DZL29型锅炉锅筒的焊接工艺.doc

DZL29型锅炉锅筒的焊接工艺 摘 要 焊接工艺作为锅炉设备制造的关键工艺，其受压元件的性能和可靠性在很大程度上决定了锅炉的安全性能和可靠性。只有按照国家标准制定确定了最佳的焊接工艺参数，才能确保锅炉设备的焊接质量、焊接接头符合产品技术性能和相应的条件下的使用要求。在考虑锅炉设备制造的经济性时，通过对锅炉材料的选用，以及对锅炉受压元件进行焊接工艺的评定和实验，确定切实可行的焊接方法、参数等，最后进行焊接工艺规程编制。使DZL29-1.6/130/70-A型锅炉主要受压元件锅筒的焊接质量达到设计及相关法规、标准的要求，以保证产品的安全性。 关键词：锅炉；焊接质量；锅筒；焊接工艺 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 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, through 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 the requirements of design and relevant codes, standards, to ensure the safety of the product. Key words: Boiler；Welding Quality；Boiler barrel；Welding Technology 目录 第一章 绪论 1.1 锅炉的研究背景 . 1 1.2 锅炉概述 . 1 1.3 锅炉的分类 . 2 1.4 锅炉的型号 . 6 1.3 DZL锅炉的结构及工作原理 . 10 1.3.1 DZL锅炉的结构 . 10 1.3.2 DZL锅炉的工作原理 . 10 1.3.3 DZL29-1.6/130/70-A型锅炉的主要参数 . 11 1.4 热水锅炉的研究意义 . 11 第2章 锅炉材料的选用 2.1 DZL锅炉材料的选用及性能分析 . 13 2.2 焊接材料的选用及性能分析 . 15 2.3 锅炉材料的焊接性分析 . 16 第3章 锅炉受压元件焊接工艺评定及实验 3.1焊接工艺评定意义 . 18 3.2焊接工艺评定的项目 . 18 3.3焊接工艺评定试验 . 18 3.3.1 实验项目 . 18 3.3.2 焊接工艺评定试验方法 . 19 3.4焊接工艺评定报告 . 20 第4章 焊接工艺规程编制 4.1 焊前准备 . 21 4.2焊接工艺设计 . 21 4.2.1 锅筒纵环缝的焊接 . 21 4.2.2 管板组合焊缝的焊接 . 22 4.3 焊接参数的确定 . 23 4.3.1 电弧焊的焊接参数 . 23 4.3.2 埋弧焊的焊接参数 . 24 4.5 焊后热处理 . 25 4.6焊接工艺卡的编制 . 26 第五章 焊接质量的检验 5.1外观检验 . 32 5.2内部检验 . 32 5.3无损检测 . 32 5.4力学性能检验 . 33 5.5 水压试验 . 35 结 语 . 36 参考文献 . 37 致 谢 . 39 第一章 绪论 1.1 锅炉的研究背景 近年来，热水锅炉的研究越来越深入。目前，国内的燃煤锅炉占有较大比例。其最主要的是原因是我国煤炭的储量相对石油、天然气较多，因此价格上有一定的优势。然而，燃煤锅炉的热效率较低，燃烧技术较为复杂，燃烧产生的 SO2，CO，NO2和烟尘成为北方城市冬季大气主要污染之一。燃煤热水锅炉在保证良好的燃烧条件下，发热值高，这使得燃煤锅炉趋于小型化和实现燃烧自动化，给操作和管理人员提供了一个良好的工作环境，也极大地减轻了他们的劳动强度。近年来，由于轻便、灵活、环保、安装调试方便等优点，煤热水锅炉得到了广泛地发展和应用。 众所周知，燃煤热水锅炉的安全性是一个不容忽视的问题，燃煤热水锅炉研究的工程背景也是生产发展的重要项目。锅炉作为一种特殊的高温高压容器,在热能动力方面发挥着越来越重要的作用。锅炉已被广泛的应用到各行各业和人们的日常生活中，在广泛应用的同时，锅炉作为一种温度高,压力大同时有爆炸危险的危险容器，就需要我们能够提高警惕、加强安全生产的质量，在利用它的同时又能避免发生事故。锅炉的安全性能高低,直接影响到企业的安全稳定发展和人民的生命财产安全。因此加强锅炉安全生产对于企业和人民的发展都有着重要的意义。 锅炉在使用过程中必须要求安全、稳定、长期地运行,否则一旦发生故障,就可能造成不可挽回的安全事故和经济损失。本文在强调锅炉安全重要性的同时,分析了影响锅炉安全因素。 1.2 锅炉概述 锅炉是一种利用燃料燃烧放出的热，通过金属壁面将水加热产生蒸汽的设备，从而把燃料的化学能转变为热能。锅炉是由锅和炉两大部分组成。锅是装水的容器，由锅筒和许多钢管组成；炉是燃料燃烧的场所。燃料在炉内燃烧产生的高温烟气，借导热、对流和辐射三种换热的形式，将烟气的热量传给锅中的水而产生蒸汽。 从能源利用的角度看,锅炉是一种能源转换设备。在锅炉中,一次能源(燃料) 1 的化学贮藏能通过燃烧过程转化为燃烧产物(烟气和灰渣)所载有的热能,然后又通过传热过程将热量传递给中间载热体(水和蒸汽),依靠它将热量输送到用热设备中去。这种传输热量的中间载热体属于二次能源,因为它的用途就是向用能设备提供能量。当中间载热体用于在热机中进行热一功转换时,就叫做“工质”。如果中间载热体只是向热设备传输、提供热量以进行热利用,则通常被称为“热媒”。 锅炉按其用途可以分为电站锅炉、工业锅炉、船舶锅炉和机车锅炉等四类。前两类又称为固定式锅炉,因为是安装在固定基础上而不可移动的。后两类则称为移动式锅炉。本论文介绍的是固定式工业锅炉。 在锅炉中进行着三个主要过程: 1.燃料在炉内燃烧,其化学贮藏能以热能的形式释放出来,使火焰和燃烧产物 (烟气和灰渣)具有高温。 2. 高温火焰和烟气通过“受热面”向工质(热媒)传递热量。 3.工质(热媒)被加热,其温度升高或者汽化为饱和蒸汽,或再进一步被加热成为过热蒸汽。 以上三个过程是互相关联并且同时进行的,实现着能量的转换和传递。伴随着能量的转换和转移还进行着物质的流动和变化。 锅炉是国民经济中重要的热能供应设备。电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品等行业,以及工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的热能。其中工业锅炉还是以燃煤占大多数，燃汽的一般是余热锅炉用于回收废热。工业锅炉是重要的热能动力设备，我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。1 1.3 锅炉的分类 1 按用途分类 （1）电站锅炉 用于发电，大多为大容量、高参数锅炉，火室燃烧，效率高，出口工质为过热蒸汽。 （2）工业锅炉 用于工业生产和采暖，大多数为低压、低温、 小容量锅炉，火床燃烧居多，热效率较低，出口工质为蒸汽的称为蒸汽锅炉，出口工质为热水的称为热水锅炉。 （3）船用锅炉 2 （4）机车锅炉 （5）注汽锅炉 用于油田对稠油的注汽热采，出口工质一般为高压湿蒸汽。 2按结构分类 （1）火管锅炉 烟气在火管内流过，一般为小容量、低参数锅炉、热效率低、但结构简单、水质要求低、运行维修方便。 （2）水管锅炉 汽水在管内流过，可以制成小容量、低参数锅炉，也可以制成大容量、高参数锅炉。电站锅炉一般均为水管锅炉、热效率高、但对水质和运行水平的要求也较高。 3按循环方式分类 （1）自然循环锅筒锅炉 （2）多次强制循环锅筒锅炉 （3）低倍率循环锅炉 （4）直流锅炉 （5）复合循环锅炉 4按锅炉出口工质压力分类 （1） 低压锅炉一般压力小于1.275MPa （2）中压锅炉一般压力为3.825MPa （3）高压锅炉一般压力为9.8MPa （4） 超高压锅炉一般压力为13.73MPa （5） 亚临界压力锅炉一般压力为16.67MPa （6）超临界压力锅炉一般压力为22.13MPa 5按燃烧方式分类 （1）火床燃烧锅炉 主要用于工业锅炉，包括固定炉排炉、往复炉排炉等。 （2）火室燃烧锅炉 主要用于电站锅炉，燃用液体燃料、气体燃料和煤粉的锅炉均为火室燃烧锅炉。 3 （3）沸腾炉 送入炉排空气流速较高，使大颗粒燃煤在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小颗粒燃煤随空气上升并燃烧。 6 按所用燃料或能源分类 （1） 固体燃料锅炉，燃用煤等固体燃料 。 （2） 液体燃料锅炉，燃用重油等液体燃料。 （3）气体燃料锅炉，燃用天然气等气体燃料。 7 按排渣方式分类 （1） 固态排渣锅炉 （2） 液态排渣锅炉 8 按炉膛烟气压力 （1） 负压锅炉：炉膛压力保持负压，有送、引风机，是燃煤锅炉主要型式。 （2） 微正压锅炉：炉膛表压25KPa，不需引风机，易于低氧燃烧。 9 锅筒布置分类 （1） 单锅筒 （2）双锅筒 10余热锅炉：利用冶金、石油化工等工业的余热作热源。 11原子能锅炉:利用核反应堆所释放热能作为热源的蒸汽发生器。 12废热锅炉：利用垃圾、树皮、废液等废料作为燃料的锅炉。 13其它能源锅炉：利用地热、太阳能等能源的蒸汽发生器或热水器。 14按级别分类 A级锅炉：额定工作压力（表压，下同）P3.8MPa的锅炉，包括： （1）超超临界锅炉: P27.0MPa或额定出口温度590的锅炉 （2）超临界锅炉: 22.1MPaP27.0MPa （3）亚临界锅炉: 16.7MPaP22.1MPa （4）超高压锅炉: 13.7MPaP16.7MPa （5）高压锅炉: 9.8MPaP13.7MPa （6）次高压锅炉: 5.4MPaP9.8MPa （7）中压锅炉: 3.8MPaP5.4MPa。 B级锅炉 （1）蒸汽锅炉： 0.8MPaP3.8MPa或额定蒸发量1.0t/h 4 （2）热水锅炉：额定出水温度120或额定热功率4.2MW （3）有机热载体锅炉 使用气相有机热载体的锅炉 液相有机热载体锅炉:额定热功率4.2MW C级锅炉：除D级锅炉外的下列锅炉 （1）蒸汽锅炉: 额定工作压力0.8MPa且额定蒸发量1.0t/h的蒸汽锅炉 （2）热水锅炉: 额定出水温度120且额定热功率4.2MW （3）液相有机热载体锅炉: 额定热功率4.2MW D级锅炉 （1）蒸汽锅炉：设计正常水位时水容积50L且额定工作压力0.8MPa （2）汽水两用锅炉: 额定工作压力0.04MPa且额定蒸发量0.5t/h的锅炉 E仅用自来水加压的热水锅炉且出水温度95 注：我们的常说的锅炉是指工业锅炉有蒸汽锅炉、热水锅炉和有机热载体锅炉。 5 1.4 锅炉的型号 6 7 8 9 1.3 DZL锅炉的结构及工作原理 1.3.1 DZL锅炉的结构 DZL系列燃煤热水锅炉是单锅 筒纵置式链条炉排水火管锅壳锅炉。 水火管锅壳锅炉的结构为卧式三回 程水火管组合式，在炉膛左右两侧设 置水冷壁管与锅筒组成第一回程，水 冷壁管延长部分组成两侧第二回程 八字烟道，锅筒内布置第三回程烟 管；锅炉受热面包括炉膛的辐射受热 面、两侧八字烟道的横向冲刷对流受 热面、烟管纵向冲刷对流受热面、铸 铁省煤器。煤自煤斗落到炉排上，经 炉排推动进入炉膛燃烧；空气由鼓风图1.1 DZL锅炉的主要结构 机经风道、调节风门、风室、炉排、煤层，进入炉膛；灰渣经炉排后面的落渣口由出渣机除渣。在炉排上燃烧生成的高温烟气经炉膛喉口，向后流动，火焰与高温烟气对围成炉膛的水冷壁和锅壳底部裸露部分受热面进行辐射换热；然后由炉膛后部烟窗出口进入八字烟道对流换热向炉前；经前烟箱转向进入烟管对流换热流向铸铁省煤器换热；最后经除尘器，由引风机抽引，通过烟囱排向大气。锅炉汽水系统为：软化管水箱-（除氧器）-水泵省煤器锅筒下降管上升管（水冷壁管）-锅筒主汽阀。其主要的结构如图1.1所示。 1.3.2 DZL锅炉的工作原理 与蒸汽锅炉相似，热水锅炉也由三个系统组成，即煤渣系统，烟风系统和水系统。它们的区别是，除汽水两用炉外， 热水锅炉的水系统仅产生高温水，而不像蒸汽锅炉那样产生蒸汽。热水锅炉的三个系统组成一个不可分割的整体，在其中同时完成燃料的燃烧放热过程，热量传递过程和水的吸热升温过程，从而实现热能的转换，向外送出热水。 燃料在炉膛内与空气混合，与氧气发生化学反应，并放出热量，这是燃料的 10 燃烧放热过程，它直接影响到锅炉的出水和热效率。燃料燃烧后产生的热量，通过水冷壁管、对流管束等受热面传递给锅水，这是热量传递过程。热量先传递给受热面金属的外部，这在炉膛内主要以辐射的方式，而在对流管束和尾部烟道内则主要以对流方式进行。之后热量通过金属导热至内部，最后再传给锅水。热量传递过程也对锅炉的热效率有很大影响。热水锅炉的进出口流动的都是水，大多数都是通过水泵的压力进行强制循环也有些锅炉本体内靠水温不同所造成的重度差进行自然循环。水的吸热升温过程是锅水循环流动，吸收足够的热量后输出的过程。锅水良好的循环流动直接关系到锅炉的安全运行。 1.3.3 DZL29-1.6/130/70-A型锅炉的主要参数 DZL29-1.6/130/70-A热水锅炉 安装方式:快装锅炉；燃烧方式:层燃炉；循环方式:强制循环；出口压力:中压；锅炉用途:工业锅炉；结构形式:卧式。 该产品具有运行可靠、热效率高、炉内水阻力低、强制循环、原始排烟浓度低、维修操作简单等特点。具体使用参数如表1.1所示。2 表1.8 DZL14-1.0/95/70-A的主要参数 1.4 热水锅炉的研究意义 DZL29-1.6/130/70-A型锅炉是一种特殊设备，其工作条件差、承受压力在运行和使用中损坏的可能性比较大，一旦发生事故，不但造成经济、财产损失，还会造成人员伤亡。故被列入国务院颁布的特种设备安全监察条例，而锅炉主要采用焊接结构，产品质量很大程度上决定于焊接接头的质量。因此受压元件焊接工艺在锅炉的质量作用起到绝对的作用，同样焊接在锅炉生产中占据着比较重要 11 的份额，一个小小的焊接问题就有可能造成锅炉生产严重的损失。 因锅炉内部介质具有很高的压力，有一定的温度和程度不同的腐蚀性等等，并且在不停地运动，不停地对压力容器产生各种物理的、化学的作用，因而使容器产生腐蚀、变形、裂纹、渗漏等缺陷。因此，锅炉的受压元件焊接设计合理，制造质量很好，对锅炉的品质有着直接的影响。锅炉的受压元件合理设计，是保证锅炉安全运行的重要的必不可少的措施。 诚然，锅炉的安全制造既影响到国民经济各部门和人们的衣食住行，生活设施中的各种设备，涉及到社会发展和人们的生命安全。因此，对锅炉受压元件焊接工艺的研究具有十分重要的意义。 12 第2章 锅炉材料的选用 锅炉焊接材料的选择和使用一直都是压力容器和焊接行业非常关键的问题。2000年版压力容器焊接工艺评定（JB4708-2000）和压力容器焊接工艺规程标准已正式颁布实施，“新标准”对焊接的适用提出了新的要求。“新标准”规定的焊接材料选用原则是：焊缝金属的力学性能应高于或等于母材的力学性能。因此，焊材选择的主要依据是保证其焊缝接头的力学性能，包括焊接接头在实际工况下的高/低温力学性能，抗动载荷，疲劳载荷等性能。焊缝金属与母材强度匹配是压力容器行业和焊接行业的热点问题之一，争论颇多，对于强度型低合金钢按等强度原则选用焊接材料，能够保证焊接接头具有足够的韧性储备，适当超强有利于提高焊接接头的抗脆断性能。根据等强，匹配原则，指定出来的选用规范，以进行材料的选用，但一切焊接材料的选用，都是在焊接实验测试焊缝金属的力学性能符合要求后，才能进行的。3 2.1 DZL锅炉材料的选用及性能分析 1.筒体和管板的选材。 DZL29受压元件所用的材料主要是Q245R，属于结构钢，是专用于承压容器的钢板，是用于制造石油、化工、气体分离、气体贮运的容器或其他类似设备，如各种塔器、换热器、贮罐、罐车等的优质碳素结构钢和低合金高强度结构钢钢板，参见GB7132008，交货状态为热轧控扎或正火，其化学成份和力学性能见表2.1、表2.2。4 表2.1 Q245R的化学成分 2.对集箱、接管、下降管和烟管的焊接材料的选择。常选用材质为20号钢，属于优质低碳碳素钢，强度比15号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工，电弧焊和接触焊的焊接性能好，气 13 焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好、一般用于制造受力不大而韧性要求高的。其化学成份和力学性能见表2.3、表2.4。 表2.2 Q245R的力学性能 表2.4 20钢的力学性能 14 2.2 焊接材料的选用及性能分析 压力容器的焊接中经常选用H08MnA焊丝、J427焊条和HJ431焊剂。其化学成份和力学性能见表2.5、表2.6、表2.7。 焊丝H08MnA是低碳结构钢镀铜埋弧焊丝，配合焊剂HJ431、HJ433进行埋弧自动焊，焊缝具有优良的力学性能，适用于低碳钢,低合金钢的船舶、锅炉、压力容器结构等的焊接 焊条J427是低氢钠型药皮碳钢焊条，可进行全位置焊接，焊缝金属具有优良的力学性能和抗裂性能，用于焊接较重要的碳钢和低合金钢。5 HJ431焊剂是熔炼型高锰高硅低氨焊剂，焊接工艺性能良好，对焊接区轻微锈迹不敏感；抗热裂纹性能好，又一定的抗潮能力。 配合H08MnA,H08Mn2Si等焊丝，可焊接低碳钢及某些低合金钢（16Mn15MnV）结构，如锅炉、船舶、压力容器等。 表2.5各焊丝、焊条的化学成份 表2.6 各焊丝焊条的力学性能 15 表2.7 HJ431焊剂化学成份 2.3 锅炉材料的焊接性分析 焊接性能的好坏主要取决于它的化学组成。而其中影响最大的是碳元素，也就是说金属含碳量的多少决定了它的可焊性。钢中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影响程度一般都比碳小得多。钢中含碳量增加，淬硬倾向就增大，塑性则下降，容易产生焊接裂纹。通常，把金属材料在焊接时产生裂纹的敏感性及焊接接头区力学性能的变化作为评价材料可焊性的主要指标。所以含碳量越高，可焊性越差。所以，常把钢中含碳量的多少作为判别钢材焊接性的主要标志。含碳量小于0.25%的低碳钢和低合金钢，塑性和冲击韧性优良，焊后的焊接接头塑性和冲击韧性也很好。焊接时不需要预热和焊后热处理，焊接过程普通简便，因此具有良好的焊接性。随着含碳量增加，大大增加焊接的裂纹倾向，所以，含碳量大于0.25%的钢材不应用于制造锅炉、压力容器的承压元件。 1.材料焊接性的估算 由于碳的影响最为明显，其他元素的影响可折合成碳的影响。碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为式2.1所示： W=W(C)+1/6W(Mn)+ 1/5W(Cr)+W(Mo)+W(V)+1/15W(Ni)+W(Cu) （2.1） 根据经验 当W<0.4%0.6%时，钢的焊接性良好，应考虑预热。 当W=0.4%0.6%时，焊接性相对较差。 当W>0.4%0.6%时，焊接性很不好，必须预热到较高温度。 从计算结果看，Q245R钢缺口敏感度低，疲劳强度和裂纹倾向小，具有良好的焊接性而且价格低廉，常用于中低压容器。20钢材中碳当量低，所以，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织和淬硬组织。这种钢的塑性和韧性优良，焊接接头的塑性和韧性也好。通常情况下，焊接时一般不需要预热、控制层间温度和 16 后热，焊后也不必采用热处理改善组织，既整个焊接过程中不需要特殊的工艺措施。特殊情况下，进行预热后热和热处理能更高的力学性能要求。6 2.材料机械性能的分析 根据执行标准：GB7132008，Q245R力学性能见表2.8。 表2.8 Q245R的力学性能和工艺性能 本次 DZL291.6/130/70A锅炉的设计要求， 在上述初选的基础上综合考 虑其材料的焊接性、力学性能和经济性，决定筒体选择Q245R，接管、集箱、下降管和烟管选用20钢。8 17 第3章 锅炉受压元件焊接工艺评定及实验 3.1焊接工艺评定意义 当拟定焊接结构制造工艺焊接工艺时，包括选择焊接工艺方法及拟定全 部工艺参数，这就是编制焊接工艺规程，都要按标准进行焊接工艺评定，即在焊缝施焊前，产品焊缝的焊接工艺规程应该评定合格，即使焊制出来的接头满足所求性能。这是保证产品焊接质量，也是保证结构质量的重要手段。工艺评定应依据国家和行业标准进行，如火力发电厂锅炉、压力容器焊接工艺评定规程（SD340-1989），钢制压力容器焊接工艺评定（JB4708-1992），压水堆核电厂核岛机械设备焊接规范 碳钢和低合金钢的焊接工艺评定等七项（EJ/T1027.111027.17），油气管道焊接工艺评定方法（SY40521992），汽轮机焊接工艺评定（JB/T6135-1992），钢制件熔化焊工艺评定等，有些行业将焊接工艺评定包含在焊接规范或规程中。各标准总的原则都是用所选定的焊接工艺方法和工艺参数，依标准规定焊制试件，检测接头的各项性能，如拉伸、冷弯、冲击、硬度及金相分析等，然后决定所定的工艺规程是否可行。7 3.2焊接工艺评定的项目 通常是根据编制的“焊接工艺方案”的“焊接接头汇总及技术措施表”得到 焊接工艺评定的项目。DZl14-1.0/95/70-A型锅炉，采用单锅筒纵置式布置，炉膛两侧布置有水冷壁，上端与锅筒焊接，下端分别与左、右集箱焊接。后拱与锅筒的空间布置2对流管束，管束上端与锅筒焊接，下端与各集箱焊接。其主要评定受压接头为锅筒的纵焊缝及环焊缝、接管与筒体，手孔、接管与集箱组合角焊缝、水冷壁管与集箱角焊缝、下降管与筒体或集箱角焊缝、集箱与锅筒角焊缝及接管与法兰的焊接。 3.3焊接工艺评定试验 3.3.1 实验项目 工艺评定试件焊接完成后，应进行外观检验和射线、磁粉或着色检测。合格 18 后，按焊接工艺评定有关标准、规程的要求，制备力学性能试样、金相试样。试件的检验项目根据焊缝的形式而定。对接焊缝试件和试样的检验检验项目有外观检查、无损检测和拉伸、弯曲试验。弯曲试样分横向和纵向两种。横向弯曲分面弯和背弯。当接头厚度大于等于10mm时，可用4横向侧弯试样代替2面弯和2背弯试样。当试件焊缝两侧的母材之间或焊缝金属和母材之间的弯曲性能有显著差别时可改用纵向弯曲试验代替横向弯曲试。纵向弯曲时只取面弯和背弯试样各2个；拉伸试验，试样数量为2个。产品技术条件要求接头作冲击试验时，则工艺评定试件应取焊缝和热影响区冲击试样各3个，进行冲击试验。 1.开坡口对接接头试板。外观检查、拉伸、冷弯和缺口冲击韧度试验。 2.角接接头试板。外观检查、宏观金相检验。 3.不锈耐蚀堆焊层试件。外观检查、表面渗透检验，冷弯、化学成分分析。 4.硬质合金堆焊层试件。外观检查、表面着色检查、表面层硬度测定、宏观金相检验、堆焊层化学成分分析。 5.螺柱焊试件。外观检查、锤击试验或弯曲试验、扭转试验、宏观金相检验。 8 3.3.2 焊接工艺评定试验方法 焊接工艺评定中使用的力学性能试验方法包括拉伸、弯曲、缺口冲击、扭转和剪切试验等。 1. 拉伸试验。按GB26511989焊接接头拉伸试验方法和GB28521989焊接及熔敷金属拉伸试验方法进行。 2.弯曲试验。按GB26531989焊接接头弯曲及压扁实验方法进行。 3.冲击试验（缺口韧性试验）。按GB26501989焊接接头冲击试验方法进行。 4.角焊缝试样的宏观试验。宏观试片受检面经机械加工和磨光后，选用适当的腐蚀剂浸蚀，直至清楚地分辨出焊缝及热影响区。 5.着色试验。耐蚀和耐磨堆焊层焊接工艺评定试样表面，在焊后状态首先应作着色检验，检验方法和程序按GB1501998标准进行。如对一些特殊用途的产品以及耐磨堆焊层，要求作硬度试验的，可参照GB16541989焊接接头及堆焊金属硬度试验方法进行。 19 6.化学成分分析。耐蚀和耐磨堆焊层焊接工艺评定试件，应作化学成分分析。 9 对于产品技术条件中明确规定耐蚀性要求的焊件，焊接工艺评定的试板还应作晶间腐蚀试验。 焊后检验合格，焊缝成形美观、无外观缺陷，进行探伤未发现缺陷，即可进行焊接工艺编制及生产。 3.4焊接工艺评定报告 本评定按JB47082000焊接工艺评定规程的规定，DZL29-1.6/130/70A型锅炉锅筒的焊接，具备评定程序和项目符合标准和技术文件规定的要求。弯曲试验结果未发现裂纹,完全达到承压设备相关技术标准规定。根据DZL29-1.6/130/70A型锅炉锅筒的焊接接头、焊接试件、制取并检验试样、测定性能，确认试验记录正确，焊后对全部焊缝进行外观、着色和X射线等项检验，无裂纹，渗漏、夹渣和超标气孔等缺陷。评定结果为： 合格。焊接条件及工艺参数适用范围按工艺指导书规定执行。10 20 第4章 焊接工艺规程编制 不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如手弧焊主要包括：焊条型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等等。 4.1 焊前准备 1.坡口加工。可采用冷加工，也可采用热加工，焊接坡口加工完成后应进行检验，对影响焊接质量的局部缺陷应予修整，发现有裂纹、分层、夹渣等缺陷的应清除干净。 2.表面清理。为了保证焊缝质量，在焊接以前必须把坡口表面的油、水、锈、污物、氧化皮等杂质清除干净，范围是焊缝两侧各2030mm，必须使坡口表面出现金属光泽。 3.焊材的准备。焊丝需作去油、除锈处理，焊条和焊剂按规定进行烘干和保温，焊剂除按技术要求烘干外还需作粗细二道筛子筛去过大过细的焊渣及焊屑后方能使用，碱性焊条领用必须用保温筒。11 4.2焊接工艺设计 为了确保产品焊接质量，在拟定其焊接工艺时，应以防止接头各区马氏体组织和冷裂形成为基本出发点，采取控制线能量、采用低氢的焊接材料、焊前预热、保持层间温度、进行后热或焊后作消氢处理 等工艺措施，从而确定合理的焊接工艺方案。12 4.2.1 锅筒纵环缝的焊接 1.坡口型式。采用“V”型坡口，坡口 型式及尺寸见图4.1。组对前，清除坡口面 及坡口每侧50mm 范围内的毛刺、铁锈、 21 图4.1 V型坡口示 氧化皮、渣等，直至露出金属光泽。 2.焊接方法。筒体内部焊道、外部焊道 清根后采用埋弧自动焊。由于筒体纵、环缝 的钢板厚度一致，材质相同，坡口尺寸一致，因此焊接时选用相同的焊接参数。 均采用较小的热输入进行多层焊，以提高焊接接头的塑性就和韧性。并且埋弧焊 在大量生产中适用于长直、环形或垂直位置的横焊缝，能焊接碳钢、合金钢以及 某些铜合金等中、厚壁结构。 3.焊接材料。一般要求焊材与母材等强、化学成分相同或相近。Q245R一般用 于锅炉或压力容器上面，对于在壁厚18mm时选择使用埋弧焊填充盖面（H08MnA 焊丝和HJ431焊剂），双面焊，背面碳弧气刨清根，有利于获得合格的探伤质量。 4.焊前预热和层间温度。Q245R 钢的Ceq0.37%，对厚度小于32mm 的钢板， 焊接前不需要预热；由于采用多层多道焊， 前道焊缝对后道焊缝的热作用会使晶 粒细化，从而提高了焊缝的冲击韧度。焊接时控制层间温度不小于焊前预热温度 为150200。13 4.2.2 管板组合焊缝的焊接 1.坡口型式。 对于组合焊缝,主要有接管与筒体，手孔、接管与集箱 的组合角焊缝；水冷壁管与集箱角焊缝；下降管与筒体或集箱角焊缝；集箱与锅 筒角焊缝及接管与法兰的焊接焊缝等。如图4.2 (a)即为接管与筒体的组合角焊缝 (b)为下降管与筒体或集箱角焊缝。 (a) (b) 图4.2 组合角焊缝的坡口形式 22 4.3 焊接参数的确定 4.3.1 电弧焊的焊接参数 1.焊条直径的选择。焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头型式、焊缝位置及焊接层次等因素。在不影响焊接质量的前提下，为了提高劳动生产率，一般倾向于选择大直径的焊条。在DZl29-1.6/130/70-A锅炉的焊接中，宜选用3.2、4.0、5.0直径的焊条。 2.焊接电流的选择。主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头型式、焊缝空间位置及焊接层次等因素来决定，其中，最主要的因素是焊条直径和焊缝空间位置。根据经验，选择电流所依据的焊条标准约是40A/mm（直径）。 3.电弧电压的选择。电弧电压是由电弧长来决定。电弧长，则电弧电压高；电弧短，则电弧电压低。根据经验数据，使用碱性药皮焊条时，电弧电压应控制在 23 2025V；使用酸性药皮焊条时，最适合的电弧电压范围是2528V。 4.焊接层数的选择。在中、厚板焊条电弧焊时，往往采用多层焊。 5.电源种类和极性的选择。直流电源，电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构的焊接上。其他情况下，应首先考虑用交流焊机。由于焊接时，焊接电弧正、负极上热量不同，所以采用直流电源时有正接和反接之分。所谓正接是指焊条接电源负极，焊件接电源正极，此时焊件获得热量多，温度高，熔池深，易焊透，适于焊厚件；所谓反接是指焊条接电源正极，焊件接电源负极，此时焊件获得热量少，温度低，熔池浅，不易焊透，适于焊薄件及管套类。表4.2是DZL29-1.6/130/70-A锅炉电弧焊的焊接规范参数。 14 4.3.2 埋弧焊的焊接参数 1.焊丝 根据所焊金属材料的不同，埋弧焊用焊丝有碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝。高合金钢焊丝、各种有色金属焊丝和堆焊焊丝。按焊接工艺的需要，除不锈钢焊丝和有色金属焊丝外，焊丝表面均镀铜，以利于防锈并改善导电性能。同一电流使用较小直径的焊丝时，可获得加大焊缝熔深、减小熔宽的效果。当工件装配不良时，宜选用较粗的焊丝。 2.焊剂 埋弧焊焊剂按用途分为钢用焊剂和有色金属用焊剂，按制造方法分为熔炼焊剂、烧结焊剂和陶质焊剂。焊剂应满足的基本要求：具有良好的冶金性能；具有良好的工艺性能。 3.焊剂和焊丝的选配 低碳钢的焊接可选用高锰高硅型焊剂，或选用低锰、无锰型焊剂配H08MnA和H10MnZ焊丝。低合金高强度钢的焊接可选用中锰中硅或低锰中硅型焊剂配合与钢材强度相匹配的焊丝。耐热钢、低温钢、耐蚀钢的焊接可选用中硅或低硅型焊剂配合相应的合金钢焊丝。铁素体、奥氏体等高合金钢， 24 一般选用碱度较高的熔炼焊剂或烧结、陶质焊剂，以降低合金元素的烧损及掺加较多的合金元素。考虑DZl29-1.6/130/70-A锅炉用钢，确定选择焊丝为H08MnA和HJ431。表4.3是该锅炉开坡口双面埋弧焊的焊接参数。15 表4.3 埋弧焊焊接参数 4.4 焊接工艺规程的编制 焊接工艺规程是为了制造符合规范要求的焊缝而提供指导的、经过评定合格的焊接工艺文件。它或其他文件可用于焊工或焊机操作工提供指导，以保证符合规范要求。DZL29-1.6/130/70A型Q245R钢制锅炉进行埋弧焊和手工电弧焊试验,研究了焊接工艺参数(焊接速度、焊接电流、焊接电压)对力学性能的影响。正交试验结果表明,焊接电流对力学性能的影响最大,最佳的焊接参数为:埋弧自动焊焊接速度3033cm/min、焊接电流630740A、焊接电压3739V,在此工艺参数下,焊接接头抗拉强度为302MPa,焊缝冲击吸收功为40J；手工电弧焊的焊接电流为 3.2mm时90120A，4mm时140180A，5mm时190250A电流极性为直流反接。对于DZL29-1.6/130/70-A型锅炉受压元件的焊接工艺指导书见表4.4。 16 4.5 焊后热处理 焊接残余应力是由于焊接引起焊件不均匀的温度分布，焊缝金属的热胀冷缩等原因造成的，所以伴随焊接施工必然会产生残余应力。消除残余应力的最通用的方法焊后热处理，进一步减缓冷却速度，增加塑性、韧性，并减小淬硬倾向，消除接头内的扩散氢。所以，焊接时不能在过冷的环境或雨中进行。焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下(动载荷或冲击载荷)工作的焊件更应如此。焊后消除应力的回火温度为600650，保温12h,然后随炉冷却。 25 4.6焊接工艺卡的编制 26 27 28 29 30 31 第五章 焊接质量的检验 5.1外观检验 外部缺陷位于焊缝区的外表面，用肉眼或低倍放大镜即可观察到。焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、烧穿、下榻、外部气孔、表面裂纹等。外部缺陷可以用低倍放大镜与焊接检验尺进行检验，焊接尺寸的检验主要检验焊接完成后零件的外形尺寸，焊缝的外形尺寸（焊缝的余高、宽度)。 5.2内部检验 内部检验通常为无损检验，常用方法有磁粉探伤，渗透探伤，射线探伤和超声波探伤，磁粉探伤是利用处于磁场中的焊接接头表面磁粉具有的特征来检查铁磁性材料表面及附近表面缺陷（如微裂纹等）。渗透探伤是用带有荧光染料（荧光粉）或红色染料（着色法）的渗透剂对焊接缺陷的渗透作用来检查表面微裂纹。射线探伤和超声波探伤是用专门仪器检查焊接接头是否有内部缺陷，如裂纹，未焊透，气孔，夹渣等，上述方法均属于非破坏性实验。 在现代工业中最常用的一种方法为超声波探伤法，即脉冲发射法超声波探伤，它是利用焊缝中的缺陷与正常组织具有不同的声阻抗和声波在不同声阻抗的异质量上会产生反射的原理来发现缺陷的，所以在这次检验中选用这种方法。 5.3无损检测 DZL29-1.6/130/70-A型锅炉受压元件无损探伤检查的数量见表5.1.额定蒸气压力1.6MPa 的锅炉，对接接头的质量不低于级为合格；额定蒸汽压力0.1MPa 的锅炉，对接接头的质量不低于级为合格。对于对接接头对接焊缝采用射线探伤检测，验收标准应符合蒸汽锅炉安全技术监察规程、热水锅炉安全技术监察规程及图样技术要求。射线照相质量按JB/T4730承压设备无损检测的规定执行，要求不应低于级；对于锅筒纵、环缝应进行100%的射线探伤，按JB/T4730承压设备无损检测的规定执行，要求不应低于AB 级。对于T 型接头对接焊缝采用超声波探伤检测验收标准应符合工业锅炉T 型接头对接焊缝超声波探伤规定及图样技术要求，探伤比例为100%。经过部分射线或超声波探伤检