压力容器焊接

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5～10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（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/T5117—2012《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T5118—2012《热强钢焊条》GB/T983—2012《不锈钢焊条》GB/T984—2001《堆焊焊条》GB/T8110—2008《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T10045—2001《碳钢药芯焊丝》GB/T5293—1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》GB/T12470—2003《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》GB/T17854—1999《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂》GB/T4842—2006《氩》NB/T47018.1~.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标准焊条型号牌号药皮类型电流种类GB/T5117《非合金钢及细晶粒钢焊条》E4303J422钛钙型交流、直流E4310J425高纤维素型直流反接E4315J427低氢钠型直流反接E4316J426低氢钾型交流、直流E5015J507低氢钠型直流反接GB/T983《不锈钢焊条》E308-15A107低氢钠型直流反接E308L-15A007低氢钠型直流反接E347-15A137低氢钠型直流反接E316-15A207低氢钠型直流反接GB/T5117GB/T5117—1995《碳钢焊条》GB/T5117—2012《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/T5118-1995《低合金钢焊条》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/T5118-1995《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/T5117的焊条型号示例

E4303

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E5515–N5PUH10E—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/T5118GB/T5118—1995《低合金钢焊条》GB/T5118—2012《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/T5118-1995《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/T5117-2012《非合金钢及细晶粒钢焊条》标准中。原GB/T5118-1995《低合金钢焊条》中的高强钢焊条技术要求正在立项阶段。GB/T5118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“×C×M×”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：E6215－2C1MH10E—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/T983GB/T983—1995《不锈钢焊条》GB/T983—2012《不锈钢焊条》与GB/T983-1995《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0~－20℃时，将始焊处预热到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）/15Ceq<0.4％，焊接性优良；Ceq=0.4~0.6％，淬硬倾向增大，需预热、缓冷等；Ceq>0.6％，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）δ≤50mm，宽度为4δ，且不超过50mm；δ＞50mm，宽度≥75mm；测温方法：在加热面的背面测定温度温度均匀化：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200～350℃（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%，450～850℃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-13Ni（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