.1.4 螺纹烟管103.1.5 管板103.2 WNS型锅炉受压元件的焊接材料103.2.1 锅炉钢板介绍103.2.2 锅炉钢管133.3 WNS型锅炉受压元件的接头形式163.3.1 受压元件接头介绍163.3.2 接头的设计要求163.3.3 主要受压元件的接头形式163.4 WNS型锅炉受压元件的坡口形式183.4.1 设计要求183.4.2 主要坡口形式及尺寸183.5 WNS型锅炉受压元件的焊接方法选用193.5.1 手工电弧焊203.5.2 埋弧焊203.5.3 钨极气体保护焊203.6 WNS型锅炉受压元件焊接工艺制定步骤203.6.1 锅炉受压元件焊接工艺制定前的准备203.6.2 焊接工艺规程的编制223.7 WNS2.8-0.7/95/70-YCQT型锅炉受压元件焊接规程编制233.7.1 规程要求233.7.2 炉胆与前管板焊缝工艺卡（见表3.9）233.7.3 锅筒与管板焊缝工艺卡（见表3.10）233.7.4 后上管板与水夹套焊缝工艺卡（见表3.11）233.7.5 螺纹烟管与管板焊缝工艺卡（见表3.12）233.7.6 水夹套拉杆焊缝工艺卡（见表3.13）233.7.7 接管筒体焊缝工艺卡（见表3.14）233.7.8 看火孔的焊接工艺卡（见表3.15）233.7.9 上下锅筒纵焊缝焊接工艺卡（见表3.16）233.7.10 上下锅筒环焊缝焊接工艺卡（见表3.17）233.8 WNS2.8-0.7/95/70-YCQT型锅炉受压元件焊接质量检测333.8.1 焊接试板检查333.8.2 焊缝无损探伤检查343.8.3 水压试验和气密性试验363.8.4 检验结果37结 论38参考文献39致 谢40第1章 绪 论 1.1 锅炉的研究背景锅炉是采暖供热系统的核心设备，它的主要任务是安全可靠、经济有效地把燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，生产出满足需要的蒸汽或热水。我国目前在役运行的工业锅炉共约有52万台，多为燃煤链条炉，它们的特点是应用广，容量小(绝大多数都是10t/h以下的分散锅炉)，设备陈旧，耗煤或油、气量大(年耗煤量占全国总耗煤量的三分之一)，效率低(平均约为60%)，自动化程度不高。但随着我国改革开放的不断深化，城市建设的蓬勃发展、国家对环保工作提出更高要求及油气资源的大力开发，燃油燃气锅炉的推广应用逐年上升。同时，由于全国各地高新经济技术开发区的建设和高层民用建筑的发展，对场地、周围环境、自动化程度、安全可靠性和建设标准的要求都比较高，进因而促进了燃油燃气锅炉的应用。 随着我国能源进一步合理使用和环保更高的要求，同时我国近几年天然气勘探取得重大突破及不断开发和我国煤的气化早已工业化，再加上气体燃料具有基本无公害燃烧的综合特性，燃烧易调节，发热值易调整等一系列特点，我国工业锅炉制造厂家也加大了燃油燃气锅炉的研制开发力度，虽然目前我国油气工业锅炉比例仅占15%左右，但从1991年至2001年，油气工业锅炉的销售量从工业锅炉总销售量的5.62%上升到12.21%。因此，我国工业锅炉大量使用清洁能源燃气的时代就要到来，而大中城市燃油燃气锅炉的普及将是发展的方向。近年来，随着科学技术的进步和焊接技术的发展，各种新的焊接方法和设备，以及一些新的型号，高强度钢种也开始在锅炉产品中使用，这又对焊接工艺提出了更为严格的要求。同时，我国各大锅炉厂都在积极的进行技术上的改造，不断地引进西工艺新设备，积极推行先进的焊接新工艺，以适应锅炉容量参数和炉型的变化，满足复杂锅炉部件以及锅炉新材料的制造要求。这一发展状况要求我们要重视锅炉的焊接工艺的制定、焊接工艺性的研究和在焊接过程中焊接工艺的严格执行以及焊接工艺的不断修改和完善。1.2 WNS型锅炉受压元件焊接工艺研究的目的和意义焊接是锅炉制造中最为关键的工艺方法之一，锅炉行业中焊接技术水平的高低直接影响我国装备制造行业水平。长期以来，锅炉制造行业一直致力于锅炉焊接技术的发展，提高锅炉制造技术水平，特别是近几年来，锅炉技术的发展进一步加快了焊接技术的发展，同时焊接技术水平及焊接工艺的设计的提高也有利推动了锅炉行业的发展。随着我国改革开放的不断深化，焊接技术的不断成熟，国家对环保工作提出更高要求及油气资源的大力开发，燃油燃气锅炉的推广与应用逐年上升，燃油燃气锅炉逐渐被普遍应用和不断地革新。在燃油燃气锅炉不断革新的潮流下，燃油燃气锅炉的安全性成为了重大的焦点。锅炉中焊接工程的失效和恶性事故，国内的发生率也在不断上升，如锅炉的爆炸、燃油燃气泄漏，受压元件失效等重大事故，很多是由于焊接接头质量问题造成的，而在多数事故中主要是受压元件失效或者不符合要求所导致的。而在锅炉事故和异常情况发生的主要部件为锅炉中的受压元件，受压元件的焊接性会影响整个锅炉的正常运行和锅炉的寿命长短、锅炉的安全性，甚至会危及使用单位或个人的财产安全以及人身安全。因此，燃油燃气锅炉受压元件的焊接和焊接工艺设计已成为锅炉产品制造的关键制造工艺，必须充分重视焊接工艺并对焊接工程进行严格的全程控制，以保证其质量。在WNS型锅炉的整个生产和使用过程中要严格执行国家要求和国家生产规范，国家、企业和设计人员必须重视焊接工艺，焊接工艺评定，制定严格的操作规程，加强对焊接工艺各个阶段所涉及的人、设备、材料和规章制度的控制和监管，严格执行焊接工艺规程，避免危险事故的发生。第2章 锅炉综述2.1 锅炉概述2.1.1 锅炉简介锅炉是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热水或其他工质，以生产规定参数(温度、压力)和品质的蒸汽、热水或其他工质的设备。锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。特种设备安全监察条例所定义的锅炉是指利用各种燃料、电能或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并对外输出热能的设备。其范围规定为容积大于或者等于30L的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于0.1MPa（表压)，且额定功率大于或者等于0.1MW的承压热水锅炉，有机热载体锅炉1。2.1.2 锅炉分类锅炉按照功能分为开水锅炉、热水锅炉、蒸汽锅炉、导热油锅炉、热风锅炉等；按照燃料分为电加热锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、燃煤锅炉、沼气锅炉、太阳能锅炉等；其中开水锅炉分为KS-D电开水锅炉、KS-Y燃油开水锅炉、KS-Q燃气开水锅炉、KS-AII燃煤开水锅炉等。蒸汽锅炉分为电蒸汽锅炉、燃油蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉、LSG、DZG、DZH、DZL燃煤蒸汽锅炉等。2.2 锅炉的结构2.2.1 整体结构锅炉整体的结构包括锅炉本体、辅助设备和安全装置三大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒2。2.2.2 锅炉本体1炉膛炉膛是燃料及空气发生连续燃烧反应直至燃尽的密闭空间。该空间只有燃料及空气入口、烟气出口和排渣口与外界相通。燃稻壳蒸汽锅炉的炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低2。2锅筒锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒的筒体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重要的部件之一。锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中3。2.2.3 辅助设备一般锅炉的主要辅助设备有：上煤机、出灰机、鼓风机、引风机、省煤器、给水泵、水处理器。燃油锅炉还包括有：给油泵、燃烧器、贮油箱等4。2.2.4 安全装置41、连锁装置 为了防止操作失误而设的控制机构，如联锁开关、联动阀等。2、计量装置 指能自动显示设备运行中与安全有关的工艺参数的器具，如压力表、水位计、温度计等。 3、报警装置 设备在运行过程中出现不安全因素致使其处于危险状态时，能自动发出音响或其他明显报警讯号的仪器，如压力报警器、温度监测仪等。 4、泄压装置 设备超压时能自动排放压力的装置，如安全阀、爆破片等。锅炉应根据其结构、大小和用途分别装设相应的安全装置。安全泄压装置是防止锅炉超压的一种器具，它的功能是当锅炉内的压力超过正常工作压力时，能自动开启，将容器内的介质排出去，使锅炉内的压力始终保持在最高允用压力范围之内。2.3 燃油燃气锅炉概述2.3.1 燃油燃气锅炉基本介绍燃油燃气锅炉，是指既能燃油又可燃气的锅炉。由于以前没有这种双燃料锅炉，因为燃烧器要么燃油，要么燃气，没有双燃料燃烧器。随着世界热能设备的快速发展，双燃料燃烧器与锅炉的有机组合诞生了新的锅炉品种燃油燃气锅炉。燃油燃气锅炉不同于燃煤锅炉，它需要使用燃烧器将燃料喷入锅炉炉膛，采用火室燃烧而无须使用炉排设施。由于燃油燃气锅炉燃烧后均不产生燃料灰渣，故燃油燃气锅炉无须排渣设施。喷入炉内的油气如果与空气在一定范围内混合或熄灭，就容易爆炸。因此燃油燃气锅炉均需采用自动化的燃烧与控制系统。燃油燃气锅炉结构紧凑，小型的锅炉本体及其通风、给水、控制与辅助设备均设置在一个底盘上，大中型的也可组装出厂。2.3.2 燃油燃气锅炉的分类1燃油燃气锅炉按其工作性能主要分为燃油燃气热水锅炉、燃油燃气蒸汽锅炉、燃油燃气电锅炉三大类。目前常使用的燃油燃气锅炉有：立式燃油燃气锅炉、卧式内燃燃油燃气锅炉等。(一)立式燃油燃气锅炉如图2.1，是一种典型的立式燃油燃气锅炉，这种锅炉一般容量比较小，为10010000/h，压力为常压03.5Mpa。此类锅炉主要元件有锅壳、管板、炉胆。有两个直径不同的筒体，小筒体是炉胆，大筒体是锅壳。为增加传热效果，锅壳外侧焊有许多肋片，没有烟管和水管，所以制造维修比较方便，对水质要求也不太高。图2.1 立式燃油燃气锅炉(二)卧式内燃燃油燃气锅炉卧式内燃燃油燃气锅炉可分为干背式和湿背式锅炉。干背式锅炉是指炉胆后部由耐火砖组成一个烟气折返空间。湿背式锅炉是指炉胆后部由浸在炉水中的夹套组成一个烟气折返空间。干背式锅炉结构简单，制造方便，成本较低。但后管板由于受高温烟气的冲刷，工作条件比较差，容易产生泄漏。后部砖墙由于受高温容易开裂、倒塌，造成后部烟箱漏烟，影响正常运行。湿背式锅炉的后管板不受高温烟气的冲刷，工作条件有所改善。另外，湿背式锅炉后部无需采用砖墙来隔离，因此，没有漏烟的问题。但是，湿背式锅炉结构复杂，制造成本高，检查和维修困难。1卧式干背式内燃锅炉卧式干背式内燃锅炉主要受压件有锅壳、前后管板、波纹炉胆、烟管等。卧式干背式内燃锅炉的烟管受热面采用对称型布置，炉胆布置在最低位置，烟气流程为四回程。燃烧器喷出的火焰和高温烟气从炉胆前部流向后部形成第一回程，然后折入炉胆两侧烟管，烟气从后部向前形成第二回程，经前烟箱烟气折向上部烟管由前向后形成第三回程，最后通过上排烟管从后部流向前部，由烟囱排入大气中，形成第四回程。2卧式湿背式内燃锅炉如图2.3是一种卧式湿背式内燃锅炉。锅炉的主要受压元件有锅壳、前后管板、炉胆、折烟室、拉撑件等。小容量锅炉炉胆为直炉胆，大容量锅炉炉胆为波纹炉胆。烟箱与管板的连接均采用扳边和胀管。受热面对称布置，炉胆布置在下方，烟气流程有三回程和四回程。图2.2 卧式湿背式内燃锅2.3.3 燃油燃气锅炉的结构特点燃油燃气锅炉，由于燃料使用液体燃料或气体燃料。油经雾化和配风，然后用燃烧器喷入炉膛，采用火室燃烧而无需炉排设备；又因燃烧后无灰渣，故无须除渣设备。燃油锅炉需将油雾化后进行燃烧，而燃气锅炉直接燃用气体燃料，无须雾化。燃油燃气锅炉热负荷大，传热效率高，可减少受热面积。所以其结构紧凑，组装化、自动化程度高。2.4 WNS型锅炉2.4.1 WNS型锅炉介绍5WNS锅炉是按中国标准设计制造的国产燃油燃气内燃湿背式锅炉，我国较多锅炉厂都生产，一般容量为25020000/h，压力为常压25Mpa。对1000/h以下容量的锅炉炉胆和受热面常常非对称布置，对1000/h以上容量的锅炉，炉胆和受热面则采用对称布置。WNS2.8-0.7/95/70-YCQT型锅炉是一种卧式内燃燃油燃气热水锅炉，其型号表示为双锅筒卧式内燃锅炉，采用室燃炉，额定热功率为2.8MW，许允工作压力为0.7MPa，出水温度为95，进水温度为75，燃用柴油和天然气的热水锅炉。主要受压元件有锅壳、前后管板、炉胆、烟管和拉撑件等。如图2.3是WNS2.8-0.7/95/70-YCQT型锅炉结构简图。图2.3 WNS2.8-0.7/95/70-YCQT型锅炉结构简图2.4.2 WNS型锅炉工作原理WNS卧式燃油燃气蒸汽锅炉工作原理：WNS型锅炉由燃烧机将燃料喷入燃烧室进行燃烧，生成的高温烟气经湿烟箱折入第二回程传热优良的螺纹烟管，再经前烟箱折回第三回程烟管，最后经后烟箱及烟囱排入大气。燃料由外界气源进入燃烧器通过自动调节、自动点火功能产生高温火焰，由炉胆前端进入燃尽室内，在燃尽室后部上侧进入对流受热面，经由前烟箱体上部进入第二对流受热面从后烟箱后部离开锅炉到烟囱排入大气。若因调风不适当产生烟尘可分别沉降在前、后烟箱体、燃尽室内，打开检查门可全部清理。工质通过受热产生饱和蒸汽由主汽阀输出至运行系统5。2.4.3 WNS型锅炉的特点WNS锅炉炉胆可以采用全波纹炉胆，也可采用平炉胆和波纹炉胆共同使用。烟气流程常采用三回程，第二回程烟管采用螺纹烟管，第三回程烟管采用光管。烟管与管板的连接均采用焊接结构。采用角焊结构的部位严格按照蒸汽锅炉安全技术监察规程第34 条执行6。主要特点：1、三回程湿背式结构，组装出厂，出厂前进行燃烧调试，安装方便。2、采用螺纹烟管，强化换热效果，减少受热面积，降低钢耗量。3、三回程设计，烟气流程长，排烟温度低，热效率高。4、配置国外进口燃烧器，具有点火、熄火自动保护措施。5、各种自控装置、保护装置性能良好，操作方便，保证锅炉安全可靠运行。第3章 锅炉的主要受压元件及其焊接工艺3.1 WNS型锅炉的主要受压元件组成锅炉本体的主要受压元件指承受内部或外部介质压力作用的零部件。一般有：锅筒（锅壳）、集箱、回燃室、水夹套以及烟管、炉胆、管板7。1管板；2炉胆；3烟管；4锅壳；5热量传递图3.1 锅炉本体结构简图3.1.1 锅筒和锅壳锅筒是水管锅炉用以进行蒸气净化、组成水循环回路和蓄水的筒形压力容器，由筒体和封头组成。锅壳是锅壳式锅炉作为汽水空间外壳的筒形压力容器，有筒体、封头（或管板）组成。主要作用是汇集、贮存、净化蒸气和补充给水。工业锅炉的锅筒一般是由846mm锅炉钢板或低合金钢板制成的圆筒形容器。一台锅炉上，通常有一个或两个锅筒。由于其位置和作用的不同，一般又将上锅筒称为气泡；下锅筒称为水筒。上锅筒的外部装有主汽阀、副汽阀、安全阀、排气阀、压力表和水位表连接管。为了安装和检修的方便，在锅筒的一端或顶部还开有人孔。下锅筒的一端封头也开有人孔，底部还装有定期排污装置。上下锅筒之间用许多上升管和下降管连接，整个部件成弹性结构。3.1.2 水夹套 水夹套是WNS型锅炉的主要受压部件，其作用是防止气化过程中煤或灰的熔渣沾附炉身，影响料层的均匀下降。熔渣易于挂在耐火砖砌的炉壁上，进而侵蚀耐火砖，严重影响炉子的寿命，而钢板的水夹套锅炉可以避免这一点；另一方面水夹套，还能减少炉内向外的热辐射，副产低压蒸汽，供作气化剂用。3.1.3 波形炉胆波形结构作为弹性元件，其主要作用是缓冲热膨胀变形，在锅炉生产中主要采用波形炉胆。波形炉胆是锅壳式燃油燃气锅炉的主要受压元件，也是最重要的辐射受热面，该部件直接受到高温火焰的辐射和高温烟气的冲刷。利用波形炉胆的轴向伸缩变形，可减轻锅壳、管板和炉胆本身产生的热应力，更为重要的是减轻炉胆伸长在炉胆和管板连接处所造成的应力集中8。3.1.4 螺纹烟管螺纹烟管是指将平直的钢管由外压作用，在管内形成凸螺纹的螺纹管，运行时管内走烟气，通称螺纹烟管，属强化传热元件。3.1.5 管板 管板就是在钢板上钻出比管子外径一样略大一些的孔，将管子穿入焊住固定，起这样作用的一种配件。主要起支撑固定列管的作用，金属的材质使其不仅具有很强的刚性，而且具有很大的热传导性能。在WNS型锅炉中属于主要受压元件。3.2 WNS型锅炉受压元件的焊接材料锅炉用钢的选择、制造、采购、验收等环节是锅炉制造质量保证体系的重要组成部分，也是安全生产的重要保证。制造锅炉受压元件的金属材料必须是镇静钢。对于板材，其20时的伸长率%应不低于18%；对于碳钢和碳锰钢，其室温时的试板（V形缺口试样）冲击吸收功不低于27J。用于制造锅炉的金属材料主要有如下种类：锅炉用钢板、锅炉用钢管、锅炉用锻件及圆钢；其它还有铸钢件、铸铁件、紧固零件及焊接材料等。3.2.1 锅炉钢板介绍锅炉钢板是锅炉制造中非常关键的材料之一，主要是指用来制造锅炉中的锅壳、锅筒、集箱端盖、支吊架等重要部件用的热轧专用碳素钢和低合金耐热钢中厚钢板材料。锅炉钢板常常处于中、高温和高压状态下工作，除承受较高温度和压力外，还受到冲击，疲劳载荷及水和气的腐蚀，工作条件较差。如果锅炉在使用过程中发生破坏性事故，将会造成严重的损失12。1锅炉钢板分类从材料上来分，锅炉钢板可分为专用碳素钢板和低合金耐热钢板两类。根据工作条件不同，锅炉钢板又可分为制造室温及中温承压部件钢板和制造高温承压部件钢板两大类13。室温及中温（蠕变温度以下）用锅炉钢板，大多采用碳素钢，包括碳钢、碳锰钢、碳锰硅钢等，即GB713-1997锅炉用钢板14中的20g、22Mng、16Mng、19Mng，以及ASME SA-515/SA-515M中高温压力容器用碳钢板、SA-299/SA-299M压力容器用碳锰硅钢板等。主要用于制造锅炉的锅筒、中温以下集箱端盖等承压部件。要求其应具有较高的室温强度；良好的冲击韧性和较低的缺口敏感性；由于锅筒等部件在加工时需要大量的冷变形，因此还要具有良好的时效韧性；另外还要具备良好的加工工艺性和焊接性能；以及良好的低倍组织等。高温（蠕变温度以上）用锅炉钢板，一般采用低合金耐热钢，常用有铬钼钢、铬钼钒钢、铬钼钨钢等。例如GB713-1997锅炉用钢板中的15CrMog、12Cr1MoVg，以及ASME SA-387/SA387-M压力容器用铬-钼合金钢板中的Gr22、Gr91和ASME SA-1017/SA1017-M压力容器用铬-钼-钨合金钢板中的Gr23、Gr911、Gr122钢等。主要是用以制造高温集箱封头端盖、蒸汽管道堵板等高温承压部件。要求其必须具有足够的高温持久强度和持久塑性；良好的高温组织稳定性；良好的高温抗氧化性（耐热性）；以及良好的冷热加工工艺性（主要指冷弯变形和可焊接性）等。用于室温及中温（蠕变温度以下）的碳锰系列锅炉钢板，GB713共收纳了5个牌号，可以满足亚临界以下火电机组锅炉中汽包锅筒、水冷壁集箱端盖、以及低温过热器和省煤器集箱端盖、支吊架等零部件的需要。用于高温（蠕变温度以上）的铬钼系列锅炉钢板，GB713-1997中牌号只有2个。GB713-1997锅炉用钢板标准规定：对厚度大于20mm的钢板可进行高温拉伸试验，试验温度从200450与高温规定残余伸长应力的最小值也有一定的要求，针对产品质量迈出了更高的一步。2主要锅炉钢板的介绍（1）Q245R(20g)钢板：是锅炉上最常用的碳钢板。它有适当的强度和良好的塑性，还有良好的冶炼、制板、焊接、热处理和冷热成型等工艺性能。它的用途极广泛，主要用于工作温度450的中低压锅炉做锅筒及法兰、集箱端盖等件，但在大型锅炉中用量较少，主要用在压力较低的部位。国外相近牌号有德国的H、日本的SB42和俄罗斯的20K。其化学成分及其力学性能见表3.1和表3.2。表3.1 Q245R的化学成分化学元素CSiMnPSAlt成分含量（%）0.200.350.51.00.03500.03500.020表3.2 Q245R的力学性能板厚（mm）屈服强度（N/m2）抗拉强度（N/m2）伸长率（%）180弯曲试验弯曲直径（a35mm）冲击吸收能量（KV2/J）16mm24540052025d=1.5a3116-36mm23540052025d=1.5a3136-60mm22540052025d=1.5a3160-100mm205390-51024d=2a31（2）19Mn6（P355GH、19Mng）钢板：是DIN17155标准中的钢号，其是在以前的19Mn5的基础上调整了Mn含量，并将一些强化元素控制在较低的水平，以保持力学性能与19Mn5相同，是C-Mn细晶粒低合金钢，其在EN10028中的牌号为P355GH。该钢具有良好的综合力学性能，其在500以下的高温力学性能优于碳钢；还具有良好的可焊性以及冷热加工等工艺性能。它主要用于代替22g和16Mng制造高压锅炉的锅筒和封头，也可用于石油化工设备中的高压容器和其它焊接结构件。相近牌号有中国的GB713中的19Mng、16Mng、美国的SA299、日本的SB49和俄罗斯的16rc。其化学成分及其力学性能见表3.3和表3.4。表3.3 19Mn6钢的化学成分名称化学成份（质量分数）（%）19Mn6CSiMnSPAl0.150.220.300.601.001.600.0300.0350.020表3.4 19Mn6钢的力学性能名称力学性能19Mn6抗拉强度b（MPa）屈服强度s（MPa）伸长率（%）断面收缩率（%）5106103003102060（3）12Cr1MoV钢板：12Cr1MoV为前苏联研制的低合金锅炉用钢，我国五、六十年代引入该钢种，原先一直作为锅炉钢管的主要用钢。该钢具有较好的热强性能和持久塑性，并具有较好的热加工工艺性能和焊接工艺性能，但对热处理较敏感。根据我国电站锅炉制造的要求，我国又研制生产了研制生产了12Cr1MoV钢板。主要用于锅炉的联箱封头、吊耳，受热面低温段的定位板和吊架支座等部件。其化学成分及其力学性能见表3.5和表3.6。表3.5 12Cr1MoV钢的化学成分名称化学成份（质量分数）（%）12Cr1MoVCSiMnSPCrNiCuMo0.080.150.170.370.400.700.030.030.901.200.250.200.250.35表3.6 12Cr1MoV钢的力学性能名称力学性能12Cr1MoV抗拉强度b（MPa）屈服强度s（MPa）伸长率（%）断面收缩率（%）43044023524519603.2.2 锅炉钢管151锅炉钢管介绍锅炉钢管主要包括锅炉受热面管子如过热器、再热器、水冷壁管和蒸汽管道,集箱等。这些管子均在高温下承受内压条件下工作。锅炉受热面钢管在运行时，外部还受到高温烟气的作用。作为受压元件的锅炉钢管，它所受到的介质压力包括运行时的稳定不变的压力、启动停机或负荷波动时的变化压力等；除承受介质压力外，其还受到附加载荷如钢管自重、介质重量以及支撑等引起的应力，此外锅炉管还受到因壁厚温差产生的热应力及负荷波动时产生的周期性热应力。由于各种载荷与高温及腐蚀介质同时作用于锅炉管上，使钢管经受复杂的载荷及环境工况。2锅炉钢管的要求（1）良好的综合力学性能：好的室温和高温力学性能，在工作温度较低时，钢材的屈服强度和抗强度还是确定许用应力的主要强度特性；由于锅炉钢管要进行大量的冷热加工，故要求有良好的塑性与韧性。（2）足够的持久强度（反映材料的破坏问题，为锅炉高温强度计算的基础）、蠕变强度（反映材料的变形问题）和持久塑性（主要是防止材料产生蠕变脆性破坏）。（3）高的抗氧化性，良好的组织稳定性，良好的热加工工艺性（特别是可焊性）。3锅炉钢管分类按国家标准GB5310-1995高压锅炉用无缝钢管16，共有14种：20G、20MnG、25MnG，15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、12Cr3MoVSiTiB，10Cr9Mo1VNb，1Cr18Ni9和1Cr19Ni11Nb等。4主要锅炉钢管的介绍17（1）20g：是GB5310-95的纳标钢号（国外对应牌号：德国的ST45.8、日本的STB42、美国的SA106B），为最常用的锅炉钢管用钢，化学成分和力学性能与20板材基本相同。该钢有一定的常温和中高温强度，含碳量较低，有较佳的塑性和韧性，其冷热成型和焊接性能良好。该钢主要用于制造高压和更高参数的锅炉管件，低温段的过热器、再热器，省煤器及水冷壁等；如小口径管壁温500的受热面管子、以及水冷壁管、省煤器管等，大口径管壁温450的蒸汽管道、集箱（省煤器、水冷壁、低温过热器和再热器联箱），介质温度450的管路附件等。由于碳钢在450以上长期运行将产生石墨化，因此作为受热面管子的长期最高使用温度最好限制到450以下。（2）SA-210C（25Mn钢）：是ASME SA-210标准中的钢号，是锅炉和过热器用碳锰钢小口径管，珠光体型热强钢。我国于1995年将其移植到GB5310，定名为25MnG。其化学成分简单，除碳、锰含量较高外，其余与20G相近，故其屈服强度较20G高约20%左右，而塑、韧性则与20G相当。该钢的生产工艺简单，冷热加工性能好。用其代替20G，可以减薄壁厚，降低材料用量，还可以改善锅炉的传热状况。其使用部位和使用温度与20G基本相同，主要用于工作温度低于500的水冷壁、省煤器、低温过热器等部件。（3）15CrMo钢：是GB5310-95钢号（对应的是世界各国广泛应用的1Cr1/2Mo和11/4Cr1/2Mo-Si型钢），其铬含量较12CrMo钢高，因此在500550具有较高的热强性。当温度超过550时，其热强性显著降低，当其在500550长期运行时，不产生石墨化，但会产生碳化物球化及合金元素的再分配，这些均导致钢的热强性降低，钢在450时抗松驰性能好。主要用作为蒸汽参数550以下的高、中压蒸汽导管和联箱、管壁温度560以下的过热器管等。其化学成分及其力学性能见表3.7和表3.8。表3.7 15CrMo钢的化学成分名称化学成份（质量分数）（%）15CrMoCSiMnSPCrMo0.120.180.170.370.400.700.030.030.801.100.400.55表3.8 15CrMo钢的力学性能名称力学性能15CrMo抗拉强度b（MPa）屈服强度s（MPa）伸长率（%）断面收缩率（%）44064023521403.3 WNS型锅炉受压元件的接头形式3.3.1 受压元件接头介绍接头设计是保证焊接质量的前提条件之一。对于要求全焊透的焊接接头尤其是角焊接头，坡口的角度、钝边和间隙的设计应有利于焊透，并且尽量减少填充金属量，减少焊接应力和变形，便于焊接操作和对焊缝进行无损探伤。焊接接头由焊缝金属、熔合线、热影响区和母材组成。而焊缝金属是填充材料和部分母材溶化后凝固而成的铸造组织。焊接头各部分的组织是不均匀的，性能上也从在差异。锅炉制造中主要应用的是熔焊，熔焊中主要的焊缝有对接焊缝接和角焊缝，以上两种焊缝为主体构成的焊接接头主要有对接接头、角接头、T形接头、搭接接头和塞焊接头。在实际焊接中，接头形式主要根据GB/T 985-1998气焊、焊条电弧焊以及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸和GB/T 986-1998埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸设计。3.3.2 接头的设计要求91.焊缝金属应尽量少。2.焊接工作量应尽量少，且操作方便。3.合理选择坡口角度、钝边高、根本间隙等结构尺寸，使之有利于坡口加工及焊透，以减少各种焊接缺陷（裂纹、未融合、变形等）产生的可能性。4.有利于焊接防护，尽可能改善劳动条件。5.对结构钢焊件，按等强度原则，焊接接头的强度应不低于母材标准规定的抗拉强度下限值。对特殊钢焊件，按化学成分、性能和母材相同的原则。6.焊缝外形应尽量连续、圆滑，以减少应力集中。3.3.3 主要受压元件的接头形式1.筒体和封头的焊接接头通体和封头的焊接接头，原则上均应采用对接接头，其基本形式与尺寸应符合根据GB/T 985-1998气焊、焊条电弧焊以及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸10和GB/T 986-1998埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸11。主要应遵循以下原则：（1）尽量采用全焊透的焊接坡口，筒体内径600mm时，可采用双面焊。（2）筒体内径为300600mm，且长度500mm时，其纵缝可用双面焊。（3）不等厚钢板对接时，应在较厚的板上进行双面或单面削薄，其削薄长度一般不小于4倍的厚度差。2.筒体与集箱管板的焊接接头筒体与集箱管板可采用典型的堆焊接头。但如果满足一定的条件，筒体与平管板的连接也可以采用T形接头。对于内直径小于600mm且内部无法施焊的筒体与平管板的连接可以采用单面焊结构，对于无法封焊的部位应采用氩弧焊打底，并保证焊透。有时为保证全焊透，内部可以施焊时，连接处可采用双面焊结构。3.管板与炉胆的焊接接头蒸汽锅炉安全技术监察规程第48条规定：额定蒸汽压力小于或等于1.6Mpa的卧式内燃锅壳锅炉除炉胆与回燃室（湿背式）、炉胆与后管板（干背式）、炉胆与前管板（回燃式）的连接以外，在符合下列条件的情况下，其它管板与炉胆可采用T型接头的对接接头，但不能采用搭接接头12。（1）必须采用全焊透的接头形式，且坡口经机加工。（2）管板与锅壳、炉胆的连接焊缝应全部位于锅壳、炉胆的筒体上。（3）T形接头连接部位的焊缝厚度应不小于官办的壁厚且焊缝背部能封焊的部位应封焊，不能封焊的部位以应采用氩弧焊打底，并保证全焊透。（4）T形接头连接部位的焊缝应该按有关规定进行超声波探伤。4.接管的焊接锅筒与集箱上布置有大量的接管，不仅削弱了筒壁的强度，而且会在开孔接管附近区域产生很高的峰值应力，在接管焊接之后，还存在焊接残余应力和焊接缺陷的影响。接管焊接一般为角焊缝，焊透性差，探伤也比较困难，因此焊缝的焊接质量对容器的使用寿命是至关重要的。对于接管和壳体的焊接接头，除应遵循接头合理设计的原则外，还应注意以下问题：（1）有条件双面焊时应尽量采用双面焊，对厚度较大的壳体，一般采用双面焊。（2）对需要预热后进行焊接的钢种、接管与壳体焊接尽量选用从设备外侧单面焊；要求全焊透时，可采用带垫板结构。（3）要求接管与壳体全焊透而又无法双面焊时，可采用氩弧焊打底、单面焊双面成形、带垫板等焊接工艺。3.4 WNS型锅炉受压元件的坡口形式3.4.1 设计要求焊件的坡口型式和尺寸，应符合气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸GB 985-88 和埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸GB986-88 标准的规定。当设计无规定时，可按下列原则考虑：焊缝填充金属量尽量少；不易产生缺陷；减少焊接残余变形和应力；便于操作；有利于焊工防护。 应当注意的是接头设计方面，常常由于忽略了焊接连接的特点而将铆接或铸造结构照搬过来，导致结构接头刚性过大，会使焊接区应力过大甚至直接引起开裂。不恰当的结构形式、接头类型、坡口参数和过高的技术要求，都会使焊接时产生焊不到、未焊透、咬边、气孔、夹渣和裂纹；或者焊缝密集，受热集中，造成过大焊接应力并由此产生热裂或冷裂等现象，直接影响焊接结构的承载能力或使用寿命11。3.4.2 主要坡口形式及尺寸根据要求，设计的焊接接头的坡口形式及尺寸如下：图3.2 上下锅筒纵焊缝坡口图，自动焊焊缝图3.3 上下锅筒环焊缝坡口图，最后一道焊缝：手工焊+自动焊图3.4 接管与筒体、手孔、接管与集箱组合角焊缝图3.5 炉胆与前管板焊缝3.5 WNS型锅炉受压元件的焊接方法选用焊接工作量占锅炉制造总工作量的60%以上。焊接直接影响产品的质量、生产效率和制造成本。焊接方法的种类很多，在锅