锅炉元部件的焊接及工艺评定

主讲人董小文高级工程师锅炉压力容器评审员一级建造师13770554932锅炉元部件常用焊接方法焊接材料焊接人员焊接工艺评定焊接缺陷焊接质量检验锅炉监检（制造、安装、维修）对焊接工作监督检查要求第一节锅炉元部件常用焊接方法一、手工电弧焊•定义：利用焊条和工件之间产生的电弧热，将母材熔化，电焊条作为填充材料的一种焊接方法。•特点：设备简单、操作灵活，适合于任意空间位置，但生产效率低，劳动强度大，焊接质量的好坏很大程度上取决于焊工技术水平。•焊接保护：焊接过程，焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣，对熔池金属进行保护。•应用范围：在锅炉制造、安装、维修、改造中使用广泛。•二、埋弧自动焊•定义：埋弧自动焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。在焊剂层下，电弧在焊丝末端与焊件之间燃烧，熔化焊丝与母材。•特点：生产效率高，焊缝美观，焊接质量好，工人劳动强度低，但设备比较复杂，机动灵活性差，对焊口的坡口精度要求高，应用范围小，适合于长焊缝的焊接。•焊接保护：焊剂在电弧热的作用下熔化、蒸发，形成气体，与熔渣对焊缝金属起保护作用。•应用范围：主要在锅炉制造厂中锅炉汽包、集箱的纵环缝的焊接，水冷壁管鳍片焊接及锅炉钢架的焊接。三、气体保护焊•定义：可分为熔化极和非熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊有二氧化碳气体保护焊和熔化极氩弧焊（MIG），非熔化极气体保护焊有钨极惰性气体保护焊（TIG）。TIG是用钨棒作电极，氩气作保护气体和电弧介质，通过钨极与工件间的电弧热，熔化母材和焊丝的焊接方法。•TIG特点：工件变形小；可见度好，可全位置焊接；焊缝表面光滑，表面无熔渣，成形美观；适合于非铁金属及其合金焊接。但氩气成本高，焊前对焊件的清理要求严格。•焊接保护：氩气•应用范围：常用于锅炉受热面管的焊接，管道封底层的焊接。四、电渣焊•定义：利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热作为热源来熔化电极和工件而形成焊缝的一种焊接方法。（焊丝和引弧板之间产生电弧，使焊剂熔化成液态熔渣）•特点：适合于焊接大厚度工件并一次焊成；生产效率高，焊接材料消耗少（焊缝不开坡口，焊剂使用比埋弧焊少1/15）；焊缝质量较好，焊缝中气孔、夹渣和冷裂纹缺陷少。但电渣焊由于焊接速度缓慢，焊件在高温区域停留时间较长，热影响区过热段加宽，晶粒粗大，近缝区机械性能有一定程度下降，因此焊后一般要进行正火处理以改善其性能。•焊接保护：焊剂溶化成的液态溶渣。•应用范围：主要用在壁厚大于30mm锅筒纵焊缝焊接。火力发电厂焊接技术规程（DL/T869-2004）对承压管道的焊接方法有明确规定部件名称根部焊道其它焊道P≥10MPa、σ≤6mm的锅炉受热面管子TIGTIG/SMAWP≥10MPa、σ＞6mm管子和管件TIGTIG/SMAWP≥4MPa、t≥450℃的管道TIGTIG/SMAW再热蒸汽冷、热段管道及旁路TIGSMAW汽轮机、发电机冷却、润滑系统管道及燃油管道TIGTIG/SMAWP10MPa、σ≤6mm的中低压锅炉受热面管子TIGTIG/SMAW其它管道（非强制性要求）TIGSMAW《锅炉受压元件焊接技术条件》（JB/T1613-1993）相关规定•额定蒸汽压力P≥9.81MPa的蒸汽锅炉、集箱、管道、管子或其它管件的对接接头，手弧焊时应采用氩弧焊打底或其他能保证焊透的焊接方法，锅筒或集箱上的管接头的连接焊缝应尽量采用氩弧焊打底．第二节焊接材料焊接材料泛指焊接过程中的消耗性材料，包括电焊条、焊丝、焊剂（用于埋弧自动焊）、各种气体（氩气≥99.99%、氧气99.5%、乙炔气98%、二氧化碳99.8%）、钨棒(铈钨棒WCe-20,含氧化铈20%)等。本节主要介绍电焊条和焊丝。•一、电焊条•1、组成：由两部分组成：焊芯和药皮。•焊芯在焊接过程中主要起填充金属作用，熔敷金属的合金成分主要从焊芯中过渡。•药皮成份十分复杂，其主要作用是：稳弧作用；造气保护作用（保护电弧和熔池，防止空气进入熔池）；造渣保护作用（形成熔渣，保护焊缝金属，同时焊缝金属冷却速度减慢，有助于气体逸出，防止气孔产生）；脱氧，去硫、去磷作用；渗合金作用；套筒保护作用（形成熔渣套筒，使熔滴较好向熔池过渡，有利于全位置焊接，减少飞溅）。•按照焊条药皮中所含的氧化物不同可分为酸性焊条（含酸性氧化物）、碱性焊条（含碱性氧化物）。•酸性焊条药皮含有TiO2、MnO2、FeO、SiO2等氧化物，氧化性强、元素烧损量大，含氧、氮高，机械性能差，同时酸性渣，脱硫、磷能力差，抗裂性能差，但其工艺性好，对油、锈、水不敏感，抗气孔能力强，可用于交直流电源。•碱性焊条药皮中含有CaCO3、CaF2、MgCO3等化合物，脱氧、脱硫、脱磷能力强，机械性能和抗裂性较好，对油、锈、水敏感，易产生气孔，又因含CaF2，影响电弧稳定，只能用直流电源施焊。碱性焊条含氢量低，故又称低氢焊条。二、焊条型号的表示方法•碳钢焊条（GB/T5117）E×××וE-表示焊条，前两位数字××表示熔敷金属抗拉强度最小值（单位kgf/mm2）,第三位数字×表示焊接位置，“0”、“1”表示适用于全位置（平、横、立、仰）焊接，“2”表示适用于平焊和平角焊，“4”表示用于向下立焊。第三位和第四位数字组合，表示焊接电流种类及药皮类型。•例如：•E5015（J507）σb≥490MPa全位置焊接低氢钠型碱性直流反接•E4303（J422）σb≥420MPa全位置焊接钛钙型酸性交流，直流正、反接低合金钢焊条（GB/T5118）•符号E××××-×1-×2•符号中短横线前含意同低碳钢焊条，横线后×1表示熔敷金属化学成分分类代号，×2表示附加成分的元素符号。•例如：•E5515B2（R307）σb≥540MPa全位置焊接低氢钠型碱性直流反接含铬钼元素•E5515B2V（R317）σb≥540MPa全位置焊接低氢钠型碱性直流反接含铬钼钒元素•不锈钢焊条（GB/T983）•表示符号为E×-×-××-וE-表示焊条，第一位数字×表示熔敷金属中含碳量，“00”表示含C不大于0.04%；“0”表示含C不大于0.10%；“1”表示含C不大于0.15%；“2”表示含C不大于0.20%；“3”表示含C不大于0.45%。第二位数字×表示熔敷金属中含铬量的近似值；第三位数字×表示熔敷金属中含镍量的近似值；第四位数字×表示熔敷金属中其它重量合金元素；第五位数字×表示药皮类型，适用电流种类。•例如：•E0-19-10Nb-15（A137）（1Cr18Ni9Ti）含碳量不大于0.10%，含Cr量19%左右；含Ni量10%左右；全位置焊接低氢钠型碱性直流反接三、焊条的选用原则•碳钢焊条的选用：按照等强原则，即焊缝与母材强度相近选用。对不同强度级别的母材施焊，应选用强度级别较低的焊条。如：A3钢-E430320GE4315•低合金钢焊条的选用：对强度级别较低钢材，按等强原则选用；对强度级别较高的，尤其是要考虑高温性能的应按熔敷金属的化学成分与母材相近为原则。如：16MnRE5015；•12CrMoE5515-B1；15CrMoE5515-B2；12Cr1MoVE5515-B2-V；10CrMo910E6015-B3•不锈钢焊条的选用：依据熔敷金属的化学成分与母材相近为原则，以满足焊缝的耐腐蚀性能。例如：0Cr18Ni11Nb选用E0-19-10Nb-15（A137）；1Cr18Ni9选用E0-19-10-15。4、焊条的质量管理•1）、订货从本单位评定的合格供货方单位进货。•2）、验收：包装检验，包装是否符合有关标准，包装是否完好，有无破损、受潮等；质量证明书检验，有无质量证明书，提供的数据是否齐全，是否符合相关规定；外观检验，焊条识别标志是否清晰，药皮是否脱落，药皮是否偏心;成分和性能试验(按供货协议要求)。•3）、保管•应设有储存库进行存放，储存库应有适宜的温度的湿度，室内温度应在5℃以上，相对湿度不超过60%。焊条的堆放应分类(品种、型号及牌号、批号、规格)，并有明显的标识，应设置货架摆放焊条，货架距地面和墙面间距应大于300mm。•4）焊条的烤干•焊条的烤干规范参照焊接材料说明书要求确定。一般酸性焊条为75～150℃，烘干时间1～1.5小时；碱性焊条为350～400℃，烘干时间1～2小时,重复烘干次数不得超过3次。5）焊条的可追溯管理•焊条验收合格后，根据焊条质保书及其类别、规格和批号编制入库号，并做好记录，入库号与质保书一一对应。在焊条的存放、烤干、发放领用、回收、重复烤干、施工记录等均应做好入库号的传递，保证焊条全过程的可追溯性。•6)、焊条的质保期相关规定•（1）、焊接材料质量证明书或说明书推荐的期限；•（2）、酸性焊接材料及防潮包装密封良好的低氢型焊接材料为两年；•（3）、石墨型焊接材料及其他焊接材料为一年。•超过质保期的焊接材料，经有关职能部门复验合格后方可使用（外观及工艺性能试验）二、焊丝•分为实芯焊丝和药芯焊丝。实芯焊丝多为冷拨钢丝，药芯焊丝内含药粉。实芯焊丝适用于气焊、埋弧焊、电渣焊和气体保护焊。•实芯焊丝牌号表示方法：H××וH表示实芯焊丝，第一位数字×表示焊丝含碳量；第二位数字×表示合金元素符号，含量在符号后用数值表示，当含量小于1%时，后面数字可省略；第三位数字表示焊丝质量品级，符号为E表示高级优质品，含S、P量不大于0.025%。符号为A表示优质品，含S、P量不大于0.030%。不加符号表示含S、P量不大于0.040%。•如H08MnAH08CrMoVA等。•电力行业常用的氩弧焊丝有TIG-J50（碳钢）、TIG-R10（用于Mo钢）、TIG-R30（用于Cr、Mo钢）、TIG-R31（用于Cr、Mo、V钢）、TIG-R40（10CrMo910钢）。第三节焊接人员总的要求：蒸规要求：持证上岗，即按«锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则»要求进行考试合格，并取得焊工合格证后，方可从事考试合格项目范围内的焊接工作。•一、焊工考试项目表示方法•1、«锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则»焊工考试项目表示方法：①-②-③-④/⑤-⑥-⑦•①-焊接方法代号。•②-试件钢号分类代号。异种钢用×/×表示•③-试件形式代号，带衬垫代号加（K）•④/⑤-试件焊缝金属厚度/试件外径•⑥-焊条类别代号F1钛钙型03，F3J低氢型、碱性（15、16)•⑦-焊接要素代号手工钨极氩弧焊02常用的焊接方法及代号焊接方法代号（管理规则）代号（电力行业标准）手工电弧焊SMAWDs气焊OFWQs钨极气体保护焊GTAWWs（手动）Wz（自动）熔化极气体保护焊GMAWRz（自动）Rb（半自动）药芯焊丝电弧焊FCAWYz（自动）Yb（半自动）埋弧焊SAWMz（自动）电渣焊ESW常用钢材的分类及代号钢号钢材类别代号（管理规则）代号（电力行业标准）Q235、10、20、20g碳素钢ⅠA-Ⅰ16Mn、16MnR、15MnV低合金钢ⅡA-Ⅱ18MnMoNbg低合金钢ⅡA-Ⅲ12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV低合金钢ⅡB-Ⅰ（热强钢）12Cr2MoWVTiB12Cr3MoVSiTiB低合金钢ⅡB-ⅡCr5Mo、1Cr5Mo、Cr9Mo1马氏体钢ⅢB-Ⅲ0Cr13、1Cr17铁素体不锈钢ⅢC-Ⅰ1Cr13、2Cr13、马氏体不锈钢ⅢC-Ⅱ0Cr18Ni9、0Cr18Ni91Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢ⅣC-Ⅲ考试项目代号试件形式及位置代号（管理规则）板材对接平焊1G板材对接横焊2G板材对接立焊3G板材对接仰焊4G管材对接水平转动1G管材对接垂直固定2G管材对接水平固定（向上焊）5G管材对接水平固定（向下焊）5GX管材对接45º固定（向上焊）6G管材对接45º固定（向下焊）6GX管板角接水平转动2FRG管板角接垂直固定平焊2FG管板角接垂直固定仰焊4FG管板角接水平固定5FG管板角接45º固定6FG•例如：SMAW-Ⅱ-1G（K）-12-F3J•GTAW-Ⅰ-5G-3/60-02和SMAW-Ⅰ-5G（K）-5/60-F3J•GTAW-Ⅰ/Ⅱ-5FG-3/60-02和SMAW-Ⅰ/Ⅱ-5FG（K）-F3JF3J可焊F3