关于大型电站锅炉钢结构焊接设计的几点说明.pdf

第 6期 2 0 1 0年 1 1月 锅炉制造 BOI LER MANUF ACTURI NG No ． 6 NO V ． 2 0 1 0 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 0 0 6 0 0 0 1 0 6 关于大型 电站锅炉钢 结构焊接设计 的几点说明 孟宪 国 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 电站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。焊接设计是电 站锅炉钢结构设计中的一个十分重要的内容， 一方面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。本文从锅炉钢结构所使用的材料和焊接工艺的要求、 对接焊缝和角焊缝的设计及检查、 焊缝的构造要求等几个方面， 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 些问题进行简要的说明。 关键词 电站锅炉 ； 钢结 构 ； 焊接 中图分类号 T K 2 2 8 文献标识码 A S o me Ex p l a na t i o n a b o u t W e l d i n g De s i g n o f La r g e Ca p a c i t y Ut i l i t y Bo i l e r S t e e l S t r u c t u r e Me n g Xi a n gu o Ha r b i n B o i l e r C o m p a n y L i m i t e d ， H a r b i n ， P r o v i n c e H e i l o n g j i a n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a Ab s t r a c t T he u t i l i t y b o i l e r s t e e l s t r u c t u r e i s i mp o r t a n t l o a db e a rin g s t r u c t u r e， wh i c h f un c t i o n i s k e y t o e n s u r e t h e s a f e a n d r e l i a b l e o pe r a t i o n o f t he b o i l e r ．Th e we l d i n g d e s i g n i s v e r y i mp o rta n t d u rin g t h e d e s i g n o f b o i l e r s t e e l s t ru c t u r e ． On t he fi r s t h a n d， i t i s d i r e c t l y r e l a t i v e wi t h t h e s afe t y o f t h e s t ruc t u r e， a n d o n t h e o t h e r h a nd， i t i s r e l a t i v e wi t h t he q u a l i t y a n d c o s t o f ma n u f a c t u r e ． Th e p a p e r d i s c u s s e s t h e c h a r a c t e r s a n d me t h o d s o f we l d i n g d e s i g n o f b o i l e r s t e e l s t ruc t u r e， t h a t ma i n l y i nv o l v e s t h e ma t e r i a l s ， t e c h n i c s r e q u i r e me n t s， d e s i g n a n d t e s t o f b u t t we l d a n d fil l e t we l d， a n d the c o n s t r uc t i o n r e q u i r e me n t s o f we l ds ． Ke y wo r d s u t i l i t y b o i l e r ； s t e e l s t ruc t u r e； we l d i n g 1 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 Q 2 3 5钢、 Q 3 4 5钢、 Q 3 9 0钢和 Q 4 2 0钢， 其质量应分 别符 合现 行 国家标 准 碳 素 结 构钢 G B ／ T T 0 0 和 低合金高强度结构钢 G B ／ T 1 5 9 1 的规定。 对 于电站锅炉钢结构来 说， 尽管有人将其归人构筑 物而非建筑物， 但是我们认 为它还是属于承重结 构 。目前 ， 国内用于锅炉钢结构的材料为 当厚度 不大于 1 0 0 m m时采用 Q 2 3 5一B或 Q 3 4 5一B钢 ， 当大于 1 0 0 m m时采用 A 3 6或 A 5 7 2 美标材料 ， 也有采用 S M 4 9 0 B N日标材料 。大板梁板 厚大 于等于 6 0 m m时要求正火。受层 间撕裂力作用 收稿 日期 2 0 1 0 0 81 4 作者简介 孟宪 国 1 9 7 0一 ， 男， 黑龙江 省哈尔滨市人 ， 毕 业于 哈尔滨工业大 学， 工学硕 士， 高级工程 师， 从 事电站锅炉钢结构设 计工 作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 锅炉制造 总第 2 2 4期 的板当厚度大于等于 5 0 mm时要求采用 z向性 能板 文献 [ 5 ] 。 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 1 K J ／ c m 的氩弧焊到线 能量高达 1 5 0 K J ／ e ra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 ， 碳 的合适含量应控制在 0 ． 1 2 ％ ～0 ． 2 ％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 Q 2 3 5一 A的理由， 因为 Q 2 3 5一A的碳含量不作为交货条 件来保证。 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 8 0 0 c c至5 0 0℃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 1 0 0℃ 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 5 0℃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 1 0 0℃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 ， 有些制造厂的技术标准就明确规定， Q 2 3 5钢 当厚度大于等于7 0 m m时最低预热温度为 1 0 0 c c， Q 3 4 5钢 当厚度大 于 3 2 mm时最低 预热温 度为 1 0 0℃ ， 还规定 ， 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 1 0 0 mm。另外还要求 ， 对于拘束度大 的节点， 不 论厚度是否达到上述要求 ， 焊前也要预热 。还规 定 ， 当 Q 2 3 5钢厚度 大于 1 5 0 m m 时， 要进行焊后 消氢处理 ， 加热温 度 2 0 0～2 5 0 o C ／ 1～2 h ， 对于 Q 3 4 5钢当厚度大于 7 0 m lT l 但不大于 1 5 0 h i m时 加热温度为 2 0 0～ 2 5 0℃／ 1～ 2 h ， 对于 Q 3 4 5钢当 厚度大于 1 5 0 m m 时加热温度 为 3 0 0～4 0 0℃／ 1～ 2 h o 焊后热处理的主要 目的是消除焊接残余 应力 ， 这与焊后加热消氢是有着本质区别 的。对 于 Q 2 3 5或 Q 3 4 5钢的对接接头 ， 当焊缝厚度大于 等于 3 8 m m时， 就要求进行焊后热处理， 热处理 最低温度 6 0 0℃。对于焊件过长或受热处理条件 限制 ， 可以采用局部热处理的方法 ， 但热处理部位 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第6期 盂宪国 关于大型电站锅炉钢结构焊接设计的几点说明 3 的加热宽度应每侧至少为焊接接头厚度 的 2倍 ， 且不能小于 2 0 0 m m。 不同种类的结构钢焊接时， 焊接材料应按照 强度等级较低的材料 选取 ， 原 因是这类 接头 即使 按照强度较高的材料选取焊接材料 ， 其焊缝 的强 度等级也无 法达到与较高强度 的材料相 当的强 度 。例如 ， Q 2 3 5钢与 Q 3 4 5钢焊接时 ， 焊接材料应 采用 E 4 3类 的材料。如果 选用较高强度等级 的 焊接材料 ， 如选用 E 5 0类材料 ， 则计算焊接接 头 力学性能时应按较低强度等级的材料选取材料参 数。 焊接工艺中的另外一个重要的环节是坡 口制 备。焊接坡 口的几何形状 、 尺寸 、 制备方法 ， 直接 影响到接头的焊接质量和制造的经济性 。在设计 焊接坡 口时， 首先应根据设计 的最低要求确定焊 缝的形式 ， 这 主要 是针对角 焊缝 ， 因为对接焊缝 最常用的就是构件钢板 的拼接 通常都 是全熔 透焊缝。角焊缝的坡 口形式主要分为不开坡 口、 局部焊透坡 口和全 焊透坡 口等三种形式 ， 设计时 应避免随便提高对焊接坡 口的要求。其次要尽量 减少焊缝 的横截面积， 以降低接头的残余应力 ， 同 时也可以减少焊接材料的消耗量 。 低合金钢的坡 口准备可 以采用火焰切割、 等 离子弧切割和机械加工等方法。热切割和电弧气 刨具有与焊接相似 的热过程 ， 热影响区的冷却速 度甚至比焊接热影响区更快 ， 热切割边缘会形成 一 定深度的淬硬层 ， 这种低塑性 的淬硬层往往会 成为钢板校正、 卷制和冲压成型过程中的开裂源。 为了 防 止 热 切 割 裂 纹 的 产 生 ， 屈 服 限 超 过 5 0 0 MP a 或合金总含量大于 3 ％的低合金钢 ， 当 板厚大于 5 0 m m时， 切割前钢板切割区预热温度 应在 1 0 0℃以上 ， 切割后对切割表面进行磁粉探 伤。低合金钢接头坡 口背面采 用电弧气刨清根 时 ， 气刨前应预热， 预热温度应比该种钢手工电弧 焊的预热温度高 5 0℃。低合钢焊接另外一个不 能忽视的工作是接头焊接 区域的清理。通常 ， 钢 材的淬硬倾向越大对焊接 区清理的要求也越高。 焊接边缘和坡 口表面不应有氧化皮、 毛刺、 锈斑 、 油污等杂物 ， 必要时可用砂轮打磨。焊接前还必 须清除焊接区钢板表面的吸附水分 ， 特别是在相 对湿度较高的环境下焊接， 更要注意这一点。可 以采用无水乙醇擦洗坡 口表面， 或用火焰喷嘴加 热焊接区来清除吸附水分。如果坡 口面有深度大 于 1 mm的凹槽或几何形状不规则 ， 应采用砂轮 打磨修整。如果焊件表面未经喷砂等处理 ， 则焊 缝两侧 内外 表面必须用砂轮打磨至露 出金 属光 泽 。手 工 电 弧 焊 接 头 的 打 磨 区 域 要 求 每 侧 2 0 r a m， 埋弧焊 3 0 n f l lT l ， 电渣焊 4 0 m m。这一规定 参见文献 [ 1 ] 。 一 些企业的制造标准规定 ， 对于 Q 3 4 5一B钢 材 ， 若板厚大于 1 0 0 m m， 当采用热切割方法制备 坡 口时， 切割处两侧不小于钢板厚度 的范围内预 热 ， 温度 1 0 0℃， 坡 口表 面应进行 P T 渗透检查 或 M T 磁粉检查 。焊接区域的清理范围 对于 焊条 电弧焊应不小于 1 0 m m， 气体保护焊应不小 于 1 5 mm， 埋弧 自动焊应不小于 2 0 mm， 这与参考 文献[ 1 ] 的规定相 比， 略有不同， 要求偏低。 2 对 接焊缝 对接焊缝可以采用 图 1所示 的坡 口形式。V 形坡 口张开角一般取 6 O 。 。当坡 口根部 间隙加大 时 ， 坡 口角度可 以取 4 5 。 或 3 0 。 ， 甚至更小。其原 则是应保 证焊条能伸人坡 口根部， 并便于脱渣。 当钢板厚度大于 2 0 mm时宜采用双面 V形坡 口， 因为单面 V形坡 口的焊缝截面积约为双面 V形 坡口的 2倍 ， 不仅焊接工作量加大 ， 接头的焊接变 形也会成倍增加 ， 如图 2所示。u形坡 口与 V形 坡 口相 比， U形坡 口的加工比较费时， 但焊缝截面 积可以显著减少 ， 在厚板结构 中应优先考虑采用 U形坡 口。 a b c d 图 1 对接 焊缝坡 口形式 图 2 单 V形坡 口和双 V形坡 口焊缝截面积的对 比 对接 焊缝应略有余 高， 但最 大不 得大于 3 m m， 并且焊缝与母材之 间应平滑过渡 ， 焊缝表 面应整洁、 均匀、 无溢瘤 、 凹陷和突起 。任意长度 焊缝或热影响区上的咬边深度不得大于 0 ． 5 mm。 对任意 3 0 0 mm长度焊缝 内累计咬边长度不得大 于 5 0 mm 幸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 锅炉制造 第 2 2 4期 3 角焊缝 在角接接头 中， 焊缝的尺寸决定 于构件的设 计准则。等强度角焊缝的焊脚尺寸 h 见 图3 通 常为板厚的 3 ／ 4 。而 1 ／ 2和 1 ／ 3强度 的刚性连接 角焊缝 ， 其焊脚尺寸相应为 3 ／ 8 t 和 1 ／ 4 t 。实际 上大多数刚性连接的角焊缝的应力 比 1 ／ 3强度值 还要低 。按照强度连接与刚度连接角焊缝的焊脚 尺寸 h 与板厚 t 指连接处较薄板的厚度 的关系 可以算 出角焊缝尺寸的经验数据 ， 在设计 中可以 作为重要的参考数据。当然 ， 对于重要或 比较特 殊的承力接头来说 ， 设计者应根据 焊缝 的受力状 态进行必要的计算。 且且 a b O 图 3 角焊缝 的焊脚尺寸及形式 角接接头的两块钢板厚度不同时， 焊脚尺寸 应按较薄的钢板计算 。在保证角焊缝强度 的前提 下 ， 为减少焊缝截面积 ， 可以将角接边缘开一定深 度的坡 口， 如图4所示。当焊脚尺寸相同时， 开坡 口的角焊缝 面积仅为直角角焊缝截面积 的 1 ／ 2 。 据分析 ， 当板厚超过 2 5 mm时， 开坡 口角焊缝的 生产成本反而低于直角角焊缝 ， 这与后者 的熔敷 金属量增大有关。 h e l O ．厂 a b c d 图 4 焊脚尺寸相 同的角焊缝的截面面积 图 4中角焊缝截 面积 ， a 为 1 0 0 m m ， b 为 5 0 mm ， C 为 5 0 m m ， d 为 5 8 mm 。 4 焊缝 的设计和检查 在参考文献[ 2 ] 的第 7章中对焊脚连接的计 算有非常详细的说明， 这里不再赘述 ， 设计者按照 规范的规定就可以完成设计所需要的计算了。但 有几点应予强调和补充说明。 设计人员对焊缝的设计必须 给予 足够 的重 视 ， 对于所设计的结构的重要性 、 荷载特性 、 焊缝 形式、 工作环境以及应力状态等情况 ， 设计遵循的 原则是“ 技术先进、 经济合理、 安全适用 、 确保质 量” 。对于重要构件 的焊缝、 重要 连接处的焊缝 应该以严格的计算作为设计 的依据 ， 避免想 当然 的思想。图纸中焊缝 的标注应符合国家标准、 行 业标准或企业标准的规定 ， 应规范、 准确、 清晰。 凡对接焊缝 ， 除非作为角焊缝考虑 的部分熔 透的焊缝外 ， 一般都要求全熔透并与母材等强 ， 故 需要进行无损探伤。其焊缝的质量等级不宜低于 二级。对于大容量锅炉构架来说 ， 当板厚大于等 于 3 2 mm时 ， 所有 的对接 焊缝应进行 1 0 0 ％射线 探伤或超声波探伤。厚度小 于 3 2 mm的钢板 的 对接焊缝可以抽样 2 0 ％进行射线或超声波检查 ； 对 T型接头处对 接焊缝应进 行 1 0 0 ％ 超声波检 查。厚度 1 0 0 m m 以上 的钢板拼接前 ， 坡 口加工 前应对其 边缘 2倍 板 厚加 3 0 m m 范 围内进行 1 0 0 ％的超声波检查 ， 防止夹层或疏松等缺陷的存 在。对 于 型 钢 拼 接 来 说， 型 钢 肢 厚 度 不 小 于 3 0 mm的全部对接焊缝应进行 1 0 0 ％射线或超声 波检查 。型钢肢厚度大于 1 0 m m且小于 3 0 m m 的拼接焊缝可以抽样 3 ％且至少 1个接头进行射 线或超声波检查。抽检不合格的接头除应进行修 补外 ， 还应另外抽检双倍 比例 的接头进行检查。 按照规定 ， 大板梁翼板对接焊缝应按最大板厚制 作产品试板进行接 头拉伸、 接头弯曲和焊缝冲击 等 3项试验 ， 接头的性能指标应不低于对母材 的 最低要求 ， 从这点可以看 出设计对大板梁对接焊 缝的要求是很高的， 这是根据大板梁 的重要性来 考虑结构 的安全 、 可靠而提出的很严格的要求 ， 生 产 中必须认 真执行 ， 设计者也应引起足够重视。 另外 ， 焊缝应有一定的余高 ， 并且要与母材圆滑过 渡 ， 但是余高不得大于 3 m m。 在建筑钢结构 中， 角焊缝一般不进行无损探 伤检查 ， 但对外观缺陷的等级 可以按实际需要选 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第6期 孟宪国 关于大型电站锅炉钢结构焊接设计的几点说明 5 用二级或三级。对于大容量锅炉构架来说 ， 通常 只作焊缝外观检查和磁粉检测 。外观检查要求焊 缝外表面整洁 、 均匀 、 无溢瘤、 凹陷和凸起 ， 焊缝表 面不得有裂纹 ， 焊缝金属 与母材及层 间应完全熔 合 ， 弧坑必须填满 ， 任意焊缝上不应有可见的贯穿 性管状气孑 L ， 任意长度焊缝或热影响 区上的咬边 深度不得超过 0 ． 5 m m， 对于任意 3 0 0 m m长度焊 缝内累计咬边长度不得大于 5 0 m n l 。角焊缝两焊 脚应均等 ， 偏差不得大于 3 mm。 任意单条连续角 焊缝其焊脚尺寸下偏差不大于 1 ． 6 mm， 长度不大 于其总长度的 1 0 ％。对于焊缝的缺陷应将缺陷 清除 ， 然后按工艺要求进行补焊。对于尺寸不满 足要求 的焊缝应补焊 ， 使其满足设计 的要求。若 两块板厚均大于 2 5 mi l l 的角焊缝、 大板梁 的翼缘 与腹板之间的全部角焊缝应采用磁粉检测的方法 检查焊缝及热影响区是否有裂纹存在 ， 检查应 沿 着焊缝整个长度方向进行。刚性梁的翼缘与腹板 间的角 焊缝 ， 若 板 厚 较 薄板 的厚 度 不 大 于 2 5 m m时， 则可按照焊缝长度 1 0 ％采用磁粉检测 进行抽检 ， 但焊缝始端、 末 端及 T型节点处必须 全部进行磁粉检查 。对于大板梁的翼缘与腹板间 的角焊缝 ， 要求投产前应作有代表性的焊缝试样 ， 在参考文献 [ 6 ] 中对此有 明确 的规定 ， 这一要求 是很严格 的， 这与大板梁的重要性有很大的关系。 另外 ， 在文献 [ 6 ] 中对于焊缝 缺陷的修补也有 明 确 的规定 。 另外 ， 设计 中应尽量避免使用斜角角焊缝 ， 因 其成型较差 ， 焊缝 的质量不容易保证。对于不得 不采用斜角角焊缝 的部位 ， 如 3 0 0 MW 循环流化 床锅炉旋风分离器 的支撑梁 ， 应按照规范的规定 进行计算， 并应在图纸中给出局部放大视图， 标明 两侧焊缝 一侧为锐角角焊缝 ， 另一侧则为钝角 的焊脚尺寸。为 了确保焊缝质量 ， 应在制造厂 内 完成 ， 并应 1 0 0 ％进行超声波检测。 ‘ 对于 H型断面的柱 ， 当腹板厚度大于或等于 6 0 m m， 腹板与翼缘之间的角焊缝应采用局部熔 透的双面坡 口焊缝 ， 坡 口角度取 5 0 。 ， 钝边尺寸通 常取 2 O～ 3 0 m m， 在设计图纸 中应给出焊缝局部 放大详图。对于箱型断面的柱 ， 例如塔式锅炉 的 主柱 ， 如图 5所示 ， 应采用外侧单面坡 口的全熔透 焊缝 ， 焊缝余高应按照对于对接焊缝的要求 ， 当焊 缝背面采用衬板时， 坡 口角度可以取的小一些 ， 实 际设计中取 3 0 。 。大板梁腹板与翼缘之间的角焊 缝应采用腹板双面坡 口的局部熔透焊缝 ， 坡 口角 度取 4 5 。 ， 钝边尺寸通常取 68 m m， 在设计图纸 中应给出焊缝局部放大详图。 - _ _ 一 ● _ 。 2 ● j 卜 f 6 0 图 5 塔式锅炉箱型柱截面型式 及腹板与翼缘焊缝详图 在涂装后 的钢材表面施焊 ， 焊缝根部容易出 现密集气孔 ， 影响焊缝质量。涂装后 ， 用火焰吹烧 或用焊条引弧吹烧 都无法彻底 清除油漆 ， 焊缝根 部仍然会有气孔产生。因此 ， 设计时最好在图纸 中注明不油漆的部位和范围 ， 焊接后再进行涂装 ， 这对于保证焊缝 的质量、 甚至结构 的安全是十分 必要 的 。 5 构造要求 焊缝在施焊后， 由于冷却引起收缩应力， 因此 在大型电站锅炉钢结构设计 中， 应避免在钢板 中 产生层状 撕裂 ， 规范 中建议 当板 厚 大于 2 0 m m 时， 应采用收缩时不易引起层状撕裂的构造 ， 如图 6所 示 ， 宜采用 a 的焊缝 坡 口型式 ， 不 宜采用 b 的焊缝坡 口型式 。图 6中的构造要求对于局 部熔透的焊缝是适合 ， 对于全熔透的焊缝 ， 如图 5 的焊缝就很难做到， 因此设计中还应该具体情况 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 锅炉制造 总第 2 2 4期 具体分析。 a b 图 6焊 缝 的 坡 口 型式 在钢结构设计规范 中， 对 于大面积板 材 例 如大板梁的腹板 的拼接 ， 提出了可以使用 十字 形拼接 ， 这应该是 比较新的研究成果 ， 但是， 在锅 炉钢结构中， 设计人员还没有采用这一成果 ， 仍然 不允许采用十字形拼接。这说明企业标准应该根 据国家规范的升版而修改。 锅炉钢结构属于承受静载 的结构， 通过焊缝 对接的焊件不等厚或不等宽时， 应在较厚或较宽 的构件上做成坡度不 大于 1 2 ． 5 老版本规范为 1 4 的斜角， 目的是使截面平缓 过渡， 从而减小 应力集 中。当一侧厚度差不大于 4 m m时 ， 焊缝 表面的斜度足以满足平缓过渡的要求 ， 因此当一 侧板厚差大于 4 m m时才需要做成斜角。在设计 中应尽量避免在厚度方 向做斜角 ， 主要原因是加 工很困难。角焊缝的最小尺寸为 1 ． 5 t t 为较 厚板件的厚度 ， 最大尺寸为 1 ． 2 t t 为较厚板件 的厚度 。如果设计焊缝 的焊脚尺寸超过最大尺 寸， 应该改为坡 口焊 通常为局部熔透焊接 。当 工型断面的腹板和翼缘板厚度相差较大时 ， 上述 角焊缝的尺寸限制不容易满足 ， 这时可以采用两 焊脚不等的角焊缝。但是 ， 通常情况下腹板和翼 板 的厚度 差不会 那么 大 。 部分熔透对接焊缝的计算厚度 h ≥i ． 5 t 。 的 规定与角焊缝最小厚度 h f 的规定是相同的， 这时 因为两者性质近似。设计中对于部分熔透焊缝的 设计应注意满足这一规定。设计者往往忽略这一 点。 规范规定的斜角角焊缝 的夹角范 围是 1 3 5 。 ≥ ≥6 0 。 ， 焊脚 夹角 1 3 5 。 时， 焊缝表 面较难 成 型， 受力状况不好 。而焊脚夹角 6 0 。 时， 施焊条 件差 ， 根部容易 留有空隙或焊渣 ， 形成焊缝缺陷。 在这两种情况下 ， 已经不能用规范中的规定来进 行计算。因此 ， 规范规定焊脚夹角超 出范围的情 况 ， 只能用于不受力的构造焊缝。在设计中， 若确 实无法满足这个条件 ， 又必须采用斜角焊缝 ， 则设 计和制造都应采取 比较特殊的方法。在锅炉钢结 构设计中我们遇到过这种情况 ， 有实践经验。 设计焊缝时另外一个必须注意的问题就是对 侧面角焊缝计算长度的规定。规范规定侧面角焊 缝 的最小计算长度为 8 h ， 且不得小于 4 0 mm。焊 缝 的最大计算长度为 6 0 h 。 T形接头、 十字形接头、 角接接头等要求熔透 的对接焊缝或角接对接组合焊缝 ， 其焊脚尺寸不 应小于 t ／ 4 t 为开坡 口的钢板的厚度 ， 且不应大 于 1 0 mm。 诸如搭接板宽度 、 搭接焊缝长度、 三面维焊应 注意的问题等 ， 在规范中都有明确的规定 ， 设计时 应严格按照相关规定执行。 6 结 论 电站锅炉钢结构属于重要的承力结构 ， 不论 是组合断面、 板材拼接 ， 还是连接， 都大量使用焊 缝 ， 因此焊接设计在结构设计中是非常重要 的一 部分内容。焊缝的安全是结构安全的基础。设计 人员首先应该清楚所设计的焊缝的受力状态、 约 束条件、 使用要求 ， 确定合适 的焊缝型式， 对于重 要的承力焊缝应进行严格 的力学计算 ， 图纸 中对 焊缝 的标注必须完整、 清晰、 规范， 需要制造时特 别注意的事项也应清楚注明。在焊缝设计 中要充 分考虑到安全性和经济性， 也就是说 ， 设计时在确 保安全的前提下 ， 还要考虑到施焊的可行性 、 制造 的经济性 ， 还应方便安装 。总之 ， 一个好的设计 ， 绝对不仅仅是安全性得到保证 ， 设计者应该对施 焊条件、 检查 、 安装等方 面有一个综合 的考虑 ， 在 此基础上 ， 选择合理 的焊缝型式和焊脚尺寸。 参考文献 [ 1 ] 陈裕川 ， 低合金结构钢的焊接， 机械工业 出版社， 1 99 2． 2． [ 2 ] 钢结构设计规范， G B 5 0 0 1 72 0 0 3 ， 中国计划出版 社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 高层 民用建筑钢结构 技术规程 ， J G J 9 9 9 8 ， 中国建 筑工业 出版社 ， 1 9 9 8 ． 1 2 ． 1 ． [ 4 ] 钢结构工程施工质量验收规范， G B 5 0 2 0 5 2 0 0 1 ， 中 国计划出版社， 2 0 0 2 ． [ 5 ] 锅炉钢结构设计规范， G B ／ T 2 2 3 9 52 0 0 8 ， 中国标 准 出版社 ， 2 0 0 9 ． 3 ． [ 6 ] 大容量锅炉金属结构焊接技术条件， H G 3 0 ． 2 0 0 3 ． 0 0 1 D ， 哈尔滨锅炉厂有 限责任公 司企业标准， 2 0 0 3． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m