高压锅炉的壳体焊接工艺设计详解.docVIP

1 绪 论 所谓的焊接就是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到结合的一种方法，别结合的两个物体可以事各种各类或不同类的金属、非金属（石墨、陶瓷、塑料等），也可以是一种金属与非金属，但是，目前工业中应用最普遍的还是金属之间的结合。 焊接技术自20世纪初期以后，几十年来获得迅猛发展，目前焊接结构已经基本上取代了铆接结构，并部分代替铸造和锻造结构。焊接结构的用材量占钢产量的近50﹪，已广泛地应用于航空、航天、原子能、化工、造船、海洋工程、电子技术、建筑、机械制造等工业部门。 随着现代工业的发展和科学技术的进步，对焊接构件的性能提出了更高、更苛刻的要求，除需满足通常的力学性能外，还要满足如耐磨性、高温强度、耐腐蚀性、低温韧性、导电性、导热性等多方面的性能要求。在这种情况下，任何一种金属材料都不可能完全满足整体焊接结构的使用要求，即使可能有某种金属材料相对比较理想一些，也常常由于十分稀缺、价格昂贵，而不能在工程中实际应用，而异种材料焊接的出现很好的解决了这一问题。特别是异种钢的焊接，最大限度的利用了各种钢的性能，做到了“物尽其用”的效果。 压力容器在工业生产和日常生活中有重要的用途，但是它的工作环境经常十分恶劣，所以压力容器用钢需要具有良好的焊接性和力学性能。如13MnNiMoNbR钢是我国在80年代末引进外国的配方研制的。由于含碳量低（≤0.16﹪）合金配方合理，使这类钢具有较高的强度和韧性，并举有良好的焊接性。 压力容器由于其温度、压力、结构、用途和介质的腐蚀程度等因素变化相当大，所以种类也非常之多。 1．按压力容器技术特性分类 根据容器承受的压力(p)分为低压、中压、高压、超高压四类。具体划分如下： (1)低压容器p1．57MPa(16kgf／cm2) (2)中压容器：1．57MPa(16kgf／cm2)≤p9．81MPa(100kgf／cm2)(3)高压容器：9．81MPa(100kg／cm2)≤p98．1MPa(1000kgf／cm2) (4)超高压容器：p≥98．1MPa(1000kgf／cm2) 2．在国家《压力容器安全监察规程》中，把压力容器统一划分为受监察和不受监察两类。凡同时具备下列三个条件的容器属于受监察容器： (1)最高工作压力(Pwwω)0.098MPa(kgf／cm2)(不包括液体静压力)； (2)容积(V)≥25L，且P。V≥19．6L·MPa(200L·kgf/ cm2)(3)介质为气体、液化气体和最高工作温度高于标准沸点(指在一个大气压下的沸点)的液体。 依据受监察容器的压力高低、介质的危害程度以及生产过程的重要作用，又将容器分为三类。 类容器： (1)非易燃或无毒介质的低压容器； (2)易燃或有毒介质的低压分离容器和换热容器。 类容器； (1) 高、超高压容器； (2) 剧毒介质的低压容器； (3)易燃或有毒介质的低压反应容器和贮运容器； (4)内径小于lm的低压废热锅炉。 类容器： (1)高压、超高压容器； (2)剧毒介质且P。×V≥196L·MPa(2000L·kgf／cm2)的低压容器或剧毒介质的中压容器； (3)易燃或有毒介质且P。×V≥490L·MPa(5000L·kgf／cm2)的中压反应容器，或P。×V≥4900L·MPa(50000L·kgf／cm2)的中压贮运容器  (4)中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉,力学性能见表2-2。 表2-1 母材的化学成分（质量分数）（﹪） C Si Mn S P Cr Ni Mo Nb Fe 0.144 0.403 1.416 0.0039 0.003 0.298 0.830 0.345 0.0115 余量 表2-2 母材的力学性能 抗拉强度 Rm/MPa 屈服强度 Rc/MPa 断后伸长率 A（﹪） 冲击吸收功 AK /J(常温) 649.5 461 26 142 但随着合金元素的增加和强度的提高，焊接性也变差。焊接的问题主要来自两个方面：焊接裂纹和热影响区母材性能下降。 2.1 焊接裂纹 2.1.1 焊接中的结晶裂纹 热轧及正火钢的含碳量比较低，并且含有一定的锰，Mn/S比值一般可以达到防止结晶裂纹的要求，13MnNiMoNbR钢的焊接时若碳和硫同时居上限或存在严重的偏析，则有产生结晶裂纹的可能。在这种情况下，应采取必要的防治措施。图2-1所示碳、硫和锰对结晶裂纹的影响曲线可知，为了防止结晶裂纹，应在提高焊接锰量的同时降