焊接责任工程师培训讲义1.pdf
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1、钢制压力容器焊接工艺评钢制压力容器焊接工艺评钢制压力容器焊接工艺评钢制压力容器焊接工艺评 定项目的优化和整合定项目的优化和整合定项目的优化和整合定项目的优化和整合 经过二十余年的努力和积累,国内经过二十余年的努力和积累,国内 压力容器制造企业对焊接工艺评定重压力容器制造企业对焊接工艺评定重 要性的认识不断深入,焊接工艺评定要性的认识不断深入,焊接工艺评定 工作也取得大的进展。目前,企业做工作也取得大的进展。目前,企业做 了上百个甚至几百个焊接工艺评定项了上百个甚至几百个焊接工艺评定项 目的并不少见。但是由于对目的并不少见。但是由于对JB4708JB4708- - 20002000标准认识和理解
2、的偏差,也出现标准认识和理解的偏差,也出现 一些不可忽视的问题,如焊接工艺评一些不可忽视的问题,如焊接工艺评 定项目的选择无序,无计划,随意性定项目的选择无序,无计划,随意性 大,大,以致焊接工艺评定覆盖范围重以致焊接工艺评定覆盖范围重 叠,叠, 评定项目相互重复;甚至有的企业所做评定项目相互重复;甚至有的企业所做 评定项目数量虽不少,但却不能覆盖现评定项目数量虽不少,但却不能覆盖现 有的压力容器产品。因而急需对焊接工有的压力容器产品。因而急需对焊接工 艺评定项目进行优化和整合。在确定焊艺评定项目进行优化和整合。在确定焊 接工艺因素时,尽量扩大焊接工艺评定接工艺因素时,尽量扩大焊接工艺评定 覆
3、盖范围,避免和减少覆盖范围的重覆盖范围,避免和减少覆盖范围的重 叠,减少焊接工艺评定数量,保证焊接叠,减少焊接工艺评定数量,保证焊接 工艺评定项目能覆盖全部压力容器产工艺评定项目能覆盖全部压力容器产 品。品。 根据根据压力容器安全技术监察规压力容器安全技术监察规 程程和和JB4708JB4708- -20002000标准,按照钢制压标准,按照钢制压 力容器用材种类(碳钢和低合金钢、铬力容器用材种类(碳钢和低合金钢、铬 镍奥氏体不锈钢)、焊接方法(焊条电镍奥氏体不锈钢)、焊接方法(焊条电 弧焊、埋弧焊、钨极气体保护焊)、焊弧焊、埋弧焊、钨极气体保护焊)、焊 后热处理类别,对各种钢制压力容器的后热
4、处理类别,对各种钢制压力容器的 焊接工艺评定项目进行分析和探讨。焊接工艺评定项目进行分析和探讨。 ? ? 1 1、碳钢和低合金钢制压力容器、碳钢和低合金钢制压力容器 ? ? 1.1 1.1 不进行焊后热处理(不进行焊后热处理(As WeldAs Weld) ? ? 对于母材为标准抗拉强度下限值小于或等对于母材为标准抗拉强度下限值小于或等 于于540MPa540MPa及及- -2 2组以外的钢材,为了充分组以外的钢材,为了充分 利用焊接工艺评定的覆盖范围,减小焊接利用焊接工艺评定的覆盖范围,减小焊接 工艺评定项目共同叠加的覆盖范围,达到工艺评定项目共同叠加的覆盖范围,达到 减少焊接工艺评定数量的
5、目的,在拟定焊减少焊接工艺评定数量的目的,在拟定焊 接工艺指导书时,选择焊接工艺评定试件接工艺指导书时,选择焊接工艺评定试件 的厚度分别为的厚度分别为6mm6mm、16mm16mm、38mm38mm。评定合格。评定合格 后,则它们的焊件母材厚度覆盖范围分别后,则它们的焊件母材厚度覆盖范围分别 为为1.51.512mm12mm、121232mm32mm、28.528.5200mm200mm。 这样,选择的三个焊接工艺评定项目则可不间断地覆这样,选择的三个焊接工艺评定项目则可不间断地覆 盖盖1.51.5200mm200mm的所有板厚,见表的所有板厚,见表1 1。 表表1 1 28.528.5200
6、2003838 3 3 121232321616 2 2 1.51.51212 6 6 AWAW SMAWSMAW (或(或SAWSAW GTAWGTAW) 1 1 焊件母材焊件母材 厚度覆盖厚度覆盖 范围范围 mmmm 试件母材试件母材 厚度厚度 mmmm 焊后热处焊后热处 理类别理类别 焊接方法焊接方法序号序号 ? ? 注:注:AWAWAS WELDAS WELD,即焊态,不进行焊后热,即焊态,不进行焊后热 处理。处理。 ? ? 从表从表1 1可以看出,对于焊条电弧焊、埋弧焊可以看出,对于焊条电弧焊、埋弧焊 和钨极气体保护焊,每种焊接方法各有三和钨极气体保护焊,每种焊接方法各有三 个焊接工
7、艺评定项目。对于中厚板和厚个焊接工艺评定项目。对于中厚板和厚 板,如厚度板,如厚度16mm16mm和和38mm38mm的试件,可以采用的试件,可以采用 二种焊接方法(钨极气体保护焊和焊条电二种焊接方法(钨极气体保护焊和焊条电 弧焊)或三种焊接方法(钨极气体保护弧焊)或三种焊接方法(钨极气体保护 焊、焊条电弧焊和埋弧焊)的组合评定代焊、焊条电弧焊和埋弧焊)的组合评定代 替分别评定,这样一个工艺评定可以代替替分别评定,这样一个工艺评定可以代替 二个或三个评定,达到减少焊接工艺评定二个或三个评定,达到减少焊接工艺评定 数量的目的。数量的目的。 ? ? 对于母材为对于母材为- -2 2组和标准抗拉强度
8、下限值组和标准抗拉强度下限值 大于大于540MPa540MPa的强度型低合金钢,拟定焊接的强度型低合金钢,拟定焊接 工艺指导书时,选择焊接工艺评定的试件工艺指导书时,选择焊接工艺评定的试件 厚度分别为厚度分别为6mm6mm、16mm16mm、32mm32mm、64mm64mm、 128mm128mm,评定合格后,则它们的焊件母材厚,评定合格后,则它们的焊件母材厚 度覆盖范围分别为度覆盖范围分别为1.51.512mm12mm、121224mm24mm、 242448mm48mm、484896mm96mm、9696192mm192mm,这样,这样, 选择的五个焊接工艺评定就可不间断地覆选择的五个焊
9、接工艺评定就可不间断地覆 盖从盖从1.51.5192mm192mm的所有板厚,而且没有发的所有板厚,而且没有发 生覆盖范围的重叠,见表生覆盖范围的重叠,见表2 2。 表表表表2 2 2 2 9696192192128128 5 5 484896966464 4 4 242448483232 3 3 121224241616 2 2 1.51.51212 6 6 AWAW SMAWSMAW (或(或SAWSAW GTAWGTAW) 1 1 焊件母材厚焊件母材厚 度覆盖范围度覆盖范围 mmmm 试件母材试件母材 厚度厚度 mmmm 焊后热处焊后热处 理类别理类别 焊接方法焊接方法序序 号号 ? ?
10、 1.2 1.2 高于上转变温度进行焊后热处理高于上转变温度进行焊后热处理 (NormalizingNormalizing) ? ? 这主要针对热冲压成形的碳钢和低合这主要针对热冲压成形的碳钢和低合 金钢凸形封头的拼接焊接接头的焊接金钢凸形封头的拼接焊接接头的焊接 工艺评定。工艺评定。 ? ? 对于热冲压成形的碳钢和低合金钢对于热冲压成形的碳钢和低合金钢 制凸形封头,应充分考虑封头拼接焊制凸形封头,应充分考虑封头拼接焊 接接头热冲压的热过程,如果认为热接接头热冲压的热过程,如果认为热 冲压的热加工过程不属于焊后热处冲压的热加工过程不属于焊后热处 理,这样的理解是不正确的。理,这样的理解是不正确
11、的。 对于碳钢和低合金钢制凸形封头,热对于碳钢和低合金钢制凸形封头,热 冲压过程的加热温度已达到或超过冲压过程的加热温度已达到或超过 910910(铁碳平衡图上的临界点(铁碳平衡图上的临界点A3A3),), 因而封头的热冲压过程类似于正火热处因而封头的热冲压过程类似于正火热处 理过程(理过程(NormalizingNormalizing),直接影响到),直接影响到 封头拼接焊接接头的力学性能和弯曲性封头拼接焊接接头的力学性能和弯曲性 能,对于封头拼接焊接接头实际上也就能,对于封头拼接焊接接头实际上也就 是一次焊后热处理过程。是一次焊后热处理过程。 ? ? 由于热冲压加热温度超过了碳钢和低合由于
12、热冲压加热温度超过了碳钢和低合 金钢的上转变温度,因而适用于焊件的金钢的上转变温度,因而适用于焊件的 最大厚度为试件厚度的最大厚度为试件厚度的1.11.1倍,按倍,按 JB4708JB4708- -20002000的表的表8 8;而适用于焊件的最;而适用于焊件的最 小厚度按小厚度按JB4708JB4708- -20002000中表中表5 5或表或表3 3(IVIV- - 2 2组和组和 b b 540MPa540MPa强度型低合金钢)。强度型低合金钢)。 对于大多数压力容器制造企业所需焊接对于大多数压力容器制造企业所需焊接 工艺评定的项目推荐见表工艺评定的项目推荐见表3 3。 ? ? 表表3
13、3 ? ? 从表从表3 3可以看出,在重要因素和补加因素不变的可以看出,在重要因素和补加因素不变的 条件下,厚板评定合格的焊接工艺,其母材厚度条件下,厚板评定合格的焊接工艺,其母材厚度 覆盖范围将包容了较薄板。因此,此种情况下,覆盖范围将包容了较薄板。因此,此种情况下, 应做较厚板的焊接工艺评定。充分利用焊接工艺应做较厚板的焊接工艺评定。充分利用焊接工艺 评定的覆盖范围,减少工艺评定次数。评定的覆盖范围,减少工艺评定次数。 5 541.841.83838NNSAWSAW 2 2 5 541.841.83838NNSMAWSMAW 1 1 焊件母材厚焊件母材厚 度覆盖范围度覆盖范围 mmmm 试
14、件母材试件母材 厚度厚度 mmmm 焊后热处理焊后热处理 类别类别 焊接方法焊接方法序序 号号 ? ? 1.3 1.3 先高于上转变温度,继之在低于下转变先高于上转变温度,继之在低于下转变 温度进行焊后热处理(温度进行焊后热处理(Normalizing + Normalizing + Stress ReliefStress Relief) ? ? 这主要针对热冲压成形的碳钢和低合金钢凸这主要针对热冲压成形的碳钢和低合金钢凸 形封头的拼接焊接接头的焊接工艺评定。形封头的拼接焊接接头的焊接工艺评定。 ? ? 对于焊后需整体热处理消除应力的压力容器对于焊后需整体热处理消除应力的压力容器 (如液化石油
15、气储罐、液氯储槽等),其热(如液化石油气储罐、液氯储槽等),其热 冲压成形的封头的拼接焊接接头也就要与容冲压成形的封头的拼接焊接接头也就要与容 器一起再进行一次消除应力热处理,因而这器一起再进行一次消除应力热处理,因而这 类压力容器在制造过程中封头拼接焊接接头类压力容器在制造过程中封头拼接焊接接头 相当于进行了两次焊后热处理,正火相当于进行了两次焊后热处理,正火+ +消除消除 应力热处理(应力热处理(N+SRN+SR)。所需焊接工艺评定项)。所需焊接工艺评定项 目见表目见表4 4。 表表表表4 4 4 4 5 541.841.83838NNSRSRSAWSAW 2 2 5 541.841.83
16、838NNSRSRSMAWSMAW 1 1 焊件母材厚焊件母材厚 度覆盖范围度覆盖范围 mmmm 试件母材试件母材 厚度厚度 mmmm 焊后热处焊后热处 理类别理类别 焊接方法焊接方法序号序号 从表从表4 4可以看出,在重要因素和补加可以看出,在重要因素和补加 因素不变的条件下,厚板评定合格的因素不变的条件下,厚板评定合格的 焊接工艺,其母材覆盖范围包含了较焊接工艺,其母材覆盖范围包含了较 薄板。因此,此种情况下应做较厚板薄板。因此,此种情况下应做较厚板 的焊接工艺评定,充分利用焊接工艺的焊接工艺评定,充分利用焊接工艺 评定的覆盖范围,减少评定的次数。评定的覆盖范围,减少评定的次数。 ? ?
17、1.4 1.4 进行低于下转变温度的焊后热处进行低于下转变温度的焊后热处 理(理(Stress ReliefStress Relief) ? ? 对于需要焊后进行消除焊接应力热处对于需要焊后进行消除焊接应力热处 理(理(SRSR)的压力容器,其焊接接头也)的压力容器,其焊接接头也 就要进行消应处理(就要进行消应处理(SRSR),当焊件规),当焊件规 定进行冲击试验时,该类压力容器的定进行冲击试验时,该类压力容器的 焊接接头焊接工艺评定项目,推荐见焊接接头焊接工艺评定项目,推荐见 表表5 5。 ? ? 表表5 5 28.528.52002003838 3 3 121232321616 2 2 1
18、.51.51212 6 6 SRSR SMAWSMAW (或(或SAWSAW GTAWGTAW) 1 1 焊件母材焊件母材 厚度覆盖厚度覆盖 范围范围 mmmm 试件母材试件母材 厚度厚度 mmmm 焊后热处焊后热处 理类别理类别 焊接方法焊接方法序号序号 ? ? JB4708JB4708- -20002000标准规定:标准规定:“ “试件的焊后热试件的焊后热 处理应与焊件在制造过程中的热处理处理应与焊件在制造过程中的热处理 基本相同,加热温度范围不得超过相基本相同,加热温度范围不得超过相 应标准或技术文件规定应标准或技术文件规定” ”。“ “低于下转变低于下转变 温度进行焊后热处理(温度进行
19、焊后热处理(SRSR)时,试件)时,试件 的保温时间不得少于焊件在制造过程的保温时间不得少于焊件在制造过程 中累计保温时间的中累计保温时间的80%80%” ”。 ? ? 当试件较薄时,低于下转变温度焊后热处当试件较薄时,低于下转变温度焊后热处 理保温时间相应较短,但这类试件,尤其理保温时间相应较短,但这类试件,尤其 是小于或等于是小于或等于6mm6mm的试件的工艺评定主要应的试件的工艺评定主要应 用于覆盖压力容器接管与壳体角接头的组用于覆盖压力容器接管与壳体角接头的组 合焊缝(对接焊缝合焊缝(对接焊缝+ +角焊缝),见图角焊缝),见图1 1。由。由 于接管厚度较薄(一般为于接管厚度较薄(一般为
20、1.5mm1.5mm)。当容)。当容 器进行焊后整体消除应力热处理(器进行焊后整体消除应力热处理(SRSR) 时,接管与壳体的组合焊缝也就要与较厚时,接管与壳体的组合焊缝也就要与较厚 的壳体焊缝一样经过保温时间较长的下转的壳体焊缝一样经过保温时间较长的下转 变温度热处理,充分考虑这些情况变温度热处理,充分考虑这些情况, 拟定焊接工艺指导书时,就应按较厚拟定焊接工艺指导书时,就应按较厚 壳体焊件选取可能遇到的较长保温时壳体焊件选取可能遇到的较长保温时 间,避免因热处理保温时间覆盖不间,避免因热处理保温时间覆盖不 上,而另做一个保温时间更长的焊接上,而另做一个保温时间更长的焊接 工艺评定。根据经验
21、,笔者推荐,对工艺评定。根据经验,笔者推荐,对 于壁厚小于或等于于壁厚小于或等于6mm6mm的工艺评定试的工艺评定试 件,低于下转变温度焊后热处理保温件,低于下转变温度焊后热处理保温 时间至少时间至少2 2小时以上。小时以上。 当试件较厚时,低于下转变温度焊后当试件较厚时,低于下转变温度焊后 热处理保温时间相应较长,若有中间热处理保温时间相应较长,若有中间 热处理或焊缝多次返修,热处理累积热处理或焊缝多次返修,热处理累积 保温时间还会更长,充分考虑这些因保温时间还会更长,充分考虑这些因 素,拟定焊接工艺指导书时选取可能素,拟定焊接工艺指导书时选取可能 遇到的较长保温时间,就可避免因热遇到的较长
22、保温时间,就可避免因热 处理保温时间覆盖不上,而又要做另处理保温时间覆盖不上,而又要做另 一个更长保温时间的焊接工艺评定。一个更长保温时间的焊接工艺评定。 ? ? 2 2、铬镍奥氏体不锈钢制压力容器、铬镍奥氏体不锈钢制压力容器 ? ? 2.1 2.1 不进行焊后热处理(不进行焊后热处理(As WeldAs Weld) ? ? 铬镍奥氏体不锈钢制压力容器,一般不进铬镍奥氏体不锈钢制压力容器,一般不进 行焊后热处理,而且对于使用温度大于或行焊后热处理,而且对于使用温度大于或 等于等于- -196196的铬镍奥氏体不锈钢母材可免的铬镍奥氏体不锈钢母材可免 做冲击实验。但是应考虑到用于设计温度做冲击实
23、验。但是应考虑到用于设计温度 低于低于- -100100时的铬镍奥氏体不锈钢制低温时的铬镍奥氏体不锈钢制低温 压力容器,按照压力容器,按照GB150GB150- -19981998的附录的附录C1.4C1.4 条,铬镍奥氏体不锈钢低温容器,当条,铬镍奥氏体不锈钢低温容器,当“ “设计设计 温度低于温度低于- -100100时,应按时,应按JB4708JB4708进行焊缝进行焊缝 金属的低温夏比(金属的低温夏比(V V型缺口)冲击试验,且型缺口)冲击试验,且 符合符合C2.1.7C2.1.7的要求的要求” ”。 ? ? 这类容器如设计温度为这类容器如设计温度为- -196196的液氧、液的液氧、
24、液 氮低温绝热容器和液化天然气(氮低温绝热容器和液化天然气(LNGLNG)罐式)罐式 集装箱等,其内容器由奥氏体不锈钢焊制集装箱等,其内容器由奥氏体不锈钢焊制 而成,它们的焊接接头的焊接工艺就需要而成,它们的焊接接头的焊接工艺就需要 焊缝金属经焊缝金属经- -196196低温夏比冲击试验合格低温夏比冲击试验合格 的焊接工艺评定支持。的焊接工艺评定支持。 ? ? 因此对于铬镍奥氏体不锈钢制压力容器,因此对于铬镍奥氏体不锈钢制压力容器, 其焊接接头的焊接工艺评定项目,则分为其焊接接头的焊接工艺评定项目,则分为 不要求焊缝金属进行冲击试验(见表不要求焊缝金属进行冲击试验(见表6 6)和)和 要求焊缝
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