15CrMo低合金耐热钢电站高压锅炉受热管对接焊接.docx

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15CrMo低合金耐热钢电站高压锅炉受热管对接焊接

电站高压锅炉受热管对接焊接

一、母材技术状况

15CrMo钢系珠光体组织低合金耐热钢，在高温下具有较高的热强性（δb≥420MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氢腐蚀能力。

其交货状态为正火+回火。

由于钢中含有较高含量的Cr、Mo、C和其它合金元素，钢材的淬硬倾向较明显，焊接性差。

广泛应用于石油化工、电力等行业，常用来制造蒸汽导管、石油管道等特殊部件。

15CrMo钢的化学成分见表1，15CrMo钢的热处理参数见表2。

钢号

标准号

化学成分（％）

C

Mn

Si

P

S

Mo

Cr

15CrMo

GB/T3077-1999

0.12～0.18

0.4～0.7

0.17～0.37

≤0.035

≤0.035

0.4～0.55

0.8～1.10

表115CrMo钢的化学成分w（%）

表215CrMo钢的热处理参数

钢号

标准号

标准规定的热处理

正火或淬火温度/℃

回火温度/℃

保温时间/h

15CrMo

GB6654-1996

正火+回火

930～960

680～720

周期式炉≧2h

连续炉≧1h

二、焊接材料选择及技术状况

CO2气体保护焊时，焊丝中的Cr、Mo、V基本不烧损，而Mn、Si烧损较严重，故应选用Mn、Si含量高于母材的焊丝，根据GB/T8110-1995《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》，故选用焊丝牌号为H08CrMnSiM。

焊丝直径为Φ1.2实心焊丝，保护气体为二氧化碳气体，根据标准HG/T2537的规定，纯度≧99.5%。

CO2焊主要用于焊接低碳钢及低合金钢等黑色金属。

对于不锈钢，由于焊缝金属有增碳现象，影响抗晶间腐蚀性能。

所以只能用于对焊缝性能要求不高的不锈钢焊件。

此外，CO2焊还可用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的焊补以及电铆焊等方面。

目前CO2焊已在汽车制造、机车和车辆制造、化工机械、农业机械、矿山机械等部门得到了广泛的应用。

三、焊接设备及工具

焊接设备：

焊机型号NB—250，名称半自动CO2焊机。

焊接工具：

电焊钳，焊接电缆；焊工手套，面罩，绝缘胶鞋，工作服。

辅助工具：

角向磨光机，錾子，钢丝刷，锉刀，烘干箱，焊条保温筒，敲渣锤和焊缝万能量规。

四、焊前准备

1、焊工资格鉴定：

凡参加焊接的焊工须按劳动人事部颁发的《锅炉压力容器考试规则》及已经评定合格的焊接工艺进行培训，持有效的合格证方能上岗。

2、焊丝使用前，必须清除锈斑和油物，并露出金属光泽。

3、必须根据焊接位置、接头形式和作业效率等选择合适的焊接辅助装置。

对焊机及附属设备严格进行检查，应确保电路、水路、气路及机械装置的正常进行。

4、焊缝的坡口形式及尺寸可根据GB/T985-88《气焊、手工焊电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形状与尺寸》，并结合具体工况条件确定，如图1所示。

焊接前，应将坡口及坡口周围10～20mm范围内必须保持清洁，不得有影响焊接质量影响的铁锈、油污、水和涂料等异物。

技术要求

焊接方法：

二氧化碳气体保护焊；坡口形式：

V型坡口，单侧坡口30°；钝边0.5-1mm；加工方法：

用坡口加工机加工；试件材质：

15CrMo低合金耐热钢。

如图1装配尺寸

五、焊接工艺参数

根据标准JB/T9186-1999《二氧化碳气体保护焊工艺规程》基本准则及要求对焊接工艺参数做了如下规定：

1、焊丝直径：

焊丝直径为Φ1.2mm，随着焊丝直径的增大，飞溅颗粒相应增大。

2﹑焊接速度：

焊接速度应能满足不同种类钢材对焊接线能量的要求，通常焊速在30～60（cm/min）。

3、焊丝伸出长度：

焊丝伸出长度与焊丝直径、焊接电流及焊接电压有关。

大约等于焊丝直径的10倍，。

伸出长度太大，电弧不稳，难以操作，同时飞溅较大，焊缝成形恶化，甚至破坏保护而产生气孔。

相反，焊丝伸出长度过小时，会缩短喷嘴与焊件间的距离，飞溅金属容易堵赛喷嘴。

同时，还妨碍观察电弧，影响焊工操作。

短路过渡焊接时采用的焊丝都比较细，因此焊丝伸出长度对焊丝熔化速度的影响很大。

4﹑电源特性：

直流反极性。

这时电弧稳定，飞溅小，焊缝成形好。

并且焊缝熔深大，生产率高。

5、保护气流量：

保护效果不好，就会有气孔，焊缝成形变坏。

保护气体流量范围为6～15L/min。

6、焊接电流：

焊接电流是重要的焊接参数，是决定焊缝厚度的主要因素。

电流大小主要决定于送丝速度，在保证母材焊透又不致烧穿的原则下，根据母材厚度、接头形式以及焊丝直径正确选择焊接电流。

电流范围在90～150A。

7、电弧电压：

电弧电压必须与焊接电流合理的匹配，电弧电压在19～23V之间。

提高电弧电压，可以显著提高焊缝宽度。

如果电弧电压选得过高，则无论其它参数如何选择，都不能得到稳定的短路过渡过程。

六、焊接确定（根据标准JB/Z286-87《二氧化碳气体保护焊工艺规程》）

1、定位焊：

采用三点定位法焊接，定位焊缝长10mm；装配间隙2～3mm；错边量不大于0.5mm。

（见图2）

图2水平固定管装配和定位焊示意图

2、打底层：

沿焊管的中心线将管子分成左右两个半周焊接，先沿逆时针方向焊右半周，后沿顺时针方向焊后半周，引弧和收弧部位要超过管中心线5~10mm。

焊管轴线与水平面平行，并固定在远离地面一定距离的工装上。

间距小的一段在下面，采用灭弧法（见图3）从该端开始向上焊接（即从6点钟方向起焊，12点钟方向止焊），并时刻注意焊条的角度变化（见图4）。

焊后半圈前，现将6点和12点处的焊缝始末端磨成斜坡形，长度在10~20mm。

在打磨区域中过6点引弧，引弧后拉回到打磨去开始焊接，在收弧处应焊过打磨区域再收弧。

图3灭弧法焊接的要点

图4运条方向与角度

3、填充层：

在填充层焊接前，应将打底层焊缝表面飞溅及焊渣清理干净，并用角磨机将接头凸起处打磨平整，调整好焊接参数后，即可进行焊接。

焊填充层时焊条在熔池1/2处左右摆动，采用月牙形或“之”字形（见图5）。

焊条在焊缝两侧应稍作停留，在中央部位应略快点，摆动幅度应参照前层焊缝的宽度。

图5水平管对接时填充层焊条的摆动

4、盖面层：

焊前将填充层表面焊缝清理干净，盖面层焊接操作方法与填充层相同，但焊横向摆动幅度应大于填充层。

保证熔池深入坡口每侧边缘棱角0.5~1.5mm。

电弧在坡口边停留的时间稍短，电弧回摆速度要缓慢，焊后后半圈接头处操作如图6所示。

图6填充层操作示意图

七、其它

1、焊前预热（根据标准ISO13916:

1996）

（1）根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束程度、焊接方法和焊接环境等综合考虑预热要求。

预热温度见下表3。

表3预热温度

钢材

预热温度

备注

15CrMo

150-250

小于0度取上限

（2）预热方法宜采用电加热、红外线等方法，也可采用火焰加热，用火焰加热时，火焰不应直接触及焊道坡口，预热升温应缓慢均匀，防止局部过热。

应采用触点式温度计，采点应均匀分布。

（3）焊接焊口时应一次连续焊完。

底层焊道完成后应立即进行下一层的焊接，如中间中断，应立即进行后热处理，再焊接时应对焊缝进行检查，确认无裂纹等缺陷后方可施焊。

2、焊后热处理

焊后立即进行热处理，焊后处理目的是为了减少残余应力，获得所需要的性能。

热处理工艺规定如下：

（1）采用电加热法

（2）升、降温速度按≤220℃/h控制，降温过程中，温度在300℃以下可不控制。

（3）热处理温度及恒温时间见下表3。

表3热处理温度及恒温时间

钢种

热处理温度（℃）

恒温时间（h）

15CrMo

670～700

1h

（4）热处理的加热宽度，从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的3倍，且不小于60mm。

（5）热处理的加热宽度，从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的5倍，且不小于100mm，以减小温度梯度。

（6）热处理的加热方法，要力求内外壁和焊缝两侧温度均匀，恒温时在加热范围内任意两测点间的温差要低于50℃。

（7）热处理的测温必须准确可靠，要采用自动温度记录，所用仪表、热电偶及其附件，要有计量标定。

（8）进行热处理时，测温点要对称布置在焊缝中心两侧，且不得少于两点，水平管道的测点要上下对称布置。

（9）要作热处理记录和标记。

八、焊接质量检验（根据标准JB/T4709-2007规定）

1、焊缝外观检查（根据标准ISO17637:

2003《熔化焊接头外观检测》）

焊缝边缘要圆滑过渡到母材，焊缝外形尺寸要符合设计图样和工艺文件的规定，焊缝高度不低于母材表面，以0～2mm为宜，焊缝及其热影响区表面无裂纹、夹渣、弧坑和气孔，咬边深度≤0.5mm，管子焊缝两侧咬边总长度不超过管子周长的20%，且不超过40mm，受热面管子要进行通球试验。

2、无损探伤检查（根据标准GB/T12605-90和GB/T15830-1995规定）

（1）进行探伤的焊缝表面的不平整度应不影响探伤评定；

（2）无损探伤应在焊接完24h以后进行；

（3）射线探伤按GB3323-87《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》标准评定，一类焊缝Ⅱ级合格，二类焊缝Ⅲ级合格；超声波探伤按GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》标准评定，一类焊缝BⅠ级合格，二类焊缝BⅡ合格。

表4焊缝无损检测检查率表

焊缝类别

一类

二类

超声波探伤检查率%

100

100

射线探伤检查率%

25

10

（4）在焊缝局部探伤时，如发现有不允许的缺陷时，应在缺陷方向或在可疑部位作补充探伤，如经补充探伤仍发现有不允许缺陷，则应对该焊工在该条焊缝上所施焊的焊接部位或整条进行探伤。

（5）无损探伤的检测结果须在检验完毕后48h内报送监理人；

（6）监理人查核检验结果后，或根据焊接工作的情况，有权要求增加检验项目，包括采用着色渗透或磁粉探伤等。

监理人有权要求焊后复检。

无损探伤的结果若有不合格时，除对不合格焊缝进行返修外，尚要从该焊工当日的同一批焊接接头中增做不合格焊口数的加倍扩探，若扩探仍有不合格的，要对该焊工焊接的全部对接接头做探伤检查。

3、硬度检查（根据标准ISO9015-1:

2001《金属材料焊缝的破坏性试验》规定）

合金钢管子热处理后需作焊缝的硬度测试，一般不超过母材布氏硬度HB加100，且HB≤270，但对经焊接工艺评定，且具有与焊接工艺指导书规定相符的热处理自动记录曲线图的焊接接头，可免去硬度测定。

热处理自动记录图异常的要做硬度值抽查。

被查部件的硬度值超过规定范围时，要按班次做加倍复验并查明原因，对不合格接头重新做热处理。

九、焊缝缺陷处理（根据标准JB/T4709-2007《压力容器焊接规程》）

1、外观缺陷返修：

焊缝的外观检测发现有裂纹、未熔合等超过标准的表面缺陷时，必须用砂轮机将缺陷磨去，经MT或PT检查确认缺陷已经被清除后，再对缺陷处进行表面修补。

修补的焊接工艺与正式的焊接同部位的焊接工艺相同，修补完成后，必须重新进行外观检查。

2、内部缺陷返修：

焊缝的内部质量发现有超过标准的缺陷时，应进行分析，找出原因，制定措施，经监理人同意后，进行返修。

返修后的焊缝，应进行外观检测和无损检测。

焊缝内部缺陷用碳弧气刨或砂轮机将缺陷清除，确认缺陷已经消除后，方可焊补。

返修后的焊缝，应用射线探伤或超声波探伤复查，同一部位的返修次数不宜超过2次，超过2次补焊时，应制定可靠的技术措施，按JB4708规定进行焊接工艺评定，并经施工单位技术负责人批准，方可焊补，并作记录。

焊缝返修工艺流程如图5所示。

表5焊缝返修工艺流程

十、安全技术措施（根据标准ISO17846:

2004和ISO15012-1:

2004等）

焊接场所周围10米之内不得有易燃物品。

氮气瓶、氧气瓶和氩气瓶不得混放，不得靠近火源，不得在阳光下爆晒。

焊前应认真检查焊接设备是否良好接地，防止高频电流危害焊工，防止触电事故发生。

焊接及切割时，必须穿绝缘鞋，焊把绝缘性能应良好，焊接区应有良好的通风设备。

焊工必须按规定穿戴好劳保防护用品。

高空作业时，焊工要系好安全带，电缆不得缠在身上，并应装配接火盘，下方不得有易燃易爆物品，高空氩弧焊时，不得使用高频引弧。

作业场所要备有消防器材及设施，一旦发生火情，首先切断电源。

十一、参考文献

1、曹长霞主编.特种焊接技术.北京：

机械工业出版社，2009

2、唐迎春主编.焊接质量检测技术.北京：

中国人民大学出版社，2012

3、李志远主编.先进连接方法.北京：

机械工业出版社，2000

4、许志安主编.焊接实训.北京：

机械工业出版社,2008

5、英若采主编.熔焊原理及金属材料焊接.北京：

机械工业出版社,2013

6、张帅谋主编.国际焊接标准解读与贯彻.安徽机电职业技术学院出版社，2013

7、压力容器相关标准汇编（上、下卷）【M】北京：

中国标准出版社，2006第四版

8、陈祝年.焊接工程师手册【M】.北京：

机械工业出版社，2002

9、中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册.北京：

机械工业出版社，2007

十二、总结

虽然课程设计只有短短一周，但我在张老师的细心指导下，顺利的完成了本次的设计任务。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

通过这次焊接方法与设备设计，我在多方面都有所提高。

通过这次设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次焊接标准的应用工艺设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了焊接方法与设备等课程所学的内容，掌握设计的方法和步骤，掌握设计的基本的技能，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢我们的张老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次焊接方法与设备设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。

而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。