奥氏体不锈钢应变强化焊接工艺评定方案

word美格式固定式奥氏不锈钢应强化低温容焊接工艺评方案编制：审核：精心整理

学习帮手word美格式批准：重庆中容石化机制有公2015年10月一、总奥氏体不锈钢具有良好的综合力学性能和优异的抗腐蚀性能及良好的低温使用性能，是一种应用广泛的压力容器用钢。通常奥氏体不锈钢屈服强度较低，屈强比小按照现行的安全系数其许用应力由材料的屈服强度决定由实际应用经验证明此方法确定的材料许用应力与材料在低温使用条件下的强度值较大，因而导致设计的低温压力容器壁厚较厚、设备笨重，材料浪费严重，制造和运输成本较高利用应变强化工艺在确保奥氏体不锈钢原有力学性能不受大的影响的前提下使材料发生一部分塑性变形可以有效提高奥氏体不锈钢的屈服精心整理

学习帮手word美格式强度。采用应变强化后材料新的屈服强度设计的容器，其壁厚通常可以减薄30%～50%，有利于节省材料，降低制造成本及运输中的能耗，经济效益显著。二、编依据奥氏体不锈钢应变强化低温容器焊接工艺评定对奥氏不锈钢应变强化前后力学性能的改变及本公司低温容器焊接接头的特点进行焊接工艺评定试验照《固定式奥氏体不锈钢应变强化低温容器》、GB150.1～150.4-2011《压力容器》、承压设备焊接工艺评定》、NB/T47016-2011承压设备产品焊接试件的力学性能检验》的规定及要求进行编制。1焊接工艺评定一般要求1.1、焊接工艺评定试验应按NB/T47016-2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》规定；1.2、焊接工艺评定应在本单进行。焊接工艺评定所用设备、仪表应处于正常工作状态金属材料焊接材料应符合相应标准由本单位操作技能熟练的焊接人员使用本单位设备焊接试件；1.3、对接焊缝试件评定合格焊接工艺适用于角焊缝；1.4、在焊接本工艺评定前，首先对本工艺评定提出相应的预焊接工艺规程，焊接工艺评定合格后，提出相应的焊接工艺评定报告；1.5、焊接工艺评定方案的评内容及结果应当由单位焊接责任工程师审核，技术负责人批准，经过监检人员认可后方可进行。三、焊工艺评定目1本次焊接工艺评定，是为固定式奥氏体不锈钢应变强化低温容器焊接施工提精心整理

学习帮手word美格式供依据；评定奥氏体不锈钢应变强化低温容器的所采用的焊接方法，坡口型式等一系列焊接参数；验证奥氏体不锈钢应变强化后屈服强度较应变强化之前有较大的提高，为采用应变强化后新的屈服强度提供理论基础。四、焊工艺评定项本次焊接工艺评定试验材料将选取国产GB24511.S30408(δ=8和=12)和美国ASME料SA-240.S30400(δ=8和=12)两种材料进行，以检验美国ASME材料和国产材料焊接参数及焊接材料。由于固定式奥氏体不锈钢应变强化低温容器在制作过程中焊接方法多埋弧焊，焊条电弧焊，钨极氩弧焊），且试验又分为应变强化前和应变强化后。故决定了本次焊接工艺评定项目多样性与复杂性。下表1中，序号1~12为应变强化之前焊接工艺评定项目，序号13~24为应变强化之后焊接工艺评定项目。表1焊接工艺评定试验项目应变强化前

序号

焊接方法SAW(埋弧焊)SAW(埋弧焊)SMAW(焊条电弧焊SMAW(焊条电弧焊GTAW(钨极氩弧焊

评定母材S30408S30408S30408S30408S30408

母材规格δ=8δ=12δ=8δ=12δ=8

焊接位置平焊平焊平焊平焊平焊精心整理

学习帮手word美格式试验项目应变强化后试验项目

GTAW(钨极氩弧焊SAW(埋弧焊)SAW(埋弧焊)SMAW(焊条电弧焊SMAW(焊条电弧焊GTAW(钨极氩弧焊GTAW(钨极氩弧焊SAW(埋弧焊)SAW(埋弧焊)SMAW(焊条电弧焊SMAW(焊条电弧焊GTAW(钨极氩弧焊GTAW(钨极氩弧焊SAW(埋弧焊)SAW(埋弧焊)SMAW(焊条电弧焊SMAW(焊条电弧焊GTAW(钨极氩弧焊GTAW(钨极氩弧焊

S30408S30400S30400S30400S30400S30400S30400S30408S30408S30408S30408S30408S30408S30400S30400S30400S30400S30400S30400

δ=12δ=8δ=12δ=8δ=12δ=8δ=12δ=8δ=12δ=8δ=12δ=8δ=12δ=8δ=12δ=8δ=12δ=8δ=12

平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊平焊五、组机构本次工艺评定由技术、质量、生产、专业焊接管理人员、焊工、无损检测人员精心整理

学习帮手word美格式组成专业小组负责本次焊接工艺评定的组织实施焊接工艺评定焊接人员必须由本公司熟练焊工进行焊接，并邀请驻厂监检人员现场监督指导。表2焊接工艺评定试验机构人员组成序号

姓名王辉万天林陈恩泽牟红梅郎鄂谢祖华况小军杨涛

职务总工程师技术工程师质保工程师焊接工程师焊接工艺员焊接技师检验员无损检测工程师

单位重庆中容石化机械制造有限公司重庆中容石化机械制造有限公司重庆中容石化机械制造有限公司重庆中容石化机械制造有限公司重庆中容石化机械制造有限公司重庆中容石化机械制造有限公司重庆中容石化机械制造有限公司重庆中容石化机械制造有限公司

备注六、焊工艺评定1母材奥氏体不锈钢应变强化焊接工艺评定试(S30408和S30400)，必须是按炉进行化学成分复验和按批进行力学性能复验合格的板材材料化学成分和力学性能分别符合表34规定。表3材料的化学成分化学成分（%）CSiMnPSCrNiN精心整理

学习帮手word美格式≤0.08≤0.75≤2.00≤0.045≤0.03018.0-20.08.0-10.5≤0.10表4材料的力学性能0.2%屈服强1.0%屈服强抗拉强度

断后伸长率温度

度R(Mpa)

度R(Mpa)

R(Mpa)A(%)力学性能20-196

≥205≥300

≥250≥400

≥≥

≥≥以下表5~表8为焊接工艺评定各种材料各种厚度化学成分与力学性能表。表5S30408δ学成份与力学性能表0.2%屈服强1.0%屈服强抗拉强度

断后伸长率温度

度R(Mpa)

度R(Mpa)

R(Mpa)A(%)力学性能20-196

291≥300

/≥400

651≥

57.5≥化学成分（%）精心整理

学习帮手word美格式C0.05

Si0.48

Mn1.21

P0.031

S0.001

Cr18.12

Ni8.04

N0.05表6S30400δ学成份与力学性能表0.2%屈服强1.0%屈服强抗拉强度

断后伸长率温度

度R(Mpa)

度R(Mpa)

R(Mpa)A(%)力学性能20-196

270≥300

/≥400

650≥

57≥化学成分（%）C0.05

Si0.48

Mn1.21

P0.031

S0.001

Cr18.12

Ni8.04

N0.05表7S30408δ12化学成份与力学性能表0.2%屈服强1.0%屈服强抗拉强度

断后伸长率温度

度R(Mpa)

度R(Mpa)

R(Mpa)A(%)力学性能精心整理

学习帮手word美格式20-196

254≥300

/≥400

625≥

62≥化学成分（%）C0.06

Si0.47

Mn1.09

P0.025

S0.001

Cr18.03

Ni8.01

N0.01表8S30400δ12化学成份与力学性能表0.2%屈服强1.0%屈服强抗拉强度

断后伸长率温度

度R(Mpa)

度R(Mpa)

R(Mpa)A(%)力学性能20-196

284≥300

/≥400

649≥

61.0≥化学成分（%）C0.03

Si0.41

Mn1.13

P0.032

S0.001

Cr18.14

Ni8.12

N0.05表5~表8可看出所选取评定试板均符合要求。焊接工艺评定试件尺寸规格的选取根据NB/T47016的规定及实际情况综合考虑，试件单边板尺寸为（如图1示据表1得各种母材规格厚度如下表9所示焊接工艺评定试板下料后经外观检查应无咬边、裂纹、表面气孔、焊渣、凹坑、焊瘤等缺陷。表9各种规格母材试板数量精心整理

学习帮手word美格式序号

母材S30408S30400S30408S30400

规格(mm)550××8550××8550×150×550×150×

数量12块12块12块12块150图12焊接材料2.1本次焊接工艺评定焊接材料包括：焊条、焊丝、焊剂、氩气保护气体。2.2焊接材料选用原则：焊缝金属的力学性能应高于或等于母材规定的下限值；焊接材料的选取应符合NB/T47018的规定。本焊接工艺评定相同焊接方法的两种材料所选用的焊接材料均相同不分应变强化与否。具体见下表10。所选焊接材料化学成份与力学性能见表11~表13.表10焊接材料的选择序号1

母材S30408

规格δ12

焊接方法SAW

焊接材料H08Cr21Ni10SiØ4.0精心整理

学习帮手word美格式

S30400S30408

δ12δ12

SAWSMAW

CFH260RCHS107RØ4.0

S30400S30408

δ12δ12

SMAWGTAWH08Cr21Ni10SiØ2.06

S30400

δ12

GTAW表11埋弧焊焊接材料化学成份与力学性能表分学成分（质量分数%）焊接材料C

MnSiS

P

Cr

NiMoCuH08Cr21Ni10Si

0.05

0.01

0.02

19.51.62

0.44

9.150.010.11Ø4.0

9

7

97力学性能抗拉强度

延伸率

屈服强度

平均冲击功射线检测

弯曲试验(MPa)590

(A39I级

合格

(MPa)/

(J)/表12手工焊条电弧焊焊接材料化学成份与力学性能表分学成分（质量分数%）焊接材料C0.04

MnSi0.2

SP0.01

Cr20.3

NiMo0.05

Cu0.02CHS107RØ4.0

1.51

0.0042

9.688精心整理

9力学性能学习帮手

993

7word美格式抗拉强度

延伸率

屈服强度

平均冲击功射线检测

弯曲试验(MPa)694

(A42.0I级

合格

(MPa)/

(J)/表13钨极氩弧焊焊接材料化学成份与力学性能表分学成分（质量分数%）焊接材料C

MnSiS

P

Cr

NiMoCuH08Cr21Ni10Si

0.05

0.01

0.02

19.61.83

0.49

9.08//Ø2.5

4

6

82力学性能抗拉强度

延伸率

屈服强度

平均冲击功射线检测

弯曲试验(MPa)595

(A38I级

合格

(MPa)/

(J)/3焊接工具表14所需焊接工具序号

所需工具榔头扁铲焊缝量规钢板尺砂轮机

数量11111

备注精心整理

学习帮手word美格式

红外测温仪面罩氩弧焊面焊保温桶

11114焊接设备本次焊接工艺评定所选用的焊接设备为埋弧焊机焊条电弧焊机钨极气体保护焊机焊接工艺评定焊接设备与应变强化低温容器焊接设备为相同设备具体见下表。表15各种焊接设备序号1

设备名称多功能弧焊整流器

规格、型号ZD5(D)-1000

数量1

备注焊研威达2

方波交直流氩弧焊机WSE-315S

1

广州长胜焊接设备有限公司3

逆变式整流弧焊机

ZX7-500IGBT

1

华远焊机5焊接工艺评定试件准备不锈钢应变强化焊接工艺评定试件是由两块钢板对接组成（见图1不同的焊接方法有不同的坡口型式，包括坡口角度，钝边，间隙等。坡口采用机械加工，且焊接坡口表面应保持平整，不应有裂纹、分层、夹杂物等缺陷。具体见表6。表16不同焊接方法所对应的坡口型式序号1

焊接方法SAW

母材S30408

坡口型式S30400精心整理

学习帮手word美格式2SMAWS30408S304003GTAWS30408S30400坡口组对过程中要注意保护金属表面，防止机械损伤。组对完成后，坡口间隙、错边量棱角度等都应符合相关要求组对完成定位焊须用手工焊点牢定位焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣。否则应清除重焊。除钨极氩弧焊外，其余两种焊接方法焊件两端都须引入60×860××引弧板和引出板。6施焊1件施焊前应根据要求编制预焊接工艺规程焊接时各参数的选取按预焊接工艺规程。下表为各种焊接方法预焊接工艺规程部分参数。表17埋弧焊参数表焊道

焊接

填充金属

焊接电流

电弧焊接速线能量焊层

方法

牌号

直径

极性

电流

电压(cm/min)

(KJ/cm)1()SAWH08Cr21Ni10Si

(mm)Ø4.0DCEP

(A)500~700

(V)38~38

42~45≤CHF260R2()SAWH08Cr21Ni10Si

Ø4.0DCEP

500~700

38~38

42~45≤精心整理

学习帮手word美格式CHF260R表18手工焊条电弧焊参数表焊道

焊接

填充金属

焊接电流

电弧焊接速线能量焊层

方法

牌号

直径

极性

电流

电压(cm/min)

(KJ/cm)1

(mm)SMAWCHS107RØ4.0

(A)DCEP150~170

(V)22~2810~1428.56(打底)2~3(填充)4(盖面)5

SMAWCHS107RØ4.0DCEP160~18022~2810~14≤30.24SMAWCHS107RØ4.0DCEP160~18022~2810~14≤30.24SMAWCHS107RØ4.0DCEP160~18022~2810~14≤30.24(背)1、厚=8，第2为填充，第3层盖，第4层背面焊接。表19氩弧焊参数表焊道

焊接

填充金属

焊接电流

电弧焊接速线能量焊层

方法

牌号

直径

极性

电流

电压(cm/min)

(KJ/cm)(mm)

(A)

(V)1

GTAW

H08Cr21Ni10

Ø2.5

DCEN120~140

12~1810~1215.12(打底)

Si精心整理

学习帮手word美格式2~4(填充)5(盖面)6(背)

GTAWGTAWGTAW

H08Cr21Ni10SiH08Cr21Ni10SiH08Cr21Ni10Si

Ø2.5DCEN120~14012~1810~12≤15.12Ø2.5DCEN120~14012~1810~12≤15.12Ø2.5DCEN120~14012~1810~12≤15.121、厚=8，第2为填充，第3层盖，第4层背面焊接。2、焊接环境出现下列任一情况时，应采用有效防护措施，否则禁止施焊；a)、风速：气体保护焊大于2m/s,其它焊接方法大于10m/s;相对湿度大于90%；雨雪环境；焊件温度低于-20。焊接时应在引弧板或坡口内引弧禁止在非焊接部位引弧焊接完成时应在引出板上收弧，弧坑应填满。电弧擦伤处需经修磨，使其均匀过渡到母材表面，修磨的深度应不大于该部位母材厚度的5%且不大于2mm，否则应进行补焊。焊接时要严格控制试件的线能量在焊接手工焊条电弧焊和钨极氩弧焊时应注意层间清理将焊缝表面熔渣化物油脂锈迹等清除干净后再继续施焊。七、焊工艺评定检1焊接完成对试件进行检验精心整理

学习帮手word美格式1.1焊接试件检验项目：外观检查、无损检测外观检查焊接试件的焊缝表面不得有裂纹未熔合夹渣夹钨气孔焊瘤、和未焊透所有焊缝均不得咬边和凹坑焊缝背面凹坑深度不大于20%T（为母材厚度且不大于2mm；试件焊缝外形尺寸见表20表20焊接试件焊缝外形尺寸焊接方法

焊缝余高平焊

焊缝余高差平焊

焊缝宽度比坡口每侧增宽

焊道高度差宽度差平焊手工焊0~3埋弧焊0~3

≤2≤2

0.5~2.52~4

≤3≤2

//无损检测：焊接试件的射线检测按照NB/T47013.2-2015《承压设备无损检测》标准进行，射线检测技术不低于AB级，焊缝质量等级不低于Ⅱ级。2力学性能试验和弯曲试验2.1力学性能试验和弯曲试验项目和取样数量按表取样表21力学性能试验和弯曲试验项目和取样数量试件材厚度T(mm)

拉伸试验个)

弯曲试验个)

冲击试验(个)T=8T=12

拉伸21］21］

面弯2/

背弯2/

侧弯/42］

焊缝区3［33

热影响区33］31未进行应变强化处理的拉伸试验试样为4个，2个常温试验，个-196℃低精心整理

学习帮手弃弃弃弃word美格式温试验。2试件T=12mm时，用4横向侧弯试样代替2面弯和2背弯试样3试件T=8mm，冲击试验尺寸为5mm××55mm.2.2力学性能试验和弯曲试验的取样焊接试件取样时采用冷热加工方法均可但采用热加工方法取样时则应去除热影响区。图2焊接试样样坯位置及尺寸。舍

弃

舍

弃

舍

舍

图2.3拉伸试验2.31取样和加工要求：a)未进行应变强化处理试样切取未进行应变强化处理拉伸试验试样的样精心整理

学习帮手0伸试样伸拉伸试样≈327536.伸试样3.20伸试样伸拉伸试样≈327536.伸试样3.2拉伸试样二次加后尺4word美格式坯时应保留焊缝余高后将样坯制成试样时应以机械加工方法去除焊缝余高使之与母材平齐，并满足各种试样对表面质量的要求，如图示。b)9%应变强化处理试样取9%变强化处理拉伸试验试样时先须保留焊缝余高，之后再将试样样坯逐件在拉伸试验机上，通过原始标定作9%拉伸应变。卸载后静默15min完成其应变强化过程。之后再将拉伸试样样坯以机械方法去除焊缝余高。并满足各种试样对表面质量的要求，如图示。拉伸试验试样加工完成后，对未进行应变强化处理的试样和9%应变强化处理的试样分别打上永久性标志，以示区分。4

300未进行应变强化处理拉伸试坯样66

66

拉

9%变强化处拉伸试样样66300

图2.3.2试验方法未进行应变强化试样的拉伸试验分为常温拉伸和-196℃温拉伸，按照GB/T228规定的试验方法分别测定焊接接头的抗拉强度0.2%屈服强度，屈服强度，并计算断后伸长率。应变强化后拉伸试验只进行常温拉伸，按照GB/T228定的试验方法测定焊接接头的抗拉强度0.2%屈服强度精心整理

学习帮手word美格式屈服强度，并计算断后伸长率。2.3.3合格指标：每个试样的抗拉强度应不低于Q/CZR4207-2014标准规定的母材抗拉强度最低值。2.4弯曲试验2.4.1取样和加工要求：a)、未进行应变强化处理试样：试样的焊缝余高采用机械方法去除，面弯、背弯试样的拉伸表面应加工齐平试样表面不得有划痕和损伤并满足各种表面要求。b)、9%变强化处理试样：切取变强化处理弯曲试验试样时先须保留焊缝余高之后再将试样样坯逐件在拉伸试验机上通过原始标定作9%伸应变。卸载后静默15min完成其应变强化过程。之后再将弯曲试样样坯再以机械方法去除焊缝余高。并满足各种表面要求。图5面弯、背弯样坯图；图6面弯、背弯二次加工后尺寸图。当试件厚度T=12mm时，弯曲试验为侧弯试验，图7横向侧弯试样样坯图，图8为横向侧弯试样二次加工后尺寸图。未行应变强化尺寸：面弯（背弯）9%应变强化尺寸：面弯（背弯）

300≈327

试试

样样

面（背弯试样样坯尺寸图精心整理

学习帮手word美格式面

弯

试

样

300

S

TS=7.8mm.背

弯

试

样

300

S

TS=7.8mm.图6300：L327图图7

精心整理

学习帮手RRword美格式300

12.5

横试图1:L300mm.图2.4.2试验方法弯曲试验按GB/T2653试验方法测定焊接接头的完好性和塑性。2.4.3合格指标：a)弯曲角度180，无裂纹；b)弯曲角度小于180出现裂纹时，单条裂纹长度不得大于3mm，同时应满足以下条件，当弯曲角度大于等于90°时，伸长率应大于等于母材最小断后伸长率，即40%；弯曲角度小于90°时，伸长率应大于等于30%。2.5冲击试验2.5.1试样制取：如图示为试样取样的样坯图。各样坯尺寸应满足图