电站压力容器焊接工艺及焊接接头组织性能分析PPT课件

1、主要内容主要内容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、焊接管理第1页/共170页一、焊接术语一、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。第2页/共170页 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。第3页/共170页 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

2、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。第4页/共170页 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。第5页/共170页二、电站锅炉压力容器常用焊接方法二、电站锅炉压力容器常用焊接方法 焊接方法分类： 熔化焊 钎焊 压力焊第6页/共170页二、电站锅炉压力容器常用焊接方法二、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

3、）埋弧自动焊（3）氩弧焊（4）二氧化碳气体保护焊（5）电渣焊（6）等离子弧焊第7页/共170页（1 1）焊条电弧焊）焊条电弧焊焊条电弧焊示意图第8页/共170页 第9页/共170页（2 2）埋弧自动焊）埋弧自动焊埋弧自动焊示意图第10页/共170页 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）第11页/共170页（3 3）氩弧焊）氩弧焊氩弧焊示意图第12页/共170页 氩弧焊是以惰性气体氩气作为

4、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。第13页/共170页 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。第14页/共170页 钨极氩弧焊的特点： 气体保护效

5、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。 第15页/共170页（4 4）二氧化碳气体保护焊）二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊示意图第16页/共170页 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。第17页/共170页（5 5）电渣

6、焊）电渣焊电渣焊示意图第18页/共170页 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。 第19页/共170页（6 6）等离子弧焊）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。第20页/共170页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、

7、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+焊条电弧焊第21页/共170页三、电站锅炉压力容器常用焊接材料三、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。第22页/共170页 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

8、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。第23页/共170页 （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）第24页/共170页 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

9、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。第25页/共170页 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。第26页/共170页 按焊条的用途分类：结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊

10、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、铝及铝合金焊条第27页/共170页 （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。第28页/共170页 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）第29页/共17

11、0页 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）第30页/共170页 常用焊条牌号与型号对照： J422 E4303 J507 E5015 R317 E5515B2V R407 E6015B3 R817 E11MoVNiW-15 Cr207 E410-15 A137 E347-15第31页/共170页 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

12、弧焊专用的填充焊丝四种。第32页/共170页 （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）第33页/共170页 TIG-J50 碳钢 TIG-R31 1Cr-0.5Mo-V TIG-R40 2.25Cr-1Mo TIG-R10 0.5Mo TIG-R30 1Cr-0.5Mo TIG-R34 Cr-Mo-V-W-B TIG-R71 9Cr-1Mo-V TIG-G21 12Cr第34页/共170页 3、焊剂： 主要用于埋弧

13、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。 第35页/共170页 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等第36页/共170页 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

14、学性能与母材的匹配第37页/共170页 （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。第38页/共170页四、焊接接头的组成及分布特征四、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第39页/共170页 2、焊缝 母材金属和填充金属在焊接热源的作

15、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。第40页/共170页 4、热影响区过热区相变重结晶区不完全重结晶区余高第41页/共170页 热影响区的构成及其界域 一般 HAZ：TSTCR TS 固相线温度 TCR 连续加热转变的重结晶温度 (1)低碳钢： TCR AC1 (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供货状态回火温度第42页/共170页第43页/共170页 热影响区中

16、各区的划分 不易淬火钢 第44页/共170页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）形接头第45页/共170页第46页/共170页 对接接头的基本坡口形式第47页/共170页五、焊接接头的组织和性能五、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）冷却速度快第48页/共170页焊接热循环示意图第49页/共170页 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）钢材的导热性第50页/共170页2、焊

17、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。第51页/共170页（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Cr2hA M300350SMAWTIG750780100150200250300t(h)F12钢的焊接热处理曲线 第122页/共170页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

18、，主要是： 焊接热裂纹 应力腐蚀裂纹 第123页/共170页 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。第124页/共170页九、新型九、新型钢材的焊接钢材的焊接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

19、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。第125页/共170页（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。 第126页/共170页 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

20、焊接接头的残余应力 第127页/共170页 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。 第128页/共170页 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

21、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。 第129页/共170页（2）焊接工艺要点P91钢的焊接热处理曲线 第130页/共170页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：小规范焊接第131页/共170页（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

22、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。第132页/共170页 （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。第133页/共170页十、十、焊接焊接管理管理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、基建过程的监督第134页/共170页（一）焊接工艺文件（一）焊接工艺文件（1）焊接工

23、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）技术交底第135页/共170页焊接工艺评定焊接工艺评定锅炉、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焊接工艺评定规程第136页/共170页焊接工艺评定焊接工艺评定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：第137页/共170页 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

24、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。第138页/共170页（2）评定合格的工艺的适用范围第139页/共170页焊接工艺评定焊接工艺评定2、厚度的适用范围 第140页/共170页焊接工艺评定焊接工艺评定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。第141页/共

25、170页焊接工艺评定焊接工艺评定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。第142页/共170页焊接工艺评定焊接工艺评定5、评定项目及试样数量第143页/共170页（二）焊工资质（二）焊工资质（1）发证机构（2）持证项目（3）有效期 原件审查，复印件留存第144页/共170页1 1、发证机构电力证、发证机构电力证 行业规定：凡担任电力行业

26、下述各类部件焊接工作的焊工应按DL/T679-1999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，报企业考委会审核并呈报上级主管部门签发。第145页/共170页 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）承重钢结构 （2）锅炉受热面管子 （3）工作压力大于0.1MPa的压力容器及管道 （4）存储易燃易爆介质的容器及其管道 （5）承压件与非承压件的连接焊缝 （6）转动部件的焊接件第146页/共170页1 1、发证机构质监证、发证机构质监证 锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则规定：经考试合格的焊工，由焊工考委会将焊

27、工考试基本情况表和焊工焊接操作技能考试检验记录表报考委会所在地的地（市）级安全监察机构，经审核后签发焊工合格证。第147页/共170页2 2、合格项目、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、项目代号和焊条涂料类型等四部分组成。 例： Ws/Ds BJ 表示氩弧焊打底（Ws）、电焊填充和盖面（Ds）、B类级钢材（B）、碱性焊条（J）。 表示焊接项目代号，见DL/T679表5第148页/共170页 需要注意的几个问题：（1）焊工考试项目只是代号，不具体；（2）有些发证单位填写的“准予承担的焊接工作”不明确。 故在审查焊工资质时不能只看合格项目代号，要核查实际操作考

28、试的项目（特别是试件厚度），看是否满足将要从事的焊接工作。第149页/共170页2 2、合格项目、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。第150页/共170页 例：GTAW-5G-3/60-02和SMAW-5G(K)-5/60-F3J 表示壁厚为8mm、外径为60mm的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)，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)。 (K)-复合焊接中电焊项

29、目均填写第151页/共170页3 3、有效期、有效期 有效期为3年 合格证上一般填写考试日期或发证日期；一个焊工的合格项目可能不是同一日期的，需要区别对待。第152页/共170页（三）焊接材料的管理（三）焊接材料的管理（1）材质确认（2）保管（3）烘干（4）使用（5）回收第153页/共170页 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。第154页/共170页 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小时第155页/共170页 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。第156页/共170页（四）施工过程的监督（四）施工过程的监督（1）执行工艺情况（焊前准备、焊接过程、工艺参数、热处理等） 焊前：对口、清理、预热、焊工练习和考试 焊接：焊材使用、焊接参数 焊后：后热、热处理第157页/共1