阀门焊接工艺评定试验应用实例PPT课件

1 阀门焊接工艺评定试验应用实例1 止回阀阀体与接管焊接工艺评定1 材料试板材料与阀体和接管为同一批号 材料化学成分见表1 力学性能见表2 2 2 焊接方法 熔化极氩弧焊保护气体 纯氩 1级 Ar 99 99 并应保持干燥3 试板试板机械加工后尺寸应符合图1要求 3 4 施焊过程a 焊前准备将A132焊条 2 5mm 150 烘焙1h 焊丝除水和油等污物 检查焊接设备的仪器和仪表 试板按图2所示用A132焊条点固焊 点固焊点不得在坡口内侧 预留反变形余量 以达到焊后试板平面挠度 3 4 b 施焊清除焊道及两侧20mm内污物 采用熔化极氢弧焊 焊丝 1 2mm 氩气流量25 30L min 采用多层焊 层间温度 200 首层进行射线检查 以后每焊5层射线检查一次 发现气孔和裂纹等缺陷应清除后再继续焊下一层 直至焊满坡口 最后一层焊层表面余高0 2 5mm 不得有咬边 裂纹 夹渣 气孔和弧坑等缺陷 5 C 焊后处理焊后试板允许冷校平 焊后试样加热至 420 450 保温8h后随炉冷5 检查项目及评定标准 按压力容器标准 a 外观检查焊缝表面及热影响区不得有裂纹 气孔 未熔合 未焊透 咬边 弧坑和烧穿等缺陷 b 无损探伤焊缝应进行100 渗透检查和射线检验 并对焊缝长度的50 进行超声波检验 6 C 力学性能试验 拉伸和弯曲试验的结果应不低于母材 拉伸试验按GB228 87规定进行 试样数量不少于2个 试样采用肩板型试样 弯曲试验按GB232 88规定 进行4个侧弯试验 试样弯曲到90 后 其拉伸面上出现的横向裂纹或缺陷长度不大于1 5mm 纵向裂纹或缺陷长度不大于3mm 冲击试验的试样数量不少于3个 试验按GB265089规定进行 7 g 晶间腐蚀试验按GB4334 5 84进行 无晶间腐蚀倾向为合格 h 金相检查检查试样不少于2个 不允许有内裂纹 中间未熔合和根部未焊透等缺陷 内部气孔和夹渣按射线结果执行 铁素体 相含量检验按GB1954 80测量 相含量5 一12 为合格 8 6 缺陷处理 缺陷的处理和补焊 缺陷应用机械加工方法清除 补焊工艺应与焊接工艺相同 补焊后应按上面的各项规定进行检查和验收 同一部位补焊次数不得超过2次 补焊应在热处理前进行 否则重新热处理 9 7 补焊工艺评定 试样与焊接工艺评定试样相同 按工艺评定要求焊接 经检验合格后 按原坡口尺寸 加工掉焊肉的1 2厚度 补焊工艺及检验按焊接工艺评定要求进行 8 记录按 焊接工艺评定 标准格式记录 10 阀门焊接工艺评定试验应用实例2 P91与WC9钢的焊接工艺评定高温高压电站阀门的某种阀体材料为WC9 要求在阀体两端各焊接一段材料为P91的管道 焊缝100 Co 60射线探伤 接头为 类 某厂对P91和WC9钢的焊接进行了工艺评定试验 11 一 钢的机械性能 P91和WC9同属耐热钢其标准号分别为 ASMESA335P91ASMESA216WC9化学成和机械性能分别见表1 表2 12 13 二 焊接性能分析 P91钢具有良好的高温抗氧化性能和较高的高温蠕变强度 可用于制造工作温度 650 的过热器管 连箱和蒸汽管道 也可用于制造压力容器 P91钢含C量较高 又含有多种强碳化物形成元素 具有较好的高温使用性能 钢热处理状态下的金相组织为回火马氏体 该钢种的焊接性能较好 主要有三个问题 1 P91在空冷条件下即能淬硬 加上焊接时导热性能差 焊后残余应力较大 再加上氢的作用 使得其冷裂倾向较大 2 P91有较大的晶粒粗化倾向 在焊接热影响区会出现粗大的块状铁素体和碳化物组织 使钢材的塑性明显下降 3 P91还有较明显的回火脆性 14 WC9钢属Cr Mo珠光体耐热钢 WC9钢的含碳量较低 其合金元素含量与P91钢相比较少 热处理后的组织为珠光体 具有较好的焊接性能 其最高使用温度为570 通常用于高温高压的管道及阀门等 15 三 焊接工艺 由于2种钢成分及性能差别较大 焊接工艺制订以WC9为主 试板 200mmx100mmx26mm 坡口形式 试板装配见图1 第一道焊缝采用单面焊双面成形 为避免焊道根部出现夹渣等缺陷 用手工钨极氩弧焊 厚度为3 4mm 焊丝为ER90S C 填充及盖面采用手工电弧焊 焊条为超低H耐热钢焊条E9015 B3 R407B 焊接设备氢弧焊为WS 300 手弧焊为ZXG 300R 焊接采用多层多道焊 焊接参数见表3 16 17 焊前 清理试板坡口及其表面20mm范围内的杂质 预热温度250 保温1h 层间温度200 250 焊热处理 700 保温1h 性能检测 试样尺寸及检测标准按ASME第IX执行 焊接后 经外观及射线探伤检查 焊缝成形美观 焊缝无缺陷 接头的常温抗拉强度符合要求 冷弯试验结果合格 取得了满意的结果 18 阀门焊接工艺工艺规程编制应用实例3Cr Mo钢电站阀阀体的补焊工艺 根据JB T3595 93规定 火力发电站用阀门的壳体铸件材料通常选用珠光体类耐热Cr Mo钢 如ZG20CrMo ZG20CrMoV ZG15Cr1Mo1V和ZG1Cr5Mo等 此类CrMo钢由于含有较多的合金元素 所以其耐腐蚀性 热强性和抗蠕变性能很好 在电站系统的530 650 高温工况中能保持良好的机械性能 19 1 Cr Mo钢性能珠光体类耐热Cr Mo钢的良好力学性能是因为其内含有较高的Cr Mo和V等合金元素 其中Cr用于提高钢的抗氧化性能 Mo和V提高钢的热强性 有很好的耐热性 热强性和抗蠕变性能 但铸造工艺性能较差 易于在铸件的转角等处产生缺陷 大口径或高压力Cr Mo钢电站阀的阀体和阀盖铸件经常出现砂眼 裂缝和气孔等 缺陷存在的部位大都是形状突变处 阀体腔体和通径连接处 和壁厚较大的地方 法兰处 如图1示 20 21 2 缺陷的判定及处理规定1 缺陷分为3级 微缺陷 轻缺陷和重缺陷 缺陷的判定以JB T3595 93为依据 2 处理规定微缺陷需经打磨后与周围光滑过渡 轻缺陷大于5mm时 应补焊 重缺陷 面积在100cm2以下时 补焊后必须经过无损探伤检查 平均深度超过壁厚1 3 面积超过100cm2的重缺陷 须经厂级技术负责人批准后 按规定工艺补焊 同一部位补焊次数不能超过2次 22 4 补焊工艺 1 补焊时易出现的问题 焊接熔池区域 温度高 合金元素容易烧损 熔池的快速冷却和温度变化梯度较大时 还容易形成偏析 通常淬透性很好 淬硬倾向较大 焊接冷却过程中 熔和区和热影响区生成马氏体等硬脆组织 产生裂纹 2 补焊工艺 a 焊前准备 选用合适的焊条 按规定烘焙好 放在保温筒中随用随取 对于裂纹必须在裂纹两端打止裂孔后再清除 缺陷清除后应加工形成圆弧坑 并着色探伤 确认无缺陷后进行补焊 清除应采用砂轮或车削等机械加工方法 禁止用氧乙炔切割或碳弧气刨等热加工方法 清除焊接区域20mm范围内的氧化层 油污 水分和锈蚀等 焊接前待补焊区域整体预热至300 23 b 焊接操作焊接时采用多层多道焊 第一层打底焊用小直径的焊条 小电流短弧操作 焊条不摆动 后续焊条用大直径的焊条 焊条摆动 每道之间的搭接量 20 每道焊缝焊后 应彻底清除焊渣 收弧时要填满弧坑 层间温度应保持在300 左右 c 焊后处理 为防止焊接裂纹和调整焊接区力学性能 焊后立即进行600 650 回火处理 小型铸件整体处理 大型铸件可采用局部回火热处理清除补焊区域周围的飞溅 将补焊区的焊缝打磨平整 与周围圆滑过渡 对补焊区域按GB5677 1985进行100 射线探伤评定 必须达到二级合格 有其它探伤要求时必须合格 24 阀门焊接工艺应用实例3 ZG15Cr1Mo1V与P91管 管对接的焊接工艺某电厂公称直径为DN450mm的高温高压阀门 其阀体材料为ZG15Cr1Mo1V 在阀体两端需焊接P91钢管 为保证焊接质量 对2种钢的对接焊进行了工艺试验及工艺评定 25 1 材料特点及焊接性 化学成分及机械性能见表1和表2 26 焊接性ZG15Cr1Mo1V是一种综合性能比较好的珠光体耐热铸钢 可在570 以下长期工作 该钢铸造后易产生裂纹 对热处理时冷却速度也相当敏感 容易在铸件中造成不均匀的组织 其焊接性能较差 为了防止焊后出现裂纹和得到满意的焊接接头性能 工件宜采用300 400 预热和焊后高温回火处理 27 P91钢是在1Cr9Mo1马氏体钢中加入了V和Nb等合金元素 使其具有良好的抗高温氧化和蠕变性能的改良型钢 属空冷马氏体钢 碳当量CEN约为1 52 此材料的焊接性较差 有较强的焊接冷裂敏感倾向 焊接线能量较大时会造成层间组织过热 出现魏氏体组织 造成冲击韧性下降 焊接该钢种防止冷裂纹和提高冲击韧性是主要问题 焊接时要选择正确的工艺参数 严格控制焊缝中的含氢量 冷裂和脆化就可以避免 预热温度200 250 28 2 焊接工艺评定方案 1 焊接试样试样 540 x35x150的钢管 P91为正火 回火状态 ZG15Cr1Mo1V经1050 空冷 980一1000 空冷 720 回火 坡口形式见图1 29 2 焊接工艺规程 采用氢弧焊 TIG 打底 SMAW 填充及盖面的方法 2种工件焊前预热温度不同 P91为200一250 ZG15Cr1Mo1V为300 400 TIG预热温度选定在200一250 SMAW预热温度选定在250 300 TIG选用焊丝ER55 B2 MnV 成分 机械性能见表3 表4 SMAW选用低氢钠型耐热钢焊条E6015 B3 热407 成分 机械性能见表3 表4 经4000C烘干 保温2h后放入保温筒内备用 焊接参数见表5焊接时宜采用小电流短弧焊接 TIC送兹速度应为8 10cm min 焊接时焊条的摆幅不宜过大 采用一层多道焊 一层厚度不宜超过4mm 每道宽度不宜超过15mm 焊接层间温度250 300 收弧时应注意填满弧坑 以免产生弧坑裂纹 接头应错开约5Omm 不能有重叠 30 31 3 焊后处理 焊后应立即进行350 400 保温2h的消氢处理 以免产生延迟裂纹 x射线探伤 合格后再进行焊后热处理 P91钢的回火温度低于732 ZG15Cr1Mo1V的回火温度为720 综合考虑焊后热处理回火温度740 待射线探伤合格后 进行740 保温2h 缓冷至300 以下空冷的高温回火处理 32 阀门焊接工艺应用实例4 SA217 C12A铸钢阀门阀体的补焊工艺1 焊接性分析C12A属马氏体耐热铸钢 其标准号为ASMESA217C12A 是在9Cr1MoV的基础上发展起来的铸钢钢种 其具有明显的空气淬硬倾向 焊后易得到淬硬的马氏体组织 使焊缝金属脆性增加 合金元素含量较多 碳当量为1 475 超过产生冷裂纹的碳当量极限值0 4 冷裂倾向较大 加上焊接残余应力作用 极易形成冷裂纹 焊接工艺和热处理工艺要求严格 33 2 拟定的焊接工艺 1 试样 焊接试样采用C12A铸件 为600mmx400mmx50mm试板经RT探伤合格 试样坡口形式如图1所示 化学成分及所选焊条熔覆金属的化学成分见表1 34 2 焊接方法根据铸钢件的补焊特点 采用手工电弧焊 3 焊接材料日本神户制钢所生产的CM 96B9焊条 规格为 3 2mm和 4 0mm 焊条经350 烘干 保温2h后放入保温筒内备用 4 焊接参数焊接时控制热输入量 不宜过