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1、压力容器焊接,焊接基础知识 焊接工艺评定 焊工资格考核 焊接工艺一般要求 碳素钢和低合金钢的焊接 不锈钢的焊接 产品焊接试件及检验,一、焊接基础知识,1、常用焊接方法 （1）焊条电弧焊（手工电弧焊）（SMAW） 设备简单，便于操作，适用于室内外各种位置的焊接，可以焊接各种材料，应用十分广泛； 生产效率低，劳动强度大； 对焊工的技术水平及操作要求较高。,（2）埋弧自动焊（SAW） 生产率比手工电弧焊高510倍，节省焊材，自动操作使焊接规范参数稳定，焊缝成分均匀，外型光滑美观，因而焊接质量良好、稳定； 设备比较复杂昂贵； 由于电弧不可见，因而对接头加工与装配要求严格； 焊接位置受到一定限制，一般在
2、平焊位置焊接。,（3）氩弧焊 非熔化极（TIG ，GTAW），熔化极（MIG） 手工，半自动，自动； 适于焊接各种钢材、有色金属及合金，焊接质量优良；便于实现全位置自动化焊接； 热量集中，熔池较小，焊接速度较快，热影响区较小，工件焊接变形较小；电弧稳定，飞溅小，成形美观，适于双面成形。 氩气成本较昂贵，氩弧焊的设备和控制系统比较复杂； 钨极氩弧焊的生产效率较低。,（4）CO2气体保护焊（GMAW） CO2气体，混合气体（富氩） 成本低，效率高，质量好，操作性能好； 控制或操作不当时，容易产生气孔。焊接设备比较复杂。二氧化碳气体保护焊在压力容器制造中可用于焊接低碳钢、低合金钢 （5）等离子弧焊（
3、PAW） （6）电渣焊（ESW）：用于大厚度件的纵缝立焊 （7）窄间隙焊（narrow-gap）：用于大厚度件的环缝焊接 （8）气电立焊（EGW）：用于中厚板以上的纵缝立焊 （9）带极堆焊（BESW）：用于表面耐蚀层堆焊,一、焊接基础知识,2、焊接材料 包括：焊条，焊丝，焊剂，保护气体，焊剂垫 标准 GB/T 51172012非合金钢及细晶粒钢焊条 GB/T 51182012热强钢焊条 GB/T 9832012不锈钢焊条 GB/T 9842001堆焊焊条 GB/T 81102008气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝 GB/T 100452001碳钢药芯焊丝 GB/T 52931999埋弧焊用碳
4、钢焊丝和焊剂 GB/T 124702003埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂 GB/T 178541999埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂 GB/T 48422006氩 NB/T 47018.1.7承压设备用焊接材料订货技术条件 采购通则，钢焊条，气保焊，埋弧焊，堆焊，铝焊丝，钛焊丝,焊条药皮类型,GB/T 5117,GB/T 51171995碳钢焊条 GB/T 51172012非合金钢及细晶粒钢焊条 标准修订后名称改变为“非合金钢及细晶粒钢焊条”，标准的适用范围在原标准基础上进行了扩大。 一是增加了耐候钢焊条的技术要求，与原碳钢焊条一起列入非合金钢类焊条； 二是增加了原GB/T 5118-1995低合金钢焊
5、条中的镍钢、镍钼钢焊条； 三是标准抗拉强度范围由490MPa提高到570MPa，将原GB/T 5118-1995低合金钢焊条中的所有碳钼钢焊条，锰钼钢焊条中的E5515-D3、E5516-D3、E5518-D3，其他低合金焊条中的E5018W、E5518W等焊条的技术要求增加到本标准之中。,GB/T 5117 的焊条型号示例,E 4303 E表示焊条； 43熔敷金属抗拉强度最小值为430MPa； 03药皮类型为钛型，适用于全位置焊接，采用交流或直流 E 5515 N5 P U H10 E 表示焊条； 55 熔敷金属抗拉强度最小值为550MPa； 15 药皮类型为碱性，适用于全位置焊接，采用直流
6、反接； N5 熔敷金属化学成分分类代号； P 焊后状态代号，此处表示热处理状态； U 为可选附加代号，表示在规定温度下冲击功47J以上； H10 可选附加代号，表示熔敷金属扩散氢含量不大于10mL/100g 。,GB/T 5118,GB/T 51181995低合金钢焊条 GB/T 51182012热强钢焊条 标准修订后名称改变为“热强钢焊条”，仅保留了原GB/T 5118-1995低合金钢焊条中的碳钼钢焊条和铬钼钢焊条内容 原标准中镍钢、镍钼钢，锰钼钢焊条型号中的E5515-D3、E5516-D3、E5518-D3，其他低合金焊条型号中的E5018W、E5518W等焊条，转到新修订的GB/T
7、5117-2012非合金钢及细晶粒钢焊条标准中。 原GB/T 5118-1995低合金钢焊条中的高强钢焊条技术要求正在立项阶段。,GB/T 5118,型号编制方法的变化 焊条型号按熔敷金属力学性能、药皮类型、焊接位置、电流类型、熔敷金属化学成分等进行划分。 其中熔敷金属化学成分用“CM”表示，标识“C”前的整数表示Cr的名义含量，“M”前的整数表示Mo的名义含量。对于Cr或者Mo，如果名义含量少于1，则字母前不标记数字。 型号示例：E 6215 2C1M H10 E表示焊条； 62熔敷金属抗拉强度最小值为620MPa； 15药皮类型为碱性，适用于全位置焊接，采用直流反接； 2C1M熔敷金属化学
8、成分分类代号； H10可选附加代号，表示熔敷金属扩散氢含量不大于10mL/100g。,GB/T 983,GB/T 9831995不锈钢焊条 GB/T 9832012不锈钢焊条 与GB/T 983-1995不锈钢焊条相比，删除了焊条熔敷金属化学成分铬含量小于11%的E502-XX、E505-XX、E7Cr-XX、E5MoV-XX、E9Mo-XX、E11MoVNi-XX和E11MoVNiW-XX七个焊条型号； 增加了焊接位置“4”，适用于包括向下立焊的全位置焊接； 焊条的熔敷金属力学性能和化学成分要求按国际标准进行了相应调整。,一、焊接基础知识,3、焊缝与焊接接头 “焊缝”是指焊件经焊接后所形成的
9、结合部分 焊接接头包括：焊缝、熔合区、热影响区,二、焊接工艺评定 监检人员应当对焊接工艺的评定过程进行监督； 焊接工艺评定报告(PQR)和焊接工艺规程(WPS) 经过监检人员签字确认后存入技术档案； 焊接工艺评定技术档案应当保存至该工艺评定失效为止，焊接工艺评定试样应当至少保存5年。 三、焊工资格考核 取得相应项目的特种设备作业人员证； 施焊记录与焊接记录 焊工代号钢印，或者在焊接记录(含焊缝布置图)中记录焊工代号，焊接记录列入产品质量证明文件。,四、焊接工艺一般要求,1、焊接环境条件 风速：手工焊10m/s，气保焊2m/s 相对湿度：90% 焊件温度：20 焊件温度为020时，将始焊处预热到
10、15以上 无雨雪环境 焊材贮存库相对湿度：60%， 温度：5 2、焊接工艺要求 禁止在非焊接部位引弧和收弧 受压元件角焊缝的根部应保证焊透 控制线能量不超过评定合格值 控制层间温度 双面焊应清理焊根 每条焊缝应尽可能一次焊完,四、焊接工艺一般要求,3、返修 具有经过评定合格的焊接工艺规程(WPS)支持； 焊缝同一部位的返修次数不宜超过2次，如超过2次，返修前应当经过制造单位技术负责人批准； 返修的次数、部位、返修情况记入压力容器质量证明文件； 在热处理后进行焊接返修，根据补焊深度确定是否需要进行消除应力处理； 有特殊耐腐蚀要求的压力容器或者受压元件，返修部位仍需保证不低于原有的耐腐蚀性能； 返
11、修部位应当按照原要求检测合格； 耐压试验后进行返修的，返修深度大于1/2厚度的，应当重新进行耐压试验。,五、碳素钢和低合金钢的焊接,1、焊接性能 碳素钢 低合金钢：普通低合金钢、低合金高强钢、低合金耐热钢（Cr- Mo）、低合金低温钢（Ni） 主要问题：冷裂纹，再热裂纹 冷裂纹三要素：扩散氢，淬硬组织，拉伸应力 碳当量：Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15 Ceq0.6， 属较难焊的钢材。 再热裂纹：焊接冷却后，又重新加热到较高温度时产生的裂纹 主要在铬钼钢中出现,五、碳素钢和低合金钢的焊接,2、焊材选择原则 碳素钢、普低钢和低合金高强钢：力学性能 Cr- Mo耐
12、热钢：化学成分 低温钢：化学成分和低温韧性 异种钢接头：就低的原则 3、焊接方法：各种 4、焊接工艺： 主要因素：降低冷却速度，避免冷裂纹产生 最有效方法：预热,5、预热,（1）焊前预热的作用: 降低焊接冷却速度，遏制或减少淬硬组织； 减小焊接区的温度梯度，降低焊接接头内应力； 扩大焊接区的温度场，使焊接接头在较宽的区域内处于塑性状态，减弱了焊接应力的不利影响； 降低残余应力峰值； 有利于焊缝中氢的逸出。,预热温度对焊缝边界焊接热循环的影响,（2）预热要求,测温点位置（预热范围）：（距焊缝坡口边缘） 50mm，宽度为4，且不超过50mm； 50mm，宽度75mm； 测温方法：在加热面的背面测定
13、温度 温度均匀化：每25mm厚度，2min 预热温度：由焊接性试验确定,6、其他焊接工艺,层间温度：不低于预热温度 焊接参数：由焊接工艺评定确定 线能量(热输入)：焊接电流、焊接电压、焊接速度 缓冷 后热处理：在焊接完成后，立即加热到一定温度 一般为200350 （根据材料和结构型式的不同而不同） 保持一定时间（一般不少于30min）， 目的：降低扩散氢含量,六、不锈钢的焊接,1、焊接性能 用于耐腐蚀、高温、低温 奥氏体不锈钢主要问题： 晶间腐蚀： 碳在奥氏体中溶解度不同，1100时达0.12%，450850时只有0.02%，称为敏化温度； 在敏化温度区晶粒边界析出Cr23C6，造成晶界局部贫
14、铬（含Cr量低于12%），丧失抗腐蚀能力。 解决办法：超低碳，添加稳定化元素（Ti、Nb），快速冷却 热裂纹：S可与Ni形成低熔点共晶，熔点650，聚集在晶界，凝固过程中，在拉伸应力的作用下开裂。 解决办法：严格限制S、P含量 马氏体、铁素体不锈钢主要问题 ：冷裂纹，脆化,六、不锈钢的焊接,2、焊接方法：常见方法 3、焊材选择原则 同种接头：化学成分 不同奥氏体不锈钢异种接头：化学成分就低的原则 不同马氏体、铁素体不锈钢异种接头：化学成分就低的原则 提高焊缝耐腐蚀性：超低碳，添加稳定化元素（Ti、Nb）,奥氏体不锈钢与碳素钢、低合金钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢的异种接头应选用： 25Cr-1
15、3Ni（E309型），25Cr-20Ni（E310型）,六、不锈钢的焊接,4、焊接工艺 马氏体、铁素体不锈钢：与低合金钢相类似 奥氏体不锈钢：快速冷却（与低合金钢相反） 不预热，层间温度150， 小线能量，多层多道焊， 背面充氩保护 药芯焊丝的应用 5、不锈钢复合钢的焊接 马氏体（铁素体）不锈钢复合钢，奥氏体不锈钢复合钢 焊材选择：基层和复层：按其本身选焊材 过渡层： 选25Cr-13Ni或25Cr-20Ni型焊材,预热：按总厚度确定 定位焊：只允许焊在基层上 焊接顺序：基层过渡层复层 不得用碳钢、低合金钢焊材在复层、过渡层上施焊 过渡层焊缝应同时熔合基层焊缝、基层母材、复层母材，且盖满基层焊
16、缝和基层母材,七、 产品焊接试件及检验,1、 产品焊接试件的意义 检验产品焊接接头的力学性能和弯曲性能 2、 需要制备产品焊接试件的条件 碳钢、低合金钢制低温容器； 抗拉强度下限值540MPa的低合金钢制容器； 需经过热处理改善或者恢复材料力学性能的钢制容器； 盛装毒性为极度或者高度危害介质的压力容器； 设计和标准要求制备产品焊接试件的压力容器。,七、 产品焊接试件及检验,3、产品焊接试件制备 试件材料：与容器同标准、同牌号、同厚度、同热处理状态 由施焊容器的焊工，同条件、同工艺焊接 在筒节A类纵向接头焊缝的延长部位与筒节同时施焊 与容器同炉热处理 同一台容器上不同壳体的纵向接头工艺不同，则分
17、别制作试件,4、产品焊接试件的检验 检验依据：NB/T47016-2011承压设备产品焊接试件的力学性能检验 检验项目：外观，无损检测，拉伸，弯曲，冲击（要求时） 试样类别、数量： 10T20，可用2个侧弯代替面弯和背弯； 两侧母材钢号不同时，每侧热影响区都取3个冲击； 低碳钢、Q345R和铬镍奥氏体钢允许免做热影响区冲击。,拉伸试验：与焊接工艺评定相同 弯曲试验：与焊接工艺评定相同 冲击试验： 试验温度：不高于最低设计金属温度。 合格标准：试验温度下，3个试样的平均值不低于规定值，其中1个试样的冲击功可小于规定值，但不得小于规定值的70。 铬镍奥氏体钢试样还应提供侧向膨胀量。,七、 产品焊接试件及检验,5、复验 检验项目不合格，允许从原试件上取样复验。 拉伸、弯曲试验：对不合格项目取双倍试样复验（如：面弯试样不合格，再取2个试样做面弯）； 合格指标按原要求，复验试样应全合格。 冲击试验：不合格的项目取一组（3个样）复验； 合格指标为：前后两组6个试样的平均值不低于规定值，允许有2个试样小于规定值，但其中小于规定值70的只允许1个。,