DZL29型锅炉锅筒的焊接工艺.docx

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DZL29型锅炉锅筒的焊接工艺

摘要

确定了最佳的焊接工艺参数锅炉设备的

关键词：

锅炉；焊接质量；锅筒；焊接工艺

ABSTRACT

Weldingprocessasthekeypartofboilerequipmentmanufacturingprocess,itsperformanceandreliabilityofthepressurepartstoagreatextent,determinesthesafetyandreliabilityoftheboiler.Onlyaccordingtothenationalstandard,determinethebestweldingprocessparameters,toensuretheweldingqualityofboilerequipment,weldingjointsconformtotheproducttechnicalperformanceandthecorrespondingconditionsofuserequirements.Whenconsideringequipmentmanufactureoftheboilerefficiency,throughtothematerialselectionofboiler,andassessmentofboilerpressurepartsforweldingprocessandexperiment,thefeasibleweldingmethods,parameters,etc.,finallycarriesontheweldingprocedurespecification.MakeDZL29-1.6/130/70-AⅡtypeboilerweldingqualityofmainpressurepartsmeettherequirementsofdesignandrelevantcodes,standards,toensurethesafetyoftheproduct.

Keywords:

Boiler；WeldingQuality；Boilerbarrel；WeldingTechnology

第一章绪论

1.1锅炉的研究背景1

1.2锅炉概述1

1.3锅炉的分类2

1.4锅炉的型号6

1.3DZL锅炉的结构及工作原理11

1.3.1DZL锅炉的结构11

1.3.2DZL锅炉的工作原理11

1.3.3DZL29-1.6/130/70-AⅡ型锅炉的主要参数12

1.4热水锅炉的研究意义12

第2章锅炉材料的选用

2.1DZL锅炉材料的选用及性能分析14

2.2焊接材料的选用及性能分析16

2.3锅炉材料的焊接性分析17

第3章锅炉受压元件焊接工艺评定及实验

3.1焊接工艺评定意义19

3.2焊接工艺评定的项目19

3.3焊接工艺评定试验19

3.3.1实验项目19

3.3.2焊接工艺评定试验方法20

3.4焊接工艺评定报告21

第4章焊接工艺规程编制

4.1焊前准备22

4.2焊接工艺设计22

4.2.1锅筒纵环缝的焊接22

4.2.2管板组合焊缝的焊接23

4.3焊接参数的确定24

4.3.1电弧焊的焊接参数24

4.3.2埋弧焊的焊接参数25

4.5焊后热处理26

4.6焊接工艺卡的编制27

第五章焊接质量的检验

5.1外观检验32

5.2内部检验32

5.3无损检测32

5.4力学性能检验33

5.5水压试验35

结语36

参考文献37

致谢39

第一章绪论

1.1锅炉的研究背景

近年来，热水锅炉的研究越来越深入。

目前，国内的燃煤锅炉占有较大比例。

其最主要的是原因是我国煤炭的储量相对石油、天然气较多，因此价格上有一定的优势。

然而，燃煤锅炉的热效率较低，燃烧技术较为复杂，燃烧产生的SO2，CO，NO2和烟尘成为北方城市冬季大气主要污染之一。

燃煤热水锅炉在保证良好的燃烧条件下，发热值高，这使得燃煤锅炉趋于小型化和实现燃烧自动化，给操作和管理人员提供了一个良好的工作环境，也极大地减轻了他们的劳动强度。

近年来，由于轻便、灵活、环保、安装调试方便等优点，煤热水锅炉得到了广泛地发展和应用。

众所周知，燃煤热水锅炉的安全性是一个不容忽视的问题，燃煤热水锅炉研究的工程背景也是生产发展的重要项目。

锅炉作为一种特殊的高温高压容器,在热能动力方面发挥着越来越重要的作用。

锅炉已被广泛的应用到各行各业和人们的日常生活中，在广泛应用的同时，锅炉作为一种温度高,压力大同时有爆炸危险的危险容器，就需要我们能够提高警惕、加强安全生产的质量，在利用它的同时又能避免发生事故。

锅炉的安全性能高低,直接影响到企业的安全稳定发展和人民的生命财产安全。

因此加强锅炉安全生产对于企业和人民的发展都有着重要的意义。

锅炉在使用过程中必须要求安全、稳定、长期地运行,否则一旦发生故障,就可能造成不可挽回的安全事故和经济损失。

本文在强调锅炉安全重要性的同时,分析了影响锅炉安全因素。

1.2锅炉概述

锅炉是一种利用燃料燃烧放出的热，通过金属壁面将水加热产生蒸汽的设备，从而把燃料的化学能转变为热能。

锅炉是由锅和炉两大部分组成。

锅是装水的容器，由锅筒和许多钢管组成；炉是燃料燃烧的场所。

燃料在炉内燃烧产生的高温烟气，借导热、对流和辐射三种换热的形式，将烟气的热量传给锅中的水而产生蒸汽。

从能源利用的角度看,锅炉是一种能源转换设备。

在锅炉中,一次能源（燃料）的化学贮藏能通过燃烧过程转化为燃烧产物（烟气和灰渣）所载有的热能,然后又通过传热过程将热量传递给中间载热体（水和蒸汽）,依靠它将热量输送到用热设备中去。

1.3锅炉的分类

1按用途分类

（1）电站锅炉

用于发电，大多为大容量、高参数锅炉，火室燃烧，效率高，出口工质为过热蒸汽。

（2）工业锅炉

用于工业生产和采暖，大多数为低压、低温、小容量锅炉，火床燃烧居多，热效率较低，出口工质为蒸汽的称为蒸汽锅炉，出口工质为热水的称为热水锅炉。

（3）船用锅炉

（4）机车锅炉

（5）注汽锅炉

用于油田对稠油的注汽热采，出口工质一般为高压湿蒸汽。

2按结构分类

（1）火管锅炉

烟气在火管内流过，一般为小容量、低参数锅炉、热效率低、但结构简单、水质要求低、运行维修方便。

（2）水管锅炉

汽水在管内流过，可以制成小容量、低参数锅炉，也可以制成大容量、高参数锅炉。

电站锅炉一般均为水管锅炉、热效率高、但对水质和运行水平的要求也较高。

3按循环方式分类

（1）自然循环锅筒锅炉

（2）多次强制循环锅筒锅炉

（3）低倍率循环锅炉

（4）直流锅炉

（5）复合循环锅炉

4按锅炉出口工质压力分类

（1）低压锅炉一般压力小于1.275MPa

（2）中压锅炉一般压力为3.825MPa

（3）高压锅炉一般压力为9.8MPa

（4）超高压锅炉一般压力为13.73MPa

（5）亚临界压力锅炉一般压力为16.67MPa

（6）超临界压力锅炉一般压力为22.13MPa

5按燃烧方式分类

（1）火床燃烧锅炉

主要用于工业锅炉，包括固定炉排炉、往复炉排炉等。

（2）火室燃烧锅炉

主要用于电站锅炉，燃用液体燃料、气体燃料和煤粉的锅炉均为火室燃烧锅炉。

（3）沸腾炉

送入炉排空气流速较高，使大颗粒燃煤在炉排上面的沸腾床中翻腾燃烧，小颗粒燃煤随空气上升并燃烧。

6按所用燃料或能源分类

（1）固体燃料锅炉，燃用煤等固体燃料。

（2）液体燃料锅炉，燃用重油等液体燃料。

（3）气体燃料锅炉，燃用天然气等气体燃料。

7按排渣方式分类

（1）固态排渣锅炉

（2）液态排渣锅炉

8按炉膛烟气压力

（1）负压锅炉：

炉膛压力保持负压，有送、引风机，是燃煤锅炉主要型式。

（2）微正压锅炉：

炉膛表压2—5KPa，不需引风机，易于低氧燃烧。

9锅筒布置分类

（1）单锅筒

（2）双锅筒

10余热锅炉：

利用冶金、石油化工等工业的余热作热源。

11原子能锅炉:

利用核反应堆所释放热能作为热源的蒸汽发生器。

12废热锅炉：

利用垃圾、树皮、废液等废料作为燃料的锅炉。

13其它能源锅炉：

利用地热、太阳能等能源的蒸汽发生器或热水器。

14按级别分类

A级锅炉：

额定工作压力（表压，下同）P≥3.8MPa的锅炉，包括：

（1）超超临界锅炉:

P≥27.0MPa或额定出口温度≥590℃的锅炉

（2）超临界锅炉:

22.1MPa≤P＜27.0MPa

（3）亚临界锅炉:

16.7MPa≤P＜22.1MPa

（4）超高压锅炉:

13.7MPa≤P＜16.7MPa

（5）高压锅炉:

9.8MPa≤P＜13.7MPa

（6）次高压锅炉:

5.4MPa≤P＜9.8MPa

（7）中压锅炉:

3.8MPa≤P＜5.4MPa。

B级锅炉

（1）蒸汽锅炉：

0.8MPa＜P＜3.8MPa或额定蒸发量＞1.0t/h

（2）热水锅炉：

额定出水温度≥120℃或额定热功率＞4.2MW

（3）有机热载体锅炉

①使用气相有机热载体的锅炉

②液相有机热载体锅炉:

额定热功率＞4.2MW

C级锅炉：

除D级锅炉外的下列锅炉

（1）蒸汽锅炉:

额定工作压力≤0.8MPa且额定蒸发量≤1.0t/h的蒸汽锅炉

（2）热水锅炉:

额定出水温度＜120℃且额定热功率≤4.2MW

（3）液相有机热载体锅炉:

额定热功率≤4.2MW

D级锅炉

（1）蒸汽锅炉：

设计正常水位时水容积≤50L且额定工作压力＜0.8MPa

（2）汽水两用锅炉:

额定工作压力≤0.04MPa且额定蒸发量≤0.5t/h的锅炉

E仅用自来水加压的热水锅炉且出水温度≤95℃

注：

我们的常说的锅炉是指工业锅炉有蒸汽锅炉、热水锅炉和有机热载体锅炉。

1.4锅炉的型号

工业锅炉产品共分三大类：

蒸汽锅炉、热水锅炉、有机热载体炉

1、蒸汽锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连，即:

△△

△

××

－

××／

×××

－××

1——锅炉形式2——燃烧方式3——额定蒸发量（t/h）4——额定蒸汽压力5——过热蒸汽温度（饱和蒸汽不标）6——燃料种类

2、热水锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连，即：

△△

△

××

－

××／

×××

－××

1——锅炉形式2——燃烧方式3——额定热功率（MW）4——允许工作压力（热水）Mpa5——出水温度/进水温度℃6——燃料种类

1.3DZL锅炉的结构及工作原理

1.3.1DZL锅炉的结构

图1.1DZL锅炉的主要结构

DZL系列燃煤热水锅炉是单锅筒纵置式链条炉排水火管锅壳锅炉。

水火管锅壳锅炉的结构为卧式三回程水火管组合式，在炉膛左右两侧设置水冷壁管与锅筒组成第一回程，水冷壁管延长部分组成两侧第二回程八字烟道，锅筒内布置第三回程烟管；锅炉受热面包括炉膛的辐射受热面、两侧八字烟道的横向冲刷对流受热面、烟管纵向冲刷对流受热面、铸铁省煤器。

煤自煤斗落到炉排上，经炉排推动进入炉膛燃烧；空气由鼓风机经风道、调节风门、风室、炉排、煤层，进入炉膛；灰渣经炉排后面的落渣口由出渣机除渣。

在炉排上燃烧生成的高温烟气经炉膛喉口，向后流动，火焰与高温烟气对围成炉膛的水冷壁和锅壳底部裸露部分受热面进行辐射换热；然后由炉膛后部烟窗出口进入八字烟道对流换热向炉前；经前烟箱转向进入烟管对流换热流向铸铁省煤器换热；最后经除尘器，由引风机抽引，通过烟囱排向大气。

锅炉汽水系统为：

软化管—水箱--（除氧器）--水泵—省煤器—锅筒—下降管—上升管（水冷壁管）--锅筒—主汽阀。

其主要的结构如图1.1所示。

1.3.2DZL锅炉的工作原理

与蒸汽锅炉相似，热水锅炉也由三个系统组成，即煤渣系统，烟风系统和水系统。

它们的区别是，除汽水两用炉外，热水锅炉的水系统仅产生高温水，而不像蒸汽锅炉那样产生蒸汽。

热水锅炉的三个系统组成一个不可分割的整体，在其中同时完成燃料的燃烧放热过程，热量传递过程和水的吸热升温过程，从而实现热能的转换，向外送出热水。

燃料在炉膛内与空气混合，与氧气发生化学反应，并放出热量，这是燃料的燃烧放热过程，它直接影响到锅炉的出水和热效率。

燃料燃烧后产生的热量，通过水冷壁管、对流管束等受热面传递给锅水，这是热量传递过程。

热量先传递给受热面金属的外部，这在炉膛内主要以辐射的方式，而在对流管束和尾部烟道内则主要以对流方式进行。

之后热量通过金属导热至内部，最后再传给锅水。

热量传递过程也对锅炉的热效率有很大影响。

热水锅炉的进出口流动的都是水，大多数都是通过水泵的压力进行强制循环也有些锅炉本体内靠水温不同所造成的重度差进行自然循环。

水的吸热升温过程是锅水循环流动，吸收足够的热量后输出的过程。

锅水良好的循环流动直接关系到锅炉的安全运行。

1.3.3DZL29-1.6/130/70-AⅡ型锅炉的主要参数

DZL29-1.6/130/70-AⅡ热水锅炉安装方式:

快装锅炉；燃烧方式:

层燃炉；循环方式:

强制循环；出口压力:

中压；锅炉用途:

工业锅炉；结构形式:

卧式。

该产品具有运行可靠、热效率高、炉内水阻力低、强制循环、原始排烟浓度低、维修操作简单等特点。

具体使用参数如表1.1所示。

[2]

表1.8DZL14-1.0/95/70-AⅡ的主要参数

锅炉型号

项目

DZL29-1.6/130/

70-AⅡ

额定功率（MW）

额定工作压力（Mpa）

额定出水温度（℃）

额定回水温度（℃）

工作温度（℃）

燃烧方式

炉排结构形式

燃烧种类

1.6

130

层然

链条炉排

Ⅱ类烟煤

1.4热水锅炉的研究意义

DZL29-1.6/130/70-AⅡ型锅炉是一种特殊设备，其工作条件差、承受压力在运行和使用中损坏的可能性比较大，一旦发生事故，不但造成经济、财产损失，还会造成人员伤亡。

故被列入国务院颁布的《特种设备安全监察条例》，而锅炉主要采用焊接结构，产品质量很大程度上决定于焊接接头的质量。

因此受压元件焊接工艺在锅炉的质量作用起到绝对的作用，同样焊接在锅炉生产中占据着比较重要的份额，一个小小的焊接问题就有可能造成锅炉生产严重的损失。

因锅炉内部介质具有很高的压力，有一定的温度和程度不同的腐蚀性等等，并且在不停地运动，不停地对压力容器产生各种物理的、化学的作用，因而使容器产生腐蚀、变形、裂纹、渗漏等缺陷。

因此，锅炉的受压元件焊接设计合理，制造质量很好，对锅炉的品质有着直接的影响。

锅炉的受压元件合理设计，是保证锅炉安全运行的重要的必不可少的措施。

诚然，锅炉的安全制造既影响到国民经济各部门和人们的衣食住行，生活设施中的各种设备，涉及到社会发展和人们的生命安全。

因此，对锅炉受压元件焊接工艺的研究具有十分重要的意义。

第2章锅炉材料的选用

锅炉焊接材料的选择和使用一直都是压力容器和焊接行业非常关键的问题。

2000年版《压力容器焊接工艺评定》（JB4708-2000）和《压力容器焊接工艺规程》标准已正式颁布实施，“新标准”对焊接的适用提出了新的要求。

“新标准”规定的焊接材料选用原则是：

焊缝金属的力学性能应高于或等于母材的力学性能。

因此，焊材选择的主要依据是保证其焊缝接头的力学性能，包括焊接接头在实际工况下的高/低温力学性能，抗动载荷，疲劳载荷等性能。

焊缝金属与母材强度匹配是压力容器行业和焊接行业的热点问题之一，争论颇多，对于强度型低合金钢按等强度原则选用焊接材料，能够保证焊接接头具有足够的韧性储备，适当超强有利于提高焊接接头的抗脆断性能。

根据等强，匹配原则，指定出来的选用规范，以进行材料的选用，但一切焊接材料的选用，都是在焊接实验测试焊缝金属的力学性能符合要求后，才能进行的。

[3]

2.1DZL锅炉材料的选用及性能分析

1.筒体和管板的选材。

DZL29受压元件所用的材料主要是Q245R，属于结构钢，是专用于承压容器的钢板，是用于制造石油、化工、气体分离、气体贮运的容器或其他类似设备，如各种塔器、换热器、贮罐、罐车等的优质碳素结构钢和低合金高强度结构钢钢板，参见GB713—2008，交货状态为热轧控扎或正火，其化学成份和力学性能见表2.1、表2.2。

[4]

表2.1Q245R的化学成分

化学

元素

Alt

成分含量（%）

≤0.20

≤0.35

≤0.5-1.0

≤0.025

≤0.015

≥0.020

2.对集箱、接管、下降管和烟管的焊接材料的选择。

常选用材质为20号钢，属于优质低碳碳素钢，强度比15号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。

冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工，电弧焊和接触焊的焊接性能好，气焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。

切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好、一般用于制造受力不大而韧性要求高的。

其化学成份和力学性能见表2.3、表2.4。

表2.2Q245R的力学性能

板厚（mm）

屈服强度（N/m2）

抗拉强度（N/m2）

伸长率（A%）

180°弯曲试验弯曲直径（a≥35mm）

冲击吸收能量（KV2/J）

≤16mm

245

400—520

d=1.5a

≥31

16-36mm

235

400—520

d=1.5a

≥31

36-60mm

225

400—520

d=1.5a

≥31

60-100mm

205

390-510

d=2a

≥31

表2.320钢的化学成分

名称

化学成份（质量分数）（%）

0.14

0.24

0.49

0.014

0.026

≤0.25

表2.420钢的力学性能

名称

力学性能

抗拉强度σb

（MPa）

屈服强度σs

（MPa）

伸长率σ5（%）

断面收缩率ψ

（%）

硬度

445

285

未热处理，≤156HB

2.2焊接材料的选用及性能分析

压力容器的焊接中经常选用H08MnA焊丝、J427焊条和HJ431焊剂。

其化学成份和力学性能见表2.5、表2.6、表2.7。

焊丝H08MnA是低碳结构钢镀铜埋弧焊丝，配合焊剂HJ431、HJ433进行埋弧自动焊，焊缝具有优良的力学性能，适用于低碳钢,低合金钢的船舶、锅炉、压力容器结构等的焊接

焊条J427是低氢钠型药皮碳钢焊条，可进行全位置焊接，焊缝金属具有优良的力学性能和抗裂性能，用于焊接较重要的碳钢和低合金钢。

[5]

HJ431焊剂是熔炼型高锰高硅低氨焊剂，焊接工艺性能良好，对焊接区轻微锈迹不敏感；抗热裂纹性能好，又一定的抗潮能力。

配合H08MnA,H08Mn2Si等焊丝，可焊接低碳钢及某些低合金钢（16Mn15MnV）结构，如锅炉、船舶、压力容器等。

表2.5各焊丝、焊条的化学成份

焊接

材料

化学成份（质量分数）（%）

H08MnA

0.10

0.80-1.10

0.07

0.20

0.30

0.030

0.20

J427

0.11

1.25

0.90

0.20

0.30

0.035

0.040

0.20

表2.6各焊丝焊条的力学性能

焊接材料

力学性能

屈服强度（MPa）

抗拉强度（MPa）

延伸率（％）

冲击值J（0℃）

H08MnA

≥330

410-550

≥22

≥27

J427

≥420

≥330

≥22

≥27

表2.7HJ431焊剂化学成份

焊接材料

HJ431焊剂化学成份（质量分数）（%）

HJ431

2.3锅炉材料的焊接性分析

焊接性能的好坏主要取决于它的化学组成。

而其中影响最大的是碳元素，也就是说金属含碳量的多少决定了它的可焊性。

钢中的其他合金元素大部分也不利于焊接，但其影响程度一般都比碳小得多。

钢中含碳量增加，淬硬倾向就增大，塑性则下降，容易产生焊接裂纹。

通常，把金属材料在焊接时产生裂纹的敏感性及焊接接头区力学性能的变化作为评价材料可焊性的主要指标。

所以含碳量越高，可焊性越差。

所以，常把钢中含碳量的多少作为判别钢材焊接性的主要标志。

含碳量小于0.25%的低碳钢和低合金钢，塑性和冲击韧性优良，焊后的焊接接头塑性和冲击韧性也很好。

焊接时不需要预热和焊后热处理，焊接过程普通简便，因此具有良好的焊接性。

随着含碳量增加，大大增加焊接的裂纹倾向，所以，含碳量大于0.25%的钢材不应用于制造锅炉、压力容器的承压元件。

1.材料焊接性的估算

由于碳的影响最为明显，其他元素的影响可折合成碳的影响。

碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为式2.1所示：

W=W（C）+1/6[W（Mn）]+1/5[W（Cr）+W（Mo）+W（V）]+1/15[W（Ni）+W（Cu）]（2.1）

根据经验当W<0.4%～0.6%时，钢的焊接性良好，应考虑预热。

当W=0.4%～0.6%时，焊接性相对较差。

当W>0.4%～0.6%时，焊接性很不好，必须预热到较高温度。

从计算结果看，Q245R钢缺口敏感度低，疲劳强度和裂纹倾向小，具有良好的焊接性而且价格低廉，常用于中低压容器。

20钢材中碳当量低，所以，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织和淬硬组织。

这种钢的塑性和韧性优良，焊接接头的塑性和韧性也好。

通常情况下，焊接时一般不需要预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，既整个焊接过程中不需要特殊的工艺措施。

特殊情况下，进行预热后热和热处理

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