文档介绍：关于大型电站锅炉钢结构的焊接设计孟宪国(哈尔滨锅炉厂有限责任公司,哈尔滨,150046)摘要:锅炉钢结构是重要的承重结构,对于保证锅炉的安全、可靠运行起着关键的作用。焊接直接关系到结构的安全性,另一方面与产品制造的质量以及成本密切相关。本文将概要论述电站锅炉钢结构焊接设计的特点和方法,并对结构设计中需要注意的一些问题进行说明。关键词:电站锅炉,钢结构,焊接锅炉钢结构所使用的材料和焊接工艺的要求按照文献[2]的规定,承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢GB/T700》和《低合金高强度结构钢GB/T1591》的规定。目前,我公司用于锅炉钢结构的材料为:当厚度不大于100mm时采用Q235-B或Q345-B钢,当大于100mm时采用A36或A572(美标材料),也有采用SM490BN(日标材料)。大板梁板厚大于等于60mm时要求正火,受层间撕裂力作用的板当厚度大于等于50mm时要求采用Z向性能板。钢材的焊接性是指钢材本身对焊接工艺过程的适应性。也就是钢材在特定的焊接工艺条件下形成与母材性能相当的焊接接头的可能性。钢材的焊接性首先取决于其化学成分、热处理状态(即原始组织状态)和冶炼方法。其次,钢材的焊接性还与所采用的焊接方法的热过程和冶金过程有关。对于低合金结构钢来说,其化学成分是极其复杂的,其中包括碳及多种合金元素、伴生元素和杂质。在现代焊接技术中普遍采用的各种焊接方法,从焊接线能量仅约1KJ/cm的氩弧焊到线能量高达150KJ/cm的电渣焊,其热周期的变化范围非常宽广。这些影响因素都可以归结为对钢材在焊接过程中组织转变特性的影响,而焊接接头内最终形成的金相组织,决定了接头的工艺强度(抗裂性)和力学性能。硫和磷是结构钢材中的主要杂质,对于钢材的力学性能和焊接接头的裂纹敏感性都有较大影响。硫主要与热裂纹有关,称为热脆,磷主要与冷裂纹有关,称为冷脆。在焊接结构中,结构钢的焊接性能主要取决于碳含量,%~%之间,超出该范围幅度越大,焊接性能变差的程度越大。这也是规定焊接承重结构不应采用Q235-A或Q345-A的理由,因为Q235-A和Q345-A的碳含量不作为交货条件来保证。(Q345-A没有碳含量不作为交货条件的规定)在焊接热循环的基本参数中,对接头力学性能影响最大的就是峰值温度和冷却速度,冷却速度可以从800℃至500℃的冷却时间来表示。从热传导的方式来看,厚板属于三维热传导,板厚对冷却时间不起作用,薄板属于二维热传导,板厚对冷却时间起较大的作用。除电渣焊以外,焊接冷却速度一般都达到钢材的淬火速度,最终形成对冷裂纹敏感的淬硬组织,特别是在低合金结构钢的焊接中,热影响区的这种组织转变对接头的可靠性将构成极大的威胁。低合金结构钢的焊接性涉及多方面的内容,它包括钢材本身的焊接适应性,焊接结构在制造过程中的工艺焊接性以及焊接接头在使用过程中的可靠性(称为使用焊接性)。在低合金结构钢焊接接头中,冷裂纹是最易产生、最危险的一种缺陷,它可能导致焊接接头的失效甚至整个焊接结构灾难性的破坏,这种裂纹往往也是造成受压和承载部件脆性的主要原因。因此,应该引起我们的足够重视。在低合金结构钢接头中,大多数的冷裂纹是由淬硬组织、氢的富集和约束应力三要素共同作用的结果。冷裂纹是焊接接头冷却到100℃以下温度出现的一种裂纹。这种裂纹通常是在焊后经过一段时间才出现的宏观裂纹,所以也称为延迟裂纹。在某些焊接接头中,冷裂纹的形成与氢在接头中的扩散和集聚直接有关,因此普遍称为氢致延迟裂纹。这也是在低合金钢焊接中选用低氢焊条的主要原因。另外一个方法就是才有焊后热处理的方法进行消氢处理。低合金钢焊接接头中,冷裂纹的形成与接头各区在快速加热和冷却作用下的组织转变密切相关。焊缝金属或热影响区内马氏体等淬硬组织的存在是形成冷裂纹的先决条件。在实际焊接中采用焊前余热和焊后热处理都可以延长焊接加热和冷却的时间,有利于避免淬硬引起的冷裂纹的产生。通常,在室温或在50℃以下焊接时约束度越高(即约束应力越大)则产生裂纹的可能性越高,当将焊件预热到100℃以上温度时,约束度的影响不再那样强烈,因此焊前预热对于减少因约束度产生裂纹的可能性是很有效的办法。总之,采用焊前预热和焊后热处理对于减少焊缝热影响区裂纹的发生是切实有效的方法,另一方面,由于焊接残余应力通常会在热影响区产生裂纹,或与结构工作应力叠加从而造成焊接接头的破坏,采用焊后热处理可以有效消除焊接残余应力。例如,哈锅技术标准就明确规定,Q235钢当厚度大于等于70mm时最低预热温度为100℃,Q345钢当厚度大于32mm时最低预热温度为100℃,需要预热的焊件,其达到预热温度的范围应不小于焊件厚度的2倍,且不得小于100mm。对于拘束度