机电工程技术-高强钢焊接技术

1、2013年机电工程专业一级注册年机电工程专业一级注册建造师继续教育培训建造师继续教育培训 主讲老师：刘文武主讲老师：刘文武主讲内容主讲内容1.机电工程技术（必修课专业科目机电工程技术（必修课专业科目 ）2.机电工程项目管理案例（必修课专业科目）机电工程项目管理案例（必修课专业科目） 3.（石油、电力、冶炼、机电安装）工程项目（石油、电力、冶炼、机电安装）工程项目管理实例（选修课专业科目管理实例（选修课专业科目 ）1、机电工程技术、机电工程技术1.1 高强钢的焊接技术高强钢的焊接技术1.2 大型设备吊装技术大型设备吊装技术1.3 建筑业建筑业10项新技术项新技术机电安装应用技术机电安装应用技术1

2、.4 建设工程施工工法建设工程施工工法1.5 建设工程信息化技术建设工程信息化技术高强钢用途及发展高强钢用途及发展v高强度钢的定义高强度钢的定义 相对于时代要求的技术进步程度而在变化的。一般讲，屈服强度在1370MPa（140 kgf/mm2）以上，抗拉强度在1620 MPa（165 kgf/mm2）以上的合金钢称超高强度钢。按其合金化程度和显微组织分为低合金中碳马氏体强化超高强度钢、中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢、高合金中碳NiCo型超高强度钢、超低碳马氏体时效硬化型超高强度钢、半奥氏体沉淀硬化型不锈钢等。图图1油气平台高强钢油气平台高强钢5万吨以上万吨以上图图2 三峡过船闸门三峡过船闸

3、门 高强钢高强钢800余吨余吨图图3鸟巢用钢鸟巢用钢8万吨万吨图图4 央视新址央视新址 钢钢12.4万吨万吨v一、采用铝合金材料采用铝合金材料 材料成本和焊装成本高 二、采用高强钢材料采用高强钢材料 1.冶金技术的发展，高强钢成本不断降低； 2.从车身结构上优化，减少了各种加强板和补强板，减轻了车重，同时又减少了焊点数，既提高性能又减少能耗； 3.提高了安全性能 。 随着低碳经济时代的到来，汽车和交通行业在气候大会中备受责难。而降低车重可有效降低油耗，减少碳排放。故而汽车轻量化成为汽车制造业的主要发展方向。因此，汽车用材料向高强度钢板方向发展已成为不可逆转的趋势。 高强钢板在汽车工业中的应用高

4、强钢板在汽车工业中的应用 u低合金高强钢的用途低合金高强钢的用途 这是一类可焊接的低碳工程结构用钢。其含碳量通常小于0.25%，比普通碳素结构钢有较高的屈服点s或屈服强度 0.2(3080kgf/mm2)和屈强比s/b(0.650.95)，较好的冷热加工成型性，良好的焊接性，较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性，以及有较好的抗大气、海水等腐蚀能力。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 高强钢用途及发展高强钢用途及发展 （1）普通低合金钢的应用普通低合金钢的应用普通低合金钢在建筑中的应用普通低合金钢在建筑中的应用 为了保证钢材具有良好的焊接性，钢中的含碳量控制在0.2%以下。热轧状态的结构钢的碳当量一般

5、不应超过0.44%。超过后，应超过后，应采用预热焊采用预热焊接。接。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 （1）普通低合金钢的应用普通低合金钢的应用普通低合金钢在桥梁中的应用普通低合金钢在桥梁中的应用 由于低合金钢焊接结构的零部件通常需要经过：加工成形焊接焊后热处理等工序，钢材应具有良好的工艺性能。金属的焊接性，切削性，冷、金属的焊接性，切削性，冷、热加工性，热处理性能，可热加工性，热处理性能，可锻性，组织稳定性和大截面锻性，组织稳定性和大截面的淬透性。的淬透性。 考虑材料成本的同时还应考虑材料考虑材料成本的同时还应考虑材料加工、焊接难易程度不同对制造成本的加工、焊接难易程度不同对制造成本的影响。

6、影响。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 （1）普通低合金钢的应用普通低合金钢的应用普通低合金钢在车辆中的应用普通低合金钢在车辆中的应用低合金高强钢的应用目的即优点：低合金高强钢的应用目的即优点： 减轻焊接结构的重量，节约材料和缩短焊接工期。不但使焊接产品和结构经济，还可以提高生产效率和使用性能。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 （2）低合金调质钢的应用低合金调质钢的应用 低合金调质钢强度高、韧性好，为节约钢材和减轻焊接结构自重创造条件，其综合性能好，能大大提高设备的耐用性，延长使用寿命。可促进工程结构向大型化、轻量化和高效能方向发展。 焊接结构设计向高参数、轻量化和大焊接结构设计向高参数、轻量

7、化和大型化方向发展。型化方向发展。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 （2）低合金调质钢的应用低合金调质钢的应用城市城市液化气球罐液化气球罐 焊接无裂纹钢焊接无裂纹钢在日本已普遍用于制造城市液化气的球罐。 焊接这类钢时采用超低氢焊材，在板厚50mm以下或在0可以焊前不预热。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 （2）低合金调质钢的应用低合金调质钢的应用 WCF-80WCF-80钢钢：焊接裂纹敏感性下的高强度焊接结构钢，具有很高的抗冷裂性能和低温韧性。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 （2）低合金调质钢的应用低合金调质钢的应用抗拉强度抗拉强度800MPa的低合金调质高强度钢的低合金调质高强度钢 具有较

8、好的缺口冲击韧性，可用于在低温下服役的焊接结构。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 （2）低合金调质钢的应用低合金调质钢的应用抗拉强度抗拉强度800MPa的低合金调质高强度钢的低合金调质高强度钢牙轮钻机重型汽车高强钢用途及发展高强钢用途及发展 （2）低合金调质钢的应用低合金调质钢的应用抗拉强度抗拉强度1000MPa的低合金调质高强度钢的低合金调质高强度钢强耐磨件核动力装置高强钢用途及发展高强钢用途及发展 （2）低合金调质钢的应用低合金调质钢的应用抗拉强度抗拉强度1000MPa的低合金调质高强度钢的低合金调质高强度钢航海装备航天装备高强钢用途及发展高强钢用途及发展 u低合金钢的发展低合金钢的发展为

9、获得强度更高的低合金钢，考虑其它类型的基体组织，发展了以下几类：（1）低碳贝氏体型低合金钢低碳贝氏体型低合金钢（2）低碳索氏体型低合金钢低碳索氏体型低合金钢（3）针状铁素体型低合金钢针状铁素体型低合金钢（4）低碳马氏体型低合金钢低碳马氏体型低合金钢此外，还可以通过控制轧制方法来获得较高强度的低合金钢。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 u低合金钢的发展低合金钢的发展（1）低碳贝氏体型低合金钢低碳贝氏体型低合金钢 煤矿用液压支架煤矿用液压支架（ 高 强 度 低 碳 贝 氏 体 钢 板（ 高 强 度 低 碳 贝 氏 体 钢 板AH70DB,AH80DB）主要特点主要特点：使大截面的结构件在热轧空冷（

10、正火）条件下，获得单一的贝氏体组织。主要措施主要措施：向钢中加入能显著推迟珠光体转变的而对贝氏体转变影响下的元素。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 u低合金钢的发展低合金钢的发展（2）低碳索氏体型低合金钢低碳索氏体型低合金钢世界最大的水轮机世界最大的水轮机钢材具有良好的综合力学性能和焊接性能。高强钢用途及发展高强钢用途及发展 u低合金钢的发展低合金钢的发展（3）控制轧制钢的应用经常采用的规范经常采用的规范：“粗轧待温终轧”控制轧制工艺u低合金钢的发展低合金钢的发展（4）发展针状铁素体型低合金钢发展针状铁素体型低合金钢高强钢用途及发展高强钢用途及发展 针状铁素体型低合金钢合金化的主要特点主要特点

11、？研制针状铁素体型低合金钢的着眼点着眼点？高强钢焊接技术高强钢焊接技术u超超临界锅炉受热面管超超临界锅炉受热面管T92钢焊接技术钢焊接技术u长距离输气管道焊接技术长距离输气管道焊接技术u大型高炉和热风炉焊接技术大型高炉和热风炉焊接技术u厚壁加氢反应器焊接技术厚壁加氢反应器焊接技术超超临界锅炉受热面管超超临界锅炉受热面管T92钢焊接技术钢焊接技术vT92（NF616）简介）简介： 在T91基础上，对成分做了进一步完善改进、采用复合-多元的强化手段，适当降低Mo含量至0.30-0.60%、加入1.50-2.00%的W并形成以W为主W-Mo的复合固溶强化，加入N形成间隙固溶强化，加入V、Nb和N形成

12、碳氮化物弥散沉淀强化以及加入微量的B（0.001-0.006%）形成B的晶界强化，从而研制开发的新型铁素体耐热合金钢。此钢在日本称为NF616；现已纳入ASME SA-213标准。vT92钢的特性钢的特性： 耐热，耐高温，强韧性，抗高温蠕变性。v用途用途： 主要应用于电厂锅炉中的过热器和再热器，用于极苛刻蒸汽条件下的集箱和蒸汽管道（主蒸汽和再热热蒸汽管道）。同样也可用作为压力容器和核电高温受压件用钢。 v缺点缺点： 焊接性能差，易氧化起渣，产生裂纹等。超超临界锅炉受热面管超超临界锅炉受热面管T92钢焊接技术钢焊接技术焊接技术工艺焊接技术工艺v焊接材料的选择：焊接材料的选择： 焊丝型号：ER90

13、SG，规格直径2.4mm。 焊条型号：E9015G，规格直径2.5mm。v预热和保温：预热和保温： 预热温度100-200,层间温度150-250。v线能量控制：线能量控制： 22KJ/cm，焊道厚度控制：2-3mm，焊道宽度不超过焊材直径的3倍。v焊后热处理焊后热处理v焊接工艺特点焊接工艺特点SA213-T92钢焊接技术要点钢焊接技术要点v（1）焊前预热）焊前预热 预热从对口中心开始，每侧不少于焊接厚度的3倍，且不小于100mm。预热应采用中性焰加热，并不断均匀移动烘把，严禁火焰局部停止不动。预热过程中，应采用便携式红外线测温仪测温，并记录温度。预热温度控制为100200，达到规定的温度应恒

14、温3min后可开焊。层间温度应不低于预热温度，且不高于250。v（2）点固）点固焊接焊接 点固焊应与正式焊要求相同，采用直流正接法，并采用高频引弧装置。点固焊位置应在不影响视线便于操作处，长度不超过10mm，厚度不超过3mm。 点固焊时氩弧焊枪应提前氩，滞后断氩；电弧熄灭以后应继续对熔池进行氩气保护知道熔池冷却到看不到暗红色方可移开焊枪。 点固焊后应检查占焊质量，如有缺陷应立即清除，重新进行点固焊。点固焊将作为打底焊的一部分，因此必须保证熔合良好。v（3）打底焊接）打底焊接 焊接时铝箔纸应逐步揭开，揭一段焊一段，以确保管内气体保护效果。 打底过程中应密切注意焊枪的角度，使氩气流能充分保护熔池。

15、添加焊丝时，应注意沿一定的角度送人，切忌干扰氩气对熔池的保护。添丝完毕，焊丝头部不应立即脱离氩气的保护范围，以防高温部分被氧化。 打底焊应确保根部熔透和坡口边缘融合良好，要防止产生焊瘤或焊丝头，打底时应控制好电弧，焊枪摆动及送丝不均匀，不能靠送丝的力量来突出根部。打底层厚度一般为2.4-3mm。 打底焊结束应及时进行表面检查，确认无表面缺陷时再进行填充层焊接。（4）填充层焊接）填充层焊接 打底焊结束应及时进行加厚层焊接，为了防止烧穿和根层氧化，第二层仍采用氩弧焊工艺。随后的填充层焊条电弧焊采用2.5mm焊条施焊，控制焊层厚度不大于2.5mm，单层焊道摆动宽度不大于10mm，焊接线能量控制在22

16、KJ/cm以内。 施焊过程中应特别注意接头处，必须熔合良好，收弧时应待熔池填满后再收弧，防止产生弧坑裂纹。层间接头应错开。管子间距比较小的，焊接时应特别注意死角部位，防止因焊接角度不当引起未熔、气孔、咬边等缺陷。 层间的氧化物和药皮等杂质应使用磨光机打磨清理干净，不可用工具过重敲击焊缝，防止产生裂纹。确认无缺陷后方可进行下一层或下一道焊缝的焊接。v（5）盖面焊接）盖面焊接 盖面焊接前，检查填充层是否将坡口整体填满，一般以低于坡口平面1mm为宜。如果填充层焊缝超出坡口平面或不平整时，可进行适当的打磨或补焊，以保证焊缝表面成形美观。 盖面焊接时，若坡口较宽，应按照工艺要求进行多道焊，焊道厚度控制为

17、2-3mm，宽度小于等于8mm为宜，每一个焊道之间不允许有明显的沟槽。 盖面焊接时，要注意控制好熔池的温度，一般情况下坡口两侧停留时间是焊缝中心的两倍。 焊接位置困难时，盖面层焊接要遵循先焊困难位置，后焊容易位置的原则，以防影响盖面焊缝成型。v（6）焊后热处理）焊后热处理v1） 焊口施焊完毕冷却至室温后1h(待马氏体完全转变后)进行高温回火处理。v2） 焊后高温回火处理的具体方法和参数有：加热方法：采用远红外电加热；升降温速率：150/h；恒温温度：限定在（76010）；恒温时间：控制在1h（管子壁厚小于等于12.5mm时）；加热宽度：要求大于等于120mm；保温宽度：要求大于等于440mm；

18、保温厚度：限定在40-60mm。v3） 根据热处理管件的规格选择型号为WRNK-191型的热电偶：=2.5mm，L=1000mm分度号为“K”型，采用点固焊的方式固定，同时应采用隔离措施保证加热器的电阻丝不会干扰测温。热电偶必须布置在有代表性的焊口上，每炉不少于两点。v4） 加热器布置的宽度应比要求的加热宽度每侧多60-100mm,加热器的技术要求应符合火力发电厂焊接热处理技术规程DL/T819-2002中附录A的规定；加热范围内任意两点的温差不得超过20。v5） 开机前应仔细检查恒温温度、恒温时间、升降温速设定是否符合工艺要求；加热范围、保温层宽度、厚度是否符合工艺要求；热电偶的选择、安装方

19、法、位置、数量是否符合要求；加热器的选择、温度控制分区是否合理，连接线是否正确，警戒线警示牌是否悬挂，所有上述项目确认无误后方可开机。v6） 降温至300以下时，可不控制，在保温层内冷却至室温。v7） 热处理结束后应仔细检查热处理工件表面有无裂纹，热电偶有无损坏、位移，记录曲线与工艺卡上的工艺参数是否吻合，并签字确认。v8） 无损检测及焊接接头质量验收。焊后处理完成后，应委托检测单位进行无损探伤检验，经检验合格后，由焊接质量检查人员按工程验收程序进行焊接接头质量研究。焊接质量控制焊接质量控制v施工人员资格控制施工人员资格控制v坡口检查及环境要求坡口检查及环境要求v充氩装置检查充氩装置检查v对口

20、检查对口检查v充氩及检查充氩及检查v焊缝外观质量焊缝外观质量v焊缝无损检测焊缝无损检测v焊缝硬度检验焊缝硬度检验v焊接质量缺陷的预防及返修措施焊接质量缺陷的预防及返修措施SA213-T92钢焊接实例钢焊接实例 惠来电厂惠来电厂一期工程3、4号机组为21000MW超超临界燃煤发电机组（4号机组为该单位首台总承包的百万机组）。SA213-T92钢焊接实例钢焊接实例 工程濒临南海，风速较大，风力强劲，因此在强风中的施工措施需要高度重视，尤其是对高合金焊口的组合、焊前预热、焊接操作及焊后热处理的防风措施，施工方案及施工时机的选择都需要认真考虑。4号机组锅炉水压范围焊口约55000个，高空安装焊接工作量

21、大，热处理工作量大，需热处理的焊口总数约20000个，超过600MW超临界机组一倍以上。其屏式过热器、高温过热器、高温再热器等部件大都采用SA-213T92材质（见下表），仅前三个部件的焊口数量就达到3108个，具体见下表。SA213-T92钢焊接实例钢焊接实例1、SA213-T92钢焊接与热处理工艺原理钢焊接与热处理工艺原理 SA213-T92钢是在SA213-T91钢的基础上加入了1.7%的钨（W），同时钼（Mo）含量降低至0.5%，用钒、铌元素合金化并控制硼和氮元素含量的高合金铁素体耐热钢，通过加入W元素，显著提高了钢材的高温蠕变断裂强度。在焊接方面，除了有相应的焊接材料，并由于W是铁素

22、体形成元素, 焊缝的冲击韧性有所下降外，其余对预热、层间温度、焊接线能量，待马氏体完全转变后随即进行焊后热处理以及热处理温度、恒温时间两种钢的要求都比较相近。1.1 SA213-T92钢具有优良的常温及高温力学性能钢具有优良的常温及高温力学性能SA213 T92钢的主要化学成分（）SA213 T92钢常温机械性能SA213-T92钢焊接实例钢焊接实例1.2 SA213-T92钢中碳的含量保持在一个较低的水平是为了保证最佳的加工性能，高温蠕变断裂强度非常高，抗腐蚀性能好，提高了耐热钢的工作温度，减少了钢材的厚度，降低了钢材的消耗量，降低了管道热应力。1.3 用于替代电厂锅炉的过热器和再热器的不锈

23、钢，用于极苛刻蒸汽条件下的集箱和蒸汽管道，其热传导和膨胀系数也远优于奥氏体不锈钢。1.4 由于SA213-T92钢的含碳量低于T91 钢材，是低碳马氏体钢，须在马氏体组织区焊接，其预热温度和层间温度可以大大降低，据国外资料研究，通过斜Y型焊接裂纹试验法测定的止裂预热温度为100250。SA213-T92钢焊接实例钢焊接实例2、 SA213-T92钢焊接与热处理施工工艺要点钢焊接与热处理施工工艺要点2.1 焊接方法及材料 SA213-T92钢焊接工艺采用：TIG。焊丝采用MTS616, 型号为：ER90S-G，氩弧焊打底及填充第1层（道）时，为防止焊缝根部氧化，焊缝背面必须进行充氩保护。焊接工艺

24、参数见下表。SA213-T92钢焊接实例钢焊接实例2.2 对口前防风挡雨措施及检查2.2.12.2.92.3坡口制作2.3.12.3.42.4充氩装置设置2.4.12.4.42.5对口检查2.5.12.5.52.6焊口点固2.6.12.6.52.7焊前预热2.7.12.7.7SA213-T92钢焊接实例钢焊接实例2.8 充氩2.8.12.8.42.9 氩弧焊打底2.9.12.9.102.10 焊后自检2.10.12.10.22.11 焊后热处理2.11.12.11.6管道局部焊后热处理示意图SA213-T92钢焊接实例钢焊接实例管道局部焊后热处理控制参数示意图总结：工程质量优良率达100%，无

25、安全生产和质量事故发生，得到了各方的一致好评。长距离输气管道焊接技术长距离输气管道焊接技术X80 目前我国经济发展迅速，对石油天然气的需求日益旺盛。大直径管道作为石油天然气安全经济有效的输送途径之一，随着西气东送等大建设项目相继投入，国家已将其放在了优先发展的位置。为了降低管线建设和运营成本，提高管线安全性和可靠性，高压大口径管线用钢不仅要具有更高强度还要具有更高韧性，所以建设高压长距离输送管线是解决长时期、大规模运输天然气的主要措施，并且我国今后将在国外寻找油资源通过海运或管道输送至国内。长距离输气管道焊接技术长距离输气管道焊接技术X80vX80是高强度管线钢的美国分类型号。其最小屈服值（M

26、Pa）为551；vX80钢是目前世界管道中真正进入工程建设用的最高钢级，X80直径1219mm18.4mm螺旋缝焊管的研制成功，使我国在X80钢材的冶炼轧制、制管和焊接技术等方面取得了跨越式进展，并达到了西气东输二线工程建设技术要求。 X80钢的力学性能v特性特性： 高强度，良好的抗延性断裂能力。v焊接缺点焊接缺点： 焊缝区合金元素的保护和热影响区的脆化问题。X80管线钢对焊接的要求管线钢对焊接的要求 X80管线钢通过形变强化而使材料具有很高的强韧性。而且X80钢也是高度的洁净钢 ，因而该钢对焊接加工提出了特殊的要求，主要表现在主要表现在：如何防止焊接热影响区的晶粒粗化、局部软化与脆化，如何实

27、现焊缝金属的纯化与细化，如何选择焊接方法以及改进焊接工艺等。针对针对X80X80钢的性能和成分钢的性能和成分, , 国内开发国内开发出几种出几种焊接焊接X80X80钢的焊接工艺钢的焊接工艺： 一、采用碱性焊条手工焊条，根焊+ 自保护药芯半自动焊填充盖面工艺。 手工焊根焊采用焊接材料为E70s-6，直径4.0mm的碱性焊条, 填充盖面采用E81T8-Ni2自保护药芯焊丝, 直径2.0mm。坡口形式二、采用半自动焊根焊+ 自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面工艺。坡口形式 对于两种根焊方式, 均可选择ER70S-G的实心焊丝和E80C-Ni1的金属粉芯焊丝, 两种焊丝直径均为1. 2mm。三、采用全自动

28、焊工艺。几种方法中全自动焊工艺施工效率最高, 适用于平原及开阔地带的焊接施工。焊接材料选用ER70S-6实芯焊丝根焊和ER90S-G实芯焊丝填充盖面，直径1.0mm。采用U型坡口焊接技术工艺焊接技术工艺v焊前准备焊前准备v焊接过程焊接过程（预热及层间温度，根焊，热焊、填 充焊，盖面焊）v焊后清理及外观检验焊后清理及外观检验大型高炉和热风炉焊接技术大型高炉和热风炉焊接技术v高炉壳体的焊接高炉壳体的焊接 BB502钢：大、中型高炉炉壳专用钢，属高强度低合金钢。 应用领域：石油天然气管道。4350立方米高炉立方米高炉大型高炉和热风炉焊接技术大型高炉和热风炉焊接技术（1）横缝焊接工艺及接头力学性能）横

29、缝焊接工艺及接头力学性能 1）焊接材料及坡口形式 2）焊接工艺 3）焊接接头的力学性能（2）立缝电渣焊工艺）立缝电渣焊工艺 1） 焊接材料及坡口形式 2） 丝极电渣焊焊接工艺 3） 管状焊条丝极电渣焊焊接工艺（3）焊后清理和质量检验）焊后清理和质量检验（4）后热和焊后热处理）后热和焊后热处理大型高炉和热风炉焊接技术大型高炉和热风炉焊接技术热风高炉炉壳立缝的焊接热风高炉炉壳立缝的焊接 1）焊接材料及坡口形式 2）焊接工艺 3）焊后清理和质量检验厚壁加氢反应器焊接技术厚壁加氢反应器焊接技术超大型加氢反应器超大型加氢反应器1 结构和技术要求结构和技术要求厚壁加氢反应器焊接技术厚壁加氢反应器焊接技术2 制造过程制造过程超大型加氢反应器超大型加氢反应器厚壁加氢反应器焊接技术厚壁加氢反应器焊接技术材料验收下料成型坡口加工纵缝组对及焊接