奥氏体不锈钢应变强化焊接工艺设计评定方案

1、固定式奥氏体不锈钢应变强化低温容器 焊接工艺评定案 编制： 审核： 批准： 中容化机械制造有限公司 2015年10月 一、总则 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，其用应力由材料的屈服强度决定，由实际应用 经验证明，由此 法确定的材料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

2、提高奥氏体不锈钢的屈服强度。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、编制依据 奥氏体不锈钢应变强化低温容器焊接工艺评定，针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。按照 Q/TCZR4207-2014固定式奥氏体不锈钢应变强化低温容器、GB150.1150.4- 2011压力容器、NB/T470142011承压设备焊接工艺评定、NB/T470162011 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

3、.K 焊接工艺评定试验应按NB/T4701 1.4、在焊接本工艺评定前，应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、焊接工艺评定案的评定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可进行。 三、焊接工艺评定目的 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 供依据； 2、评定奥氏体不锈钢应变强化低温容器的所采用的焊接法，坡口型式等一系列 焊接参 数； 3、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、焊接工艺评定

4、项目 本次焊接工艺评定试验材料将选取国产GB24511.S30408 （ N8和3=12）和美 国 ASME材料SA-240.S30400 （ 3=8和3=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法多样（埋弧 焊，焊条电 弧焊，鹄极氮弧焊）,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 序号 焊接法 评定母材 母材规格 焊接位置 应 1 SAW

5、（埋弧焊） S30408 8=8 平焊 变 2 SAW （埋弧焊） S30408 8=12 平焊 强 3 SMAW （焊条电弧焊） S30408 8=8 平焊 化 4 SMAW （焊条电弧焊） S30408 8=12 平焊 刖 5 GTAW （餌极氨弧焊） S30408 8=8 平焊 试 6 GTAW （鹄极氮弧焊） S30408 8=12 平焊 验 7 SAW （埋弧焊） S30400 8=8 平焊 项 8 SAW （埋弧焊） S30400 8=12 平焊 目 9 SMAW （焊条电弧焊） S30400 8=8 平焊 10 SMAW （焊条电弧焊） S30400 8=12 平焊 11 GTA

6、W （鹄极氮弧焊） S30400 8=8 平焊 12 GTAW （鹄极氮弧焊） S30400 8=12 平焊 应 13 SAW （埋弧焊） S30408 8=8 平焊 变 14 SAW （埋弧焊） S30408 8=12 平焊 强 15 SMAW （焊条电弧焊） S30408 8=8 平焊 化 16 SMAW （焊条电弧焊） S30408 8=12 平焊 后 17 GTAW （鹄极氮弧焊） S30408 8=8 平焊 试 18 GTAW （鹄极氮弧焊） S30408 8=12 平焊 验 项 目 19 SAW （埋弧焊） S30400 8=8 平焊 20 SAW （埋弧焊） S30400 8=1

7、2 平焊 21 SMAW （焊条电弧焊） S30400 8=8 平焊 22 SMAW （焊条电弧焊） S30400 8=12 平焊 23 GTAW （鹄极氮弧焊） S30400 8=8 平焊 24 GTAW （鹄极氮弧焊） S30400 8=12 平焊 五、组织机构 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 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 职务 单位 备注 1 辉 总工程师 中容化机械制造有限公司 2 万天林 技术工程师

8、 中容化机械制造有限公司 3 恩泽 质保工程师 中容化机械制造有限公司 4 牟红梅 焊接工程师 中容化机械制造有限公司 5 郎鄂 焊接工艺员 中容化机械制造有限公司 6 祖华 焊接技师 中容化机械制造有限公司 7 况小军 检验员 中容化机械制造有限公司 8 涛 无损检测工程师 中容化机械制造有限公司 、焊接工艺评定 1x母材 奥氏体不锈钢应变强化焊接工艺评定试板（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，且材料化学成分和力学性能分别符合 表3表4规定。 表3材料的化学成分 化学成分（） C Si Mn P s Cr Ni N 0.08 0.7

9、5 2.00 0. 0.030 18.0-20.0 8.0-10.5 205 250 515 40 -196 C 300 400 1250 30 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5 S30408 8化学成份与力学性能表 温度 力学性能 0.2%屈服强度 Rpo.2 (Mpa) 1.0%屈服强度 Rpi.o (Mpa) 抗拉强度 Rpi.o (Mpa) 断后伸长率 A(%) 20 C 291 / 651 57.5 -196 C 300 400 1250 30 化学成分() C Si Mn P S Cr Ni N 0.05 0.48 1.21 0. 0.001

10、18.12 8.04 0.05 表6S30400 8化学成份与力学性能表 温度 力学性能 0.2%屈服强度 Rpo.2 (Mpa) 1.0%屈服强度 Rpi.o(Mpa) 抗拉强度 Rpi.o (Mpa) 断后伸长率 A(%) 20 C 270 / 650 57 -196 C 300 400 1250 30 化学成分(%) C Si Mn P S Cr Ni N 0.05 0.48 1.21 0. 0.001 18.12 8.04 0.05 表7S30408 312化学成份与力学性能表 温度 力学性能 0.2%屈服强度 Rpo.2 (Mpa) 1.0%屈服强度 RPi.o(Mpa) 抗拉强度

11、Rpi.o (Mpa) 断后伸长率 A(%) 20 C 254 / 625 62 -196 C 300 400 1250 30 化学成分() C Si Mn P S Cr Ni N 0.06 0.47 1.09 0.025 0.001 18.03 8.01 0.01 表8S30400 312化学成份与力学性能表 温度 力学性能 0.2%屈服强度 Rpo.2 (Mpa) 1.0%屈服强度 RPi.o(Mpa) 抗拉强度 Rpi.o (Mpa) 断后伸长率 A(%) 20 C 284 / 649 61.0 -196 C 300 400 1250 30 化学成分(%) C Si Mn P S Cr

12、Ni N 0.03 0.41 1.13 0.032 0.001 18.14 8.12 0.05 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550mm X 150mm (如图1所示)，根据表1得出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、焊渣、凹坑、焊瘤等缺陷表9各种规 格母材试板数量 序号 母材 规格(mm) 数量 1 S30408 550 X 150X8 12块 2 S30400 550 X 150X8 12块 3 S30408 550 X 150 X

13、 12 12块 4 S30400 550 X 150 X 12 12块 05 150 2、焊接材料21本次焊接工艺评定焊接材料包括：焊条、焊丝、焊剂、氨气保护气体。 22焊接材料选用原则： a) 、焊缝金属的力学性能应高于或等于母材规定的下限值； b) 、焊接材料的选取应符合NB/T47018的规定。 专业资料 本焊接工艺评定相同焊接法的两种材料所选用的焊接材料均相同，且不分应变强 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 母材 规格 焊接法 焊接材料 1 S30408 3 a）、风速：气体保护焊大于2m/s,其它焊接法大于10m/s;

14、b）、相对湿度大于90%; c）、雨雪环境； d）、焊件温度低于-20 Co 焊接时，应在引弧板或坡口引弧，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，要格控制试件的线能量。在焊接手工焊条电弧焊和餌极氮弧焊时，应注 意层间清理，将焊缝表面熔渣、氧化物、油脂、锈迹等清除干净后再继续施焊。 七、焊接工艺评定检查 1、焊接完成对试件进行检验 11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、夹鹄、气、焊瘤、

15、和未焊透，所有焊缝均不得有咬边和凹坑；焊缝背面凹坑，深度不大于 20%T （ 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 焊缝余高 焊缝余高差 焊缝宽度 焊道咼度差 法 平焊 平焊 比坡口每侧增宽 宽度差 平焊 手工焊 03 2 0.52.5 3 / 埋弧焊 03 2 2-4 0,且应尽可能 多的通过热影响区，详见图10。 未进行应变强化尺寸: 冲击试样 J1 样 坯十 300 9%应变强化尺寸: 冲击试样 匸 样坯4f 327 冲击试样样坯尺寸 图9 a）热影响区冲击试乍皆Q b）焊缝区冲击试样位蜀 注1 cl c2按材料标准规定执行。当材

16、料标准没有规定时, T40mm 则 c广0. 5mr2nm; 注2:双面焊时，c2从焊缝背面的材料表面测量。 图10 图10热影响区冲击试样缺口轴线位置 25.2试形式、尺寸和试验法应符合GB/T229的规定。母材厚度S 12时，试样 尺寸为10mm x 10mm x 55mm,母材厚度3 8时，试样尺寸为5mm x 10mm x 55mm小冲击试样。规定的试样及缺口尺寸与偏差在图11和表22中示出。 5111 V型缺口冲击试样尺寸图 冲击试样的尺寸与偏差 名称 符号 及序号 V型缺口试样 公称 尺寸 机加工 偏差 长度 L 55mm 0.60mm 高度 h 10mm 0.075mm 宽度标准

17、试样小试样 W 10mm 0.11mm 5mm 0.06mm 缺口角度 1 45 2 缺口底部咼度 2 8mm 0.075mm 缺口根部半径 3 0.25m m 0.025mm 缺口对称面端部距离中 4 27.5m m 0.42mm 缺口对称面试样纵轴角度 - 90 2 试样纵向面间夹间 5 90 2 乩 除端部外，试样表面粗糙度应优于Ra5阿。 253合格指标：冲击试验试验温度为-192 Co未进行强化处理的焊接试样和强 化处理焊接试样的焊接接头每个区3个标准试样为一组的冲击吸收功平均值应 符合Q/CZR4207-2014的规定，且不低于31J。 八、焊接工艺评定报告 奥氏体不锈钢应变强化焊接工艺评定试验完成以后，应根据检测报告提出焊接 工艺评定报告，并连同预焊接工艺规程，评定焊接记录，无损检测检验报告，评 定试样检测结果一同由本公司焊接责任工程师审核，技术负责人批准，经过监检 人员签字确认后存入