焊接(第8章简化版)

化工机械研究所第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所第8章过程设备的焊接工艺第8章过程设备的焊接工艺§8.1过程设备用钢的特点§8.2过程设备用钢的焊接工艺分析§8.3过程设备的焊接变形与应力§8.5焊接缺陷的返修§8.6压力容器焊接技术§8.4过程设备的焊接检验化工机械研究所§8.1过程设备用钢的特点压力容器作为一种焊接结构，运行条件苛刻，制造工艺也较为复杂，它的运行必须安全可靠。如果容器一旦破裂，后果及其严重。因此压力容器的可靠性与所选用钢材的性能有着密切的关系：1）压力容器用钢作为一种结构材料，必须在承受压力时有足够的稳定性，要具有足够的强度、塑性和韧性；2）压力容器要经过各种成形工艺，所以还应具有良好的热加工、冷加工和焊接性能；3）对于在腐蚀介质下工作的压力容器、壳体和内件材料必须具有相应的耐蚀性能和抗氢性能；4）厚板制造的压力容器还应具有适应各种形式热处理的特性。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所§8.2过程设备用钢的焊接工艺对于焊制受压过程设备，为确保焊接质量，应有一套严格和完善的焊接生产程序，其一般过程为：焊接性试验－－焊接工艺评定－－焊接工艺细节卡－－产品焊接试板（环缝见证件）－－焊接工艺实施与记录－－焊接检验与缺陷返修其中焊接性试验和焊接工艺评定均为正式产品焊接前进行的试验，目的是为正确编制焊接工艺提供依据；焊接试板和环缝见证件都是采用与产品相同的焊接工艺，且与产品同时焊接的，起实际见证产品焊接质量的作用；焊接工艺卡是指导焊接生产的技术文件，对影响焊接质量的各种因素作出具体的规定和限制。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所§8.2.1、焊接工艺分析一、焊接工艺分析基础1、焊接工艺概念与内容焊接工艺是指焊接产品在制造过程中所有与焊接有关的加工方法与实施措施和要求。其内容主要有焊接方法、焊接设备和焊接材料的选择，焊接规范参数和焊接热处理的拟定以及焊接检验等。焊接工艺正确与否是能否控制焊接质量的关键。焊接工艺的具体形式是各种焊接技术性文件或规范标准。如焊接工艺规程、焊接工艺守则和焊接工艺细节卡等。这些文件都是把焊接生产过程中保证焊接质量的有关技术问题的措施和要求以文字形式规定下来，用于指导焊接生产。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所①焊接工艺规程按适用范围，有通用和专用之分。通用焊接工艺规程适用面广，例如JB/T4709钢制压力容器焊接规程，是我国的现行国家标准规范。其中对手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊的各种钢制压力容器的焊接工艺作了规定。我国的压力容器设计、制造等行业都必须遵守执行。专用焊接工艺规程是针对某一产品或材料和焊接方法而指定的，例如12CrMoV钢手工电弧焊工艺规程等。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所②焊接工艺守则焊接工艺守则是针对某种焊接方法或某种焊接环节的准则，如手工电弧焊工艺守则、埋弧焊工艺守则和焊接材料管理守则等。这类守则往往是行业获企业根据自己的具体条件指定的焊接工艺技术管理制度。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所③焊接工艺细则卡简称焊接工艺卡，它是直接发到焊工手中指导焊接生产的工艺文件。对于重要产品，一个焊接接头就有一张卡。焊工必须按工艺卡的要求和步骤进行焊接。其主要内容有：产品名称与材料；焊接方法与设备和焊接材料；焊接接点图；焊接工艺参数；焊接操作技术要点；焊前预热、后热和焊后热处理及焊接检验等。由于工艺细则卡是针对某个具体产品或焊接接点的，故上述内容必须都是具体的，而不能是一般的原则。例如焊条的牌号、直径和预热温度等均必须填写具体数字，这是与一般的通用焊接工艺规程所不同的。焊接工艺卡是以相关焊接工艺规程和焊接工艺评定为依据拟定的。表8-1所示为典型的压力容器焊接工艺细则卡格式。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所二焊接工艺细则卡要素分析焊接工艺细则卡，必须对影响焊接质量的主要工艺要素作出具体的规定和要求。其中焊前准备、焊接材料、焊接设备、焊接工艺参数、操作技术与焊接检验是必不可少的。(1)焊前堆备焊前准备是指坡口的制备，接头的装配和焊接区域的清理等工作。它对接头的焊接质量起重要的作用。在压力容器的焊接中，对焊前准备提出了较严格的要求，特别是在不锈钢焊接时，焊前准备工作是决定焊接质量的关键因素之—，必须加以重视。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所(2)焊接材料的选定在焊接工艺细则中应明确规定焊接材料的具体牌号和规格。对于某些焊件，在同一个接头中，可能要采用两种以上的焊接方法。例如小直径厚壁管环缝，第一层采用手工填充丝氩弧焊封底，第二、三层采用手工电弧焊加厚焊缝，以后各层则采用埋弧自动焊。在这种情况下，应将每种焊接方法所使用的焊接材料一并列出，必要时还应提出对焊接材料的烘干要求和温度。焊接材料通常由设计人员选定，并作为技术要求标注在设备图纸上。但制造厂的焊接工艺师应对其正确性与合理性进行分析审查。在焊接专业理论知识和实践经验方面，焊接工艺师都要更为丰富，对于图纸上标注的不尽合理甚至错误的焊接材料应予指出和更正。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所(3)焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数包括焊接电参数(电流、电压、电流种类、频率、焊接速度和送丝速度等)、焊前预热温度、后热温度和保温时间、消氢处理温度和保温时间、焊后热处理和消除应力处理制度等。在气体保护焊中，还应包括气体种类，混合比和流量等。所有这些参数在焊接工艺细则中必须明确规定。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所三焊接工艺评定1焊接性试验与焊接工艺评定试验焊接性试验和焊接工艺评定试验都是在产品焊接前进行的焊接试验，但其具体作用和目的不同。焊接性试验是对新开发出的钢种或从未焊过的钢种进行的焊接性试验和评价，并不针对具体产品结构。通常，对作焊接用的钢，在正式批量投产前，均要进行较为全面的焊接性试验。其测试内容较全面，往往由钢厂、制造厂和研究单位协作进行。而制造单位对于自己从未焊过的材料，为全面掌握其焊接性，在焊接工艺评定前，有时也会根据自己的需要进行焊接性试验，主要是测试钢的抗裂性。焊接性试验主要有以下内容：对各类焊接缺陷的敏感性及接头的使用性，特别是对裂纹的敏感性作出分析评价；筛选并确定适宜的焊接方法、焊接材料；确定适宜的焊接规范参数，如电流、电压、焊接线能量和热处理制度等。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所焊接性试验只是解决材料焊接性的好坏和如何焊的问题，它不能解决在具体产品结构和工艺条件下使焊接接头质量完全满足要求这个实际问题。但它是焊接工艺评定试验的基础和依据、没有钢材焊接性试验的基础资料就很难拟定出适宜的焊接工艺指导书，会使焊接工艺评定处于盲目状态。焊接工艺评定试验，是针对某个产品的焊接工艺，在正式施焊前进行的试验，是为确保具体产品焊接质量而进行的试验。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所2焊接工艺评定与焊接工艺细则卡焊接工艺细则卡是发到焊工手中用以指导产品焊接的技术文件。任何一种焊接工艺参数，如焊接电流、电压、焊接速度、预热温度、层间温度、焊接材料的类别与成分、焊后热处理温度和保温时间、焊件厚度及焊接位置的不当或改变都会对接头的性能产生较大影响。为此，对于所拟定的并要用于产品焊接的每项焊接工艺因素，均应事先作相应的评定。焊接工艺评定是制造厂在产品正式焊接以前，对初步拟定的焊接工艺细则卡或其他规程中的焊接工艺进行的验证件试验。即按准备采用的焊接工艺，在接近实际生产条件下，制成材料、工艺参数等均与产品相同的模拟焊接试板，并按产品的技术条件对试板进行检验。若全部有关指标符合技术要求，则证明初步拟定的焊接工艺是可行的，此时即可根据焊接工艺评定报告编制正式的焊接工艺的细则卡、用以指导实际产品的焊接。若检验项目指标中有一项不合格，则表明该焊接工艺不能用于生产，需作相应修改或重新拟定后，再作焊接工艺评定试验，直至全部指标合格。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所焊接工艺评定是在具体条件下解决初步拟定的焊接工艺是否可行的问题，是编制合理焊接工艺卡的依据，是焊接质量保证的有效措施，是锅炉和压力容器等设备焊前准备中的重要环节。世界各先进工业国家都制订有锅炉和压力容器焊接工艺评定标准。我国1991年也颁布了国家标准JB4708焊制压力容器焊接工艺评定。焊接工艺评定只是验证和评定焊接工艺方案的正确性，焊接工艺评定报告并不直接指导生产，只是焊接工艺细则卡等的支持文件，没有一份或多份焊接工艺评定报告支持的焊接工艺细则卡或规程是没有意义的。而焊接细则卡等工艺规程也并非是简单地重复焊接工艺评定报告，其中的工艺参数可在不影响接头性能的范围内变化。同一份焊接工艺评定报告可作为几份焊接工艺卡的依据，而同一份焊接工艺卡也可以来源于几份焊接工艺评定报告。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所3压力容器焊接工艺评定的基本要求从焊缝处的部位来讲，受压壳体上的纵、环焊缝，法兰、接管、管板上的焊缝和受压元件上的点固焊、吊装点、组装焊点及耐蚀堆焊层等均要求进行焊接工艺评定。评定时分别按对接焊缝、角焊缝和堆焊焊缝三种方式制备试板。其中对接焊缝试板要进行外观检查、无损探伤和拉伸、弯曲、韧性等力学性能检验；角焊缝要进行外观和金相检验；耐蚀堆焊层试板要进行渗透探伤、弯曲试验和化学成分分析。焊接工艺评定试验用试板应具有足够的尺寸。手工电弧焊、气体保护焊试板尺寸不小于300mm×500mm，埋弧焊不小于400mm×600mm，电渣焊不小于500mm×800mm。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所焊接工艺评定首先是按钢种来进行的，对于制造单位没有焊过，或虽焊过但要改变焊接方法、焊接材料、热处理制度等重要因素时均要进行焊接工艺评定试验，但为了避免不必要的重复工作，将各种钢材按其母材的化学成分、力学性能和焊接性能进行分组分类。属于同组的各种钢材，只要厚度在规定范围内，则已评定合格的工艺可相互通用。在同类别号中，高组别号母材评定可适用于低组别号母材所组成的焊接接头。除此以外，组别号为VI-1母材的评定也适用于组别号II-1的母材。常用钢材的分类分组可见表8-10。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所应当指出，在焊接工艺评定中，不是所有的焊接工艺参数的变动都需要做出工艺评定试验。通常是将影响焊接质量的因素分为重要因素、补加因素和次要因素。重要因素是指影响除冲击韧性以外的焊接接头力学性能的焊接条件；补加因素是指影响接头冲击韧性的焊接条件(规定有冲击韧性要求时才有)；次要因素是指不影响接头力学性能的焊接条件。变更任何—个重要因素或补加因素时都要进行焊接工艺评定；而变更次要因素时则不必进行评定，但应重新编制焊接工艺指导书。表8-11所示为各种焊接方法中焊接工艺评定时的重要因素和补加因素。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所下述情况通常都必须进行焊接工艺评定：①改变焊接方法；②改变母材分类组的编号；③改变焊接材料，如焊条、焊剂、焊丝和保护气体牌号和组成类别等；④改变预热、后热和焊后热处理制度；③母材厚度和熔敷金属厚度超过原评定的有效范围。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所四焊接质量见证试验焊接性试验和焊接工艺评定都是在焊前以试板形式进行的焊接试验，并不反映或代表实际产品的焊接质量和性能。产品的焊接缺陷如裂纹、气孔等可由无损探伤检验与控制，但接头的力学性能必须割取试件才能检验。为避免通过在产品上割取试件检验焊接接头的性能，在锅炉和压力容器焊接过程中，要根据需要设置产品焊接试板和环焊缝见证件。第8章过程设备的焊接工艺化工机械研究所1产品焊接试板产品焊接试板是随产品焊接同时焊成，是测定实际焊接产品焊接质量的试件，是实际焊接施工工艺、焊工水平和焊接条件等各种因素的综合反映，是产品上特定部位焊接接头性能的实际见证。产品焊接试板必须在受压圆筒筒节的A类纵向接头焊缝的延长部位与筒