電站鍋爐壓力容器焊接(趙衛(wèi)東)課件

1、電站鍋爐壓力容器焊接主要內(nèi)容1、焊接術(shù)語2、電站鍋爐壓力容器常用焊接方法3、電站鍋爐壓力容器常用焊接材料4、焊接接頭的組成及分布特征5、焊接接頭的組織和性能主要內(nèi)容6、焊接應(yīng)力與變形7、焊接缺陷8、電站常用鋼材的焊接9、新型鋼材的焊接10、失效案例11、焊接管理一、焊接術(shù)語 1、焊接 通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的一種方法。 2、焊接接頭 兩個(gè)或兩個(gè)以上零件用焊接方法組合的接點(diǎn)。一、焊接術(shù)語 3、焊縫 焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分。 4、熱影響區(qū) 焊接過程中材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。 5、母材金屬 被焊金屬材料的統(tǒng)稱。

2、6、焊接方法 指特定的焊接方法，其含義包括該方法涉及的冶金、電、物理、化學(xué)、力學(xué)原則等內(nèi)容。 7、焊接材料 焊接時(shí)所消耗的材料（主要包括焊條、焊絲、焊劑、氣體等）的通稱。二、電站鍋爐壓力容器常用焊接方法 焊接方法分類： 熔化焊 釬焊 壓力焊二、電站鍋爐壓力容器常用焊接方法1、常用的焊接方法（1）焊條電弧焊（2）氬弧焊（3）埋弧自動(dòng)焊（4）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（5）電渣焊（6）等離子弧焊（1）焊條電弧焊焊條電弧焊示意圖 氬弧焊是以惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣體的一種電弧焊接方法。 氬弧焊根據(jù)電極是否熔化分為非熔化極氬弧焊及熔化極氬弧焊。 非熔化極氬弧焊（一般采用鎢極）包括手工鎢極氬弧焊和自動(dòng)鎢極氬弧焊。

3、 熔化極氬弧焊是以焊絲作為電極，多為自動(dòng)焊，也有半自動(dòng)焊。 鎢極氬弧焊的優(yōu)點(diǎn)： 適于焊接各種鋼材、有色金屬及合金；電弧穩(wěn)定、飛濺小，焊縫致密，成型美觀，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良。 電弧和熔池用氬氣保護(hù)，焊縫沒有渣殼覆蓋，熔池清晰可見，液態(tài)熔池容易控制，適用于全位置焊接和自動(dòng)化焊接。 鎢極氬弧焊的優(yōu)點(diǎn)： 電弧燃燒穩(wěn)定，熱量特別集中，焊接熔池及其熱影響區(qū)很小，容易控制焊接規(guī)范和操作質(zhì)量 ，焊接中變形也很小。 氣體保護(hù)效果好，焊接熱輸入量小，適合焊接電站鍋爐受熱面小管。 鎢極氬弧焊的優(yōu)點(diǎn)： 和電弧焊比較，焊縫特別純凈，一般不會(huì)出現(xiàn)氣孔夾渣缺陷，合金元素的燒損也少。 氬弧焊是一種低氫型的焊接方法。焊接耐熱鋼或低合

4、金高強(qiáng)度鋼時(shí)，焊接接頭的冷裂紋傾向比用焊條電弧焊焊接時(shí)低。 （4）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊示意圖 以二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣體的電弧焊接方法，叫二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（CO2氣體保護(hù)焊）。 CO2氣體保護(hù)焊以焊絲做一個(gè)電極，靠焊絲與工件之間產(chǎn)生的電弧熱熔化焊絲和工件，形成焊接接頭。 CO2氣體保護(hù)焊包括自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊。（5）電渣焊電渣焊示意圖 電渣焊是利用電流通過液體熔渣所產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法。 特點(diǎn)：焊縫一次成形。冷卻速度慢，焊縫組織粗大，焊接接頭沖擊韌性差，必須進(jìn)行焊后熱處理。一般采用正火加回火，以便恢復(fù)組織形態(tài)和細(xì)化晶粒，提高焊接接頭韌性。 （6）等離子弧焊 等離子弧又稱壓

5、縮電弧，可以用于焊接和切割各種金屬。 等離子弧焊可以手工焊，也可以自動(dòng)焊；可以填充金屬，也可以不填充金屬。 可以焊接碳鋼、不銹鋼、耐熱鋼、銅合金、鎳合金、鈦合金等。 常用于焊接高合金材料。2、焊接方法的選擇（1）制造過程中的主要焊接方法 埋弧焊、氬弧焊、焊條電弧焊、氣體保護(hù)焊等。（2）安裝過程中的主要焊接方法 手工鎢極氬弧焊、焊條電弧焊等。（3）檢修過程中的主要焊接方法 手工鎢極氬弧焊、焊條電弧焊等。 一般，小管用手工鎢極氬弧焊，大管用手工鎢極氬弧焊+焊條電弧焊三、電站鍋爐壓力容器常用焊接材料1、電焊條 （1）焊條的組成：焊芯藥皮 焊芯的作用：傳導(dǎo)焊接電流；作為填充金屬過渡到焊接坡口中，與熔化

6、的母材金屬一起形成焊縫。 焊芯由金屬材料制成，焊芯的材料可以是碳鋼、合金鋼或者其它合金，如鎳、銅、鋁等。 酸性焊條藥皮的主要成分是酸性氧化物和少量有機(jī)物，氧化性強(qiáng)，保護(hù)氣體是有機(jī)物；對(duì)油銹、水分不敏感；電弧穩(wěn)定性好，焊接工藝性能好；粉塵的毒害較??；脫氧不夠完全，焊縫中的硫磷雜質(zhì)比較多，焊縫金屬的沖擊韌性低，抗裂性較差；使用前烘焙溫度為70150，可以交直流兩用。 堿性焊條藥皮的主要成分是鹽（碳酸鹽等）和較多的鐵合金，氧化性弱，焊縫合金化的效果好，保護(hù)氣體是CO2；對(duì)油銹、水分敏感；脫氧充分，焊縫中的硫磷雜質(zhì)比較少，焊縫的力學(xué)性能好；電弧穩(wěn)定性較差，焊接工藝性能較差，抗裂性強(qiáng)，適用于合金鋼、高強(qiáng)

7、度鋼等重要結(jié)構(gòu)的焊接；粉塵的毒害較重；使用前烘焙溫度為350400，一般用直流電源。 按焊條的用途分類：結(jié)構(gòu)鋼焊條、鉬及鉻鉬耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、低溫鋼焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條 按焊接的母材分類：碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條 （3）焊條的型號(hào)與牌號(hào)： 型號(hào)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊條的統(tǒng)一規(guī)范編號(hào)。 牌號(hào)：焊條行業(yè)對(duì)焊條產(chǎn)品的商業(yè)廣告編號(hào)。 二者的關(guān)系：每一種焊條只有一個(gè)牌號(hào)，而每一類型號(hào)可包括多種牌號(hào)的電焊條。 焊條型號(hào)的表示方法： 碳鋼焊條 E (E4303、E5015) 低合金鋼焊條 E- （E55

8、15-B2-V） 不銹鋼焊條 E- （E308L-15、E310Nb-15） 焊條牌號(hào)的表示方法： 結(jié)構(gòu)鋼焊條 J(結(jié)) (J422、J507) 鉬及鉻鉬耐熱鋼焊條 R(熱) （R317） 不銹鋼焊條 Cr(鉻) A(奧) （Cr202、A137） 常用焊條牌號(hào)與型號(hào)對(duì)照： J422 E4303 J507 E5015 R317 E5515B2V R407 E6015B3 R817 E11MoVNiW-15 Cr207 E410-15 A137 E347-15 2、焊絲： （1）分類：焊絲分為實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲兩大類。 按照用途和對(duì)應(yīng)的焊接方法，可以將實(shí)芯焊絲分為：氣體保護(hù)電弧焊用焊絲、埋弧焊用

9、焊絲、氣焊用焊絲以及手工鎢極氬弧焊專用的填充焊絲四種。 （2）焊絲型號(hào)的表示方法： 氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲 ER-（） (ER55-B2-Mn) 埋弧焊用焊絲 H（） （H08MnA） 手工鎢極氬弧焊專用焊絲 TIG-或GTAW- （TIG-J50、TIG-R31） 電力行業(yè)專用手工鎢極氬弧焊絲有 TIG-J50 碳鋼 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 3、焊劑： 主要用于埋

10、弧焊，對(duì)熔池和焊縫金屬起保護(hù)作用，并可以滲合金。 埋弧焊的焊絲和焊劑要匹配使用，故焊劑沒有單獨(dú)的型號(hào)。 4、鎢極： 氬弧焊時(shí)的電極。 有純鎢、釷鎢和鈰鎢三個(gè)類型，現(xiàn)多用鈰鎢極。 5、保護(hù)氣體： 分為惰性、活性和混合氣體。 惰性保護(hù)氣體：Ar、He、N2 活性保護(hù)氣體：CO2（強(qiáng)氧化性） 混合氣體：Ar+He、Ar+H2、Ar+O2、Ar+CO2+O2、CO2+O2等 6、焊接材料的選用原則： （1）同質(zhì)材料焊接 選擇熔敷金屬的化學(xué)成份和力學(xué)性能與母材相當(dāng)?shù)暮覆?選擇熔敷金屬的化學(xué)成份與母材相近、力學(xué)性能與母材相當(dāng)?shù)暮覆?對(duì)于高溫使用的材料，優(yōu)先考慮高溫力學(xué)性能與母材的匹配 （2）異質(zhì)材料焊接

11、碳鋼和低合金鋼：熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度不低于強(qiáng)度較低一側(cè)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值。 熱強(qiáng)鋼、熱強(qiáng)鋼與低合金鋼：熔敷金屬的合金成份與較低一側(cè)母材相匹配或介于兩側(cè)母材之間。 （2）異質(zhì)材料焊接 高Cr鋼與熱強(qiáng)鋼、低合金鋼：熔敷金屬的合金成份與較低一側(cè)母材相匹配。 奧氏體與其它鋼材：設(shè)計(jì)溫度425時(shí)，采用Cr、Ni含量高于奧氏體母材的奧氏體型焊材；設(shè)計(jì)溫度425時(shí)，采用鎳基焊材。四、焊接接頭的組成及分布特征1、焊接接頭的組成 焊接接頭由焊縫熔合區(qū)熱影響區(qū)組成 2、焊縫 母材金屬和填充金屬在焊接熱源的作用下熔化而形成熔池，熱源離開后熔池中的液態(tài)金屬便冷卻而凝固，形成焊縫。 3、熔合區(qū)（不完全熔化區(qū)） 熔合區(qū)是

12、焊接接頭中焊縫與母材交接的過渡區(qū)域。 熔合區(qū)是焊接接頭中最復(fù)雜的一個(gè)區(qū)域。 熔合區(qū)的寬度一般只有0.10.5mm。 4、熱影響區(qū)過熱區(qū)相變重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)余高 熱影響區(qū)中各區(qū)的劃分 不易淬火鋼 （1）過熱區(qū) TS1100 （2）相變重結(jié)晶區(qū) 1100AC3 （3）不完全重結(jié)晶區(qū) AC3AC1 易淬火鋼 （1）淬火區(qū) TSAC3 （2）部分淬火區(qū) AC3AC1 （3）回火區(qū) AC1T回火5、焊接接頭的基本形式（1）對(duì)接接頭（2）角接接頭（3）搭接接頭（4）形接頭五、焊接接頭的組織和性能1、焊接熱循環(huán)的特征（1）加熱溫度高，過熱區(qū)接近Ts（2）加熱速度快，601000/s（3）高溫停留時(shí)間短

13、（4）冷卻速度快焊接熱循環(huán)示意圖13501100800500tht8/5 影響焊接熱循環(huán)的因素（1）焊接熱輸入量 與電流、電壓成正比，與焊接速度成反比（2）預(yù)熱溫度、層間溫度（3）結(jié)構(gòu)厚度和接頭型式（4）鋼材的導(dǎo)熱性2、焊縫的組織和性能（1）兩次結(jié)晶過程 一次結(jié)晶：液態(tài)固態(tài) 二次結(jié)晶：固態(tài)相變（2）偏析問題：在一次結(jié)晶中產(chǎn)生（3）二次結(jié)晶與冷卻速度 二次結(jié)晶的組織與冷卻速度密切相關(guān)，冷卻速度越快，低溫轉(zhuǎn)變的組織比例越大。（4）不同材料焊縫的組織和性能 低碳鋼和低合金鋼 組織：鐵素體珠光體 性能：強(qiáng)度較低，塑性、韌性高 耐熱鋼（含Cr2hA M300350SMAWTIG7507801001502

14、00250300t(h)F12鋼的焊接熱處理曲線 6、奧氏體不銹鋼的焊接 奧氏體不銹鋼是以鉻鎳為主要合金元素的高合金鋼，沒有固態(tài)相變，室溫組織為奧氏體，焊接性比較好。 但是也有問題，主要是： 焊接熱裂紋 應(yīng)力腐蝕裂紋 奧氏體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)： 焊接方法：氬弧焊或電弧焊 焊接參數(shù)：小規(guī)范。不需預(yù)熱，層間溫度盡可能低（100以下為宜），焊后快速冷卻，不需熱處理 操作：短弧、不擺動(dòng)、層間仔細(xì)清理，接觸腐蝕介質(zhì)一側(cè)的焊縫要最后焊接 若有特殊要求進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)做固溶處理，至少應(yīng)做穩(wěn)定化處理。九、新型鋼材的焊接1、新型鐵素體鋼的焊接 T/P91是在9Cr-1Mo鋼的基礎(chǔ)上加入V、Nb等微量合金改良出

15、的一個(gè)新鋼種，其59310萬小時(shí)的持久強(qiáng)度達(dá)到100MPa；T/P92是在TP91鋼的基礎(chǔ)上加1.52.0%的W，降低Mo含量，增強(qiáng)固溶強(qiáng)化效果而成的，600許用應(yīng)力比T/P91高30。 T/P91和T/P92現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于超臨界和超超臨界機(jī)組的鍋爐受熱面、聯(lián)箱和管道。（1）焊接性分析 這類鋼材雖然合金含量較高，但是由于嚴(yán)格控制了雜質(zhì)元素，且晶粒細(xì)化，其焊接性不能用一般的碳當(dāng)量來進(jìn)行評(píng)估。 這類鋼焊接的主要問題是焊接冷裂紋、焊縫韌性低、熱影響區(qū)軟化及型裂紋。對(duì)熱裂紋和再熱裂紋均不敏感。 冷裂紋 具有一定的冷裂紋傾向，焊接時(shí)必須采取一些必要的預(yù)防措施。 預(yù)熱溫度：氬弧焊150200 電弧焊20

16、0250 層間溫度： 250 嚴(yán)格控制焊縫的含氫量 減少焊接缺陷，降低焊接接頭的殘余應(yīng)力 焊縫金屬韌性低 韌性低主要是冶金原因造成的，無法細(xì)化晶粒，不具備細(xì)晶強(qiáng)韌化的條件 。 解決辦法： a)選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒ǎ寤『?、電弧焊?b)選擇專用焊接材料(強(qiáng)度、韌性、塑性） c)嚴(yán)格控制預(yù)熱和層間溫度 d)采用小規(guī)范焊接（控制焊層厚度） e)按規(guī)定的溫度和恒溫時(shí)間進(jìn)行熱處理。 熱影響區(qū)軟化及型裂紋 通過熱處理強(qiáng)化的鐵素體鋼，由于低于臨界溫度的回火作用或在臨界溫度范圍內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)的變化，在HAZ 外端的硬度會(huì)下降，形成軟化帶。 P91 這類鐵素體耐熱鋼在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行中，往往在焊接接頭的軟化區(qū)發(fā)現(xiàn)裂紋。

17、英國(guó)人按裂紋產(chǎn)生位置分類方法，稱這種裂紋為型裂紋。 解決辦法：采用小規(guī)范，盡力使熱影響區(qū)軟化帶變得窄一些，利用拘束強(qiáng)化作用，減小軟化帶的影響。 （2）焊接工藝要點(diǎn)P91鋼的焊接熱處理曲線 2、新型奧氏體鋼的焊接 Super304H、TP347HFG、HR3C鋼的焊接技術(shù)難點(diǎn)： 焊接接頭有應(yīng)力腐蝕裂紋傾向； 焊縫接頭有熱裂紋傾向； 焊接接頭的時(shí)效和相脆化； 大量的異種鋼焊接問題； 解決思路：小規(guī)范焊接（1）焊接Super304H 、HR3C鋼的主要問題是容易出現(xiàn)焊接高溫裂紋。為了防止焊縫發(fā)生高溫裂紋采用如下焊接工藝： 采用全鎢極氬弧焊，封底焊管內(nèi)充氬保護(hù)。 嚴(yán)格控制焊接熱輸入采用多層多道焊。 層

18、間溫度控制在不大于100。 （2）焊接Super304H、HR3C鋼還有應(yīng)力腐蝕裂紋的問題。為防止應(yīng)力腐蝕裂紋，應(yīng)盡量降低焊接接頭的殘余應(yīng)力水平，并在焊接后對(duì)焊縫和熱影響區(qū)采取有效的防腐蝕措施。 另外，冷彎加工后，應(yīng)對(duì)彎頭進(jìn)行固溶處理，防止腐蝕開裂。 （3）相脆化問題需要通過正確選擇焊接材料來解決。十、失效案例1、水冷壁2、包墻3、頂棚4、屏過5、再熱器（一）水冷壁失效（1）（一）水冷壁失效（2）（一）水冷壁失效（3）（一）水冷壁失效（4）（二）包墻管失效（1）（二）包墻管失效（2）（二）包墻管失效（3）（三）頂棚管失效（三）頂棚管失效（四）屏過失效（1）（四）屏過失效（2）（四）屏過失效（3）（五）再熱器管失效十一、焊接管理1、焊接工藝文件2、焊工資質(zhì)3、焊接材料4