蛇形管、水冷壁制造讲座（焊接工艺部分）（一）
2013-10-08 15:22阅读：
3）焊接工艺规程（WPS）
NC2－ 103－AwS - Ⅲ2 ―C148 /0
版本号：0
WPS序号：148
母材类别：Ⅲ类2组
焊接方法：手工氩弧焊＋焊条电弧焊
br>
适用车间：103
焊接典型卡号：
一、蛇形管、水冷壁部件主要焊接方法和焊接设备
1.
主要焊接方法
（1）管子对接焊缝
蛇形管管子对接焊缝焊接方法主要有：热丝TIG焊、手工氩弧焊、手工氩弧焊＋手工电弧焊。
水冷壁管子对接焊缝焊接方法主要有：热丝TIG焊、手工氩弧焊、手工氩弧焊＋手工电弧焊。
（2）管子与附件角接焊缝
蛇形管管子与附件角焊缝焊接方法主要有：手工电弧焊。
水冷壁管子与附件角焊缝焊接方法主要有：手工电弧焊、半自动混合气体保护焊、混合气体保护焊（MPM机械焊）。
2.
主要焊接设备
蛇形管车间：热丝TIG焊焊机（6台）、硅整流氩弧焊机、直流焊机、气体保护焊机。
水冷壁车间：热丝TIG焊焊机（1台）、12头MPM焊机2台、6头龙门式MPM焊机1台、4头MPM焊机1台、硅整流氩弧焊机、直流焊机、气体保护焊机（65台）。
二、蛇形管、水冷壁部件焊接材料选择原则及焊接材料选择。
（一）焊接材料的选用原则(摘自NC142-2003)
1.同种钢：
1)：等强匹配原则
A:焊接碳钢或低合金钢时其焊接材料熔敷金属的强度不得低于施焊母材抗拉强度的下限。通常，焊接材料熔敷金属的强度级别与母材相当，考虑到焊缝中可能出现一些工艺缺陷，可以选用强度略高于母材的焊接材料。
B:对某些有再热裂纹倾向的钢种，为了提高焊接接头的在消除应力或高温运行条件下的蠕变塑性和形变能力，应选用强度相当且具有抗蠕变裂纹性能优良的焊接材料。
C:对于承受动载荷或热疲劳的焊接结构，为了提高接头的疲劳强度，可以选用塑韧性较好而强度基本相当的焊接材料；
D:对于拘束度较大的焊接结构,根部焊道应选用含碳量较低、抗裂性优良的焊接材料，填充层选用塑韧性优良、强度相当的低氢型或超低氢型焊接材料。如对SA-210C等管子对接可采用手工氩弧焊，H05MnSiAlTiZrA焊丝打底保证根部焊透；手工电弧焊CHE507焊条盖面。因为H05MnSiAlTiZrA焊丝含碳量较低具有较好的塑韧性，可以保证根部不会产生裂纹等缺陷，而CHE507盖面保证了整个对接接头的强度。
E:由于受工况限制不能进行预热、后热和焊后热处理时，可以选用不锈钢或镍基焊接材料进行焊接。
2).考虑工况和使用要求
A:焊接耐热钢材料应从高温强度（高温持久强度、高温蠕变强度和高温蠕变塑性）、高温抗氧化和腐蚀性等方面考虑。一般选用化学成分及熔敷金属组织与母材相当的焊接材料。
B:对不锈钢应从其抗氧化性和抗腐蚀性方面选择焊接材料。一般选用化学成分与母材相当的焊接材料。
C:焊接抗大气、海水腐蚀等材料时，应从其强度和抗腐蚀性选择焊接材料。如09PCuCrNiA/CHE507CuP/CHE507CrNi
3）为便于车间管理、焊工操作应尽量简化焊接材料品种。（在保证产品质量的前提下）
2.异种钢
1):异种钢接头主要包括两方面的内容：即不同组织（主指奥氏体组织和非奥氏体钢）之间；不同强度等级、成分（即基本组织类似）之间的焊接。
2):主要问题：
A:焊接时母材的稀释。B：焊接残余应力和热应力。C：碳扩散。
基于上述三个问题，在焊接材料选择时要充分考虑其焊接工艺性、常温力学性能和长期运行性能。而我们选择焊接材料时主要考虑的是接头的长期运行性能。
3）：异种钢接头焊接材料的选择
A：不同强度等级铁素体或珠光体型钢之间的焊接（如20G＋15CrMoG），其总的特点是线膨胀系数按近、导热系数相差不大。因而主要考虑运行时工作应力平滑过渡、组织稳定，一般选用成分或强度（常温强度和高温强度）介于两者之间的焊接材料。
B：碳钢或低合金、高合金钢与奥氏体不锈钢焊接，要考虑稀释、碳扩散和热应力三方面的问题，同时还要考虑焊接工艺性及使用条件。
a:当产品工作温度≤400℃时，通常选用A307或A507；
b:当产品工作温度>400℃或焊接接头要求热处理时，则受压元件对接接头可选用镍基焊接材料，而受压元件与附件的焊接选用高铬镍不锈钢焊接材料。
3.难焊或要求高的异种钢焊接，须选用镍基焊接材料的原因如下：
A：镍可无限扩大γ区，增加碳的溶解度，当镍达到70%时基本可以消除脱碳层。
B：镍基焊材熔敷金属的线膨胀系数为13.6×10
-6mm/mm℃，与碳钢等基本接近，因而就平衡了接头的大部分热应力。
C：镍基焊材熔敷金属有很好的塑性，其延伸率可达40%而其强度极限仍有700～800MPa，因而使接头能更好吸收各类应力，大而增大接头的抗变形能力。
（二）蛇形管、水冷壁管子对接及附件角焊缝主要焊接方法及焊接材料选择
1.管子对接焊缝
A:同种钢
管 子
|
AR、Aw
|
AwS
|
20 20G SA-210C st45.8/III
|
H08Mn2SiA
|
H05MnSiAlTiZrA+CHE507
|
15Mo3
|
JGS-1CM
|
/
|
SA-209T1a SA-213T2/T11/T12 15CrMoG
13CrMo44
|
JGS-1CM
|
JGS-1CM+CHH307
|
12Cr1MoVG
|
H08CrMoVA
|
H05CrMoVTiReA+CHH317
|
SA-213T22
|
JGS-2CM
|
JGS-2CM+CHH407
|
12Cr2MoWVTiB（G102）
|
H10Cr2MnMoWVTiBA
|
/
|
SA-213T23
|
T-HCM2S,Union I P23＊
|
/
|
SA-213T91
|
TGS-9cb，CM-9ST,MTS-3
|
/
|
SA-213TP304H
|
ER-308,H0Cr19Ni9
|
/
|
SA-213TP347H
|
ER-347
|
Nb 8C-1.0
|
SUPER304H
|
T-304H
|
/
|
HR3C(SUS310JITB)
|
Inconel 625, Inconel82
|
/
|
＊ 根据我们试验结果，可以采用H10Cr2MnMoWVTiBA焊接T23管子。
B：异种钢
（异种钢对接接头的原则见NC148）
管子1
|
管子2
|
AR、Aw
|
AwS
|
20G SA-210C
|
15CrMoG 12Cr1MoVG
|
H08Mn2SiA
|
H05MnSiAlTiZrA+CHE507
|
15CrMoG
|
12Cr1MoVG
|
JGS-1CM
|
JGS-1CM+CHH307
|
12Cr1MoVG
SA-213T22
|
12Cr2MoWVTiB
SA-213T23
|
H08CrMoVA
|
|
SA-213T91
|
TGS-9cb
|
|
SA-213T23
12Cr2MoWVTiB
|
SA-213T91
|
TGS-9cb
|
|
12Cr1MoVG
SA-213T22 SA-213T23
12Cr2MoWVTiB
SA-213T91
|
SA-213TP304H
SA-213TP347H
|
Inconel 82
（ERNiCr-3）注
|
/
|
注：此类异种钢焊缝只能采用热丝TIG焊。
2.管子与附件
从2005年9月开始，根据工艺处焊接室关于受热面管子焊接材料选择原则的会议，受热面管子与附件的焊接材料选择变化较大。对低等级部件（低过、低再、省煤器、水冷壁等）按管子侧材料选用相应焊材，对高等级部件（屏过、高过、高再、135MW屏式再热器等）为了统一焊材，原则上尽量选用一种焊接材料，便于焊工操作（图纸有特殊要求的除外）；凡管子与50Cr50Ni附件角焊缝，均选用CHN327。
A：低等级部件
管子
|
附件
|
S
|
H、Hb
|
20G
|
Q235A－不锈钢
|
CHE42 CHE507
|
JM－58 CHW－50C6
|
SA-210C
|
Q235A－不锈钢
|
CHE507
|
JM－58 CHW－50C6
|
15CrMoG
|
Q235A－不锈钢
|
CHH307
|
JM－1CM
|
1Cr20Ni14Si2
|
CHN327注1
|
/
|
12Cr1MoVG
|
Q235A－不锈钢
|
CHH317
|
H08CrMoVA
|
15CrMoG
12Cr1MoVG
|
ZG50Cr50Ni
|
CHN327注2
|
/
|
注1：当图纸技术条件中有要求时。
注2：燃油锅炉的高过等部件中某些附件由于特殊要求需用ZG50Cr50Ni材质才能满足。
B：高等级部件
管子
|
附件
|
S
|
H、Hb
|
12Cr1MoVG
|
12Cr1MoV
|
CHH317
|
H08CrMoVA
|
SA-213T91
|
SA-213T91 F91
|
CM-9cb
|
MGS-9cb
|
12Cr1MoVG SA-213T91
|
12Cr1MoV
|
CHS307
|
/
|
12Cr1MoVG T22 SA-213T91 T23
SA-213TP304H
SA-213TP347H
|
不锈钢
|
CHS307
|
/
|
三、蛇形管、水冷壁部件主要热处理规范及热处理设备
1.
设备
102车间：辊底炉、19m炉、马弗炉、履带式电加热器。
103车间： 15m炉、履带式电加热器。
2.
规范
材料名称
|
需热处理条件
|
热处理规范
|
壁 厚
|
弯 头
|
20、SA-210C
|
δ>30mm
|
/
|
625±10℃/60(90)min
|
SA-213T2
|
δ>10mm
|
R/D<2
|
650±10℃/60(90)min
|
15CrMoG
|
δ>10mm
|
R/D<2
|
685±10℃/60(90)min
|
12Cr1MoVG
|
δ>6mm
|
R/D<2
|
735±10℃/60(90)min
|
SA-213T23
|
δ>6mm
|
R/D<2
|
725±10℃/60(90)min
|
SA-213T22
|
δ>6mm
|
R/D<2
|
710±10℃/60(90)min
|
12Cr2MoWVTiB（G102）
|
任意
|
R/D<2.5
|
760±10℃/60(90)min
|
SA-213T91
|
任意
|
R/D<3
|
750±10℃/60(90)min
|
SA-213TP304H
|
|
R/D<2.5
|
1075±10℃/40min
|
SA-213TP347H
|
|
R/D<3.3
|
1175±10℃/40min
|
20、SA-210C、
15CrMoG、12Cr1MoVG
|
|
|
640±10℃/60(90)min
|
15CrMoG＋12Cr1MoVG
|
|
|
700±10℃/60(90)min
|
12Cr1MoVG、SA-213T23、12Cr2MoWVTiB 、SA-213T91
SA-213TP304H 、SA-213TP347H
|
|
|
750±10℃/60(90)min
|
蛇形管、水冷壁均为锅炉中一部件，其特点是管径小、工作温度梯度大、蒸汽压力也大，因而管子材质也较复杂。蛇形管材质有碳钢、低合金钢、高合金钢（T91）、不锈钢；水冷壁管材质主要有碳钢、低合金钢、高合金钢（T91）。蛇形管、水冷壁在制造中有许多共同点（如管子对接、弯管、附件焊接），但也有许多不同的地方。现将蛇形管、水冷壁的主要焊接工艺要点简单介绍如下：
一、名词解释
80-85%Ar+15-20%CO2
1.
蛇形管、水冷壁部件常用焊接方法分类、代号
Aw
|
手工钨极氩弧焊
|
Hy
|
药芯焊丝混合气体保护焊（合金钢）
|
AR
|
热丝TIG焊
|
Cy
|
药芯焊丝CO2气体保护焊（碳钢）
|
S
|
焊条电弧焊（手工电弧焊）
|
Cb
|
半自动CO2气体保护焊
|
H
|
混合气体保护焊（MPM机械焊）
|
Hb
|
半自动混合气体保护焊
|
2.
蛇形管、水冷壁部件常用母材分类
DG0504
类别
|
组别
|
钢
号
|
Ⅰ
|
1
|
Q235-A 20
20G St45.8 SA-106B
ZG230-450
|
2
|
09PCuCrNiA（考登钢）
09CrCuSb（ND钢）
|
3
|
SA-106C SA-210C SA-105 16MnR P355GH
Q345B
|
Ⅲ
|
1
|
SA-209T1a
15Mo3
|
2
|
13CrMo44 15CrMo
SA-213T2、T11、T12
|
3
|
12Cr1MoV SA-213T22
|
4
|
1Cr6Si2Mo
|
5
|
12Cr2MoWVTiB（G102）
SA-213T23
|
7
|
SA-213T91
|
Ⅳ
|
1
|
1Cr18Ni9Ti 1Cr20Ni14Si2
SA-213TP304H SA-213TP347H SA-213TP309S
|
2
|
Super 304H
HR3C
|
V
|
1
|
1Cr13
|
3.
工艺评定(PQR)及焊接工艺规程（WPS）编写方法
1）工艺评定
Aw
S
- Ⅲ3
― 2
01
顺序号为1
母材厚度为：1.5mm≤T≤10mm
Ⅲ类3组钢材
手工电弧焊填充及盖面
手工氩弧焊装点并打底
