焊接与热处理

二、焊接与热处理,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热处理,（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/T 51171995碳钢焊条GB/T 51181995低合金钢焊条GB/T 9831995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,焊条,（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020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：52、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）/15 Ceq0.6， 属较难焊的钢材。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,（五）碳素钢和低合金钢的焊接,3、焊接方法：各种4、焊接工艺：降低冷却速度焊前预热的作用:1）降低焊接冷却速度，遏制或减少淬硬组织；2） 减小焊接区的温度梯度，降低焊接接头内应力；3） 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；4）降低残余应力峰值；5）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,4、焊接工艺,预热温度：由焊接性试验确定层间温度：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,晶间腐蚀,（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处理同一台容器上不同壳体的纵向接头工艺不同，则分别制作试件,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。,（八）热处理,1、焊后热处理目的：消除残余应力，改善接头组织和性能不属于焊后热处理：碳素钢、低合金钢：490 高合金钢： 3152、热处理厚度要求碳素钢、 Q345R、 Q370R、 07MnNiMoDR： 32mm；预热100 以上时，38mm；16MnDR：25mm；15MnNiDR、09MnNiDR：20mm；设计温度45 时，任意厚度；S11306、S11348（铁素体不锈钢）： 10mm；其他低合金钢：任意厚度同钢材，不同厚度：按薄者异种钢：按热处理严者有应力腐蚀的容器盛装毒性为极度或高度危害介质的容器奥氏体不锈钢一般不要求热处理,（八）热处理,3、热处理规范碳素钢、Q345R、Q370R、12CrMo：60015CrMoR、12Cr1MoV：65012Cr2Mo1R、1Cr5Mo、12Cr2Mo1VR：680调质钢热处理温度应低于调质处理的回火温度，至少30 ；不同钢号：按温度要求高的进行，但不应超过任一钢号的下临界点；保温时间：/25（h），最少15min；降低热处理温度，延长保温时间（25mm）：,4、热处理方法尽可能采取炉内整体热处理分段时，加热重叠部分至少1500mm局部热处理时：均温带最小宽度为焊缝宽度两侧各加或50mm，取大值；均温带应环绕接管、筒体全圆周自动记录热处理时间与温度关系曲线5、热处理工艺进、出炉温度：400 升温速度： 5500/ (/h)，且220(/h)降温速度： 7000/ (/h)，且280(/h)升温、降温：最小不低于55/h保温期间