316LN焊接工艺试验报告

316LN焊接工艺试验报告编制：校对：审核：中国船舶工业集团公司芜湖造船厂二○○二年九月共17页第2页前言根据中科院HT-7U焊接工程需要，对材料316LN进行了一系列焊接工艺评定试验。由于线圈盒是在超低温下运行，材料的选用和试验没有专用的标准指导和经验可循，试验内容和项目均与中科院商定后进行。分别进行了如下试验：一CO2药芯焊丝气保焊堆焊试验试验目的：评价N、C等元素的符合性由于焊接中CO2气体保护焊具有较大的优势，所以优先选用该种焊接方法。为了满足低温下性能的要求，我们对广泰焊接材料有限公司生产的AS-316LN和天泰焊接材料有限公司生产的TFW-316LN药芯焊丝（直径为Φ1.2）在母材为316LN超低碳不锈钢板上进行堆焊试验，检测到的焊缝金属化学成分如下表：焊缝金属化学成分表一施焊焊材元素编号CMnSiPSNiCrMoN要求≤0.03≤2.0≤1.0≤0.046≤0.01511.0～14.016.5～18.52.50～3.060.12～0.22AS－316LNG0.0211.20.250.0300.00413.021.02.50.074TWE-316LM2T0.0222.80.180.0270.00814.117.22.50.12由上可以看出，焊丝AS-316LN主要指标N含量很低，不能满足要求，而TFW-316LN含Mn偏高，，可以进入下一步试验。二CO2药芯焊丝焊接试验试验目的：评价拍片性能和磁导率对焊接材料的焊接工艺性能及磁导率是否满足要求，有必要在订货前对焊缝金属及周边区域磁导率进行测试，在当时316LN材料相共17页第3页当紧张的情况下，我们采用焊丝TFW-316LM2焊接316LN，试板规格为δ20×80×390一付，经X光射线探伤，为Ⅰ级片，磁导率测试结果为μ＜1.01。三CO2药芯焊丝气体保护焊焊接工艺试验试验目的：评价各项焊接性能3.1焊接工艺规程Ⅰ母材的钢种和厚度钢种:超低碳奥氏体不锈钢牌号:316LN厚度:33mmⅡ焊接材料表二焊接材料牌号规格制造厂焊丝TFW-316LM2Φ0.9天泰焊材工业股份有限公司Φ1.2气体CO2≥99.9Ⅲ焊接设备表三设备名称型号特性制造厂气体保护焊机PanaKRⅡ350平特性松下电器XC500日本大坂Ⅳ.焊接接头接头形式:对接坡口型式:X型.坡口加工方法:机械加工背面清根:刨削.试板尺寸:33×160×510焊接位置:平.试板长度方向应与钢板的轧制方向一致。接头图：焊前对坡口区域进行了除油、水处理。共17页第4页Ⅴ.各种焊接的规范参数如下：表四编号焊接方法焊缝层次焊接程序电源极性焊接位置焊丝直径(mm)焊道电弧电压(V)焊接电流(A)焊接速度(mm/min)气体流量(L/min)1半自动CO2气体保护焊多层单道焊直流反极性平正面Φ1.21--831－33180-210160—21020反面Φ1.21’—5’2多层多道焊正面Φ0.91—131430－32130-160300—36020018反面Φ0.91’2’—12’300300—3603.2试验项目由于线圈盒是在超低温下状态运行，试验按照JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》要求进行了常态下试验和检测，但部分常温状态下试验根据实际情况采取减量测试，超低温性能由中科院进行测试。3.2.1试验与检查项目(每付试板)表五试验与检查种类试验温度数量备注外观检查全长射线探伤全长横向拉力试验常温2弯曲试验侧弯常温4冲击试验焊缝区常温3热影响区常温3横向拉伸试验4K(-269℃)3磁导率μ≤1.01.化学成分测定C、Mn、Si、P、S、Ni、Cr、Mo、N注：①半自动CO2气体保护焊中对多层多道焊各项性能指标预先测试，多层单道焊暂缓执行。由于在后面的测试结果多层多道焊性能指标未能通过，因此多层单道焊机械性能测试也就没有继续进行。②由于受我厂目前探伤设备所限，试板焊后再加工成23mm板厚。3.2.2试样取样共17页第5页上述取样图为示意图，仅供参考。3.2.3试样尺寸a.横向拉力试样hk───焊缝最大宽度mm;S───试样厚度mmS=23mm;W───试样受拉平行侧面宽度，大于或等于25mm;h------夹持部分长度，根据试验机夹具而定，mm。注：超低温纵向位伸和横向位伸试样与上类似，S=1.5～3mm,W=15mmb.侧弯试样B-----试样宽度（试件厚度方向）mm，23mmc.冲击试样或按需要6.36.3共17页第6页3.3试验检查结果各试验项目结果具体见下表六、表七。表六检查项目检查结果外观检查焊缝表面成形均匀，平滑地向母材过渡，无裂、焊瘤和咬边等有害缺陷。（焊缝未加工前检查）Ｘ射线探伤按GB3323-87标准执行，均为Ⅰ级合格片。多层单道焊试板编号01-1、01-2；多层多道焊试板编号02-1、02-2。横向拉力试验（常温）抗拉强度(N/mm2)635；635。弯曲试验(常温）d=40;α=180°侧弯断裂。冲击试验(常温)Akv(J)焊缝中心46．热影响区270；285。横向拉伸试验（超低温）抗拉强度σb(Mpa)1117;1119;1142.屈服强度σ0.2(Mpa)858;832;873.延伸率δ(%)8.5;7.8;11.0.磁导率μ1.01。焊缝金属化学成分表七施焊焊材元素编号CMnSiPSNiCrMoN要求≤0.03≤2.0≤1.0≤0.046≤0.01511.0～14.016.5～18.52.50～3.060.12～0.22TFW－316LM2G0.033.660.270.0220.00913.417.492.80.0865四TS－316LN焊条手工电弧焊焊接工艺试验试验目的：评价各项焊接性能共17页第7页4.1焊接工艺规程Ⅰ母材的钢种和厚度钢种:超低碳奥氏体不锈钢牌号:316LN厚度:23mmⅡ焊接材料表八焊接材料牌号规格制造厂焊条TS-316MNΦ3.2天泰焊材工业股份有限公司Ⅲ焊接设备表九设备名称型号特性制造厂直流电焊机AX-320-1陡降外特性上海电焊机厂Ⅳ.焊接接头接头形式:对接坡口型式:X型.坡口加工方法:机械加工背面清根:刨削.试板尺寸:23×150×350焊接位置:平.试板长度方向应与钢板的轧制方向一致。接头图：焊前对坡口区域进行了除油、水处理。Ⅴ.焊接规范参数如下：共17页第8页表十编号焊接方法焊缝层次焊接程序电源极性焊接位置焊丝直径(mm)焊道电弧电压(V)焊接电流(A)焊接速度(mm/min)1手工电弧焊多层多道焊直流反极性平正面Φ3.21-822-24120-130150—200反面Φ3.21’—15’22－24120-130200--3004.2试验项目由于试板较短，试样取样按3.2中说明对常温下试验项目有所减少，其它试验要求及试样加工尺寸均同3.2中各条款。试验与检查项目表十一试验与检查种类试验温度数量备注外观检查全长射线探伤全长横向拉力试验常温2弯曲试验侧弯常温2冲击试验焊缝区常温3横向拉伸试验4K(-269℃)3化学成分测定C、Mn、Si、P、S、Ni、Cr、Mo、N磁导率μ≤1.01.4.3试验检查结果焊缝金属化学成分表十二施焊焊材元素编号CMnSiPSNiCrMoN要求≤0.03≤2.0≤1.0≤0.046≤0.01511.0～14.016.5～18.52.50～3.060.12～0.22TS－316LN第一次0.055.950.700.0110.00515.117.42.170.0500改进后0.031.760.320.0220.00913.617.672.80.1248共17页第9页表十三检查项目检查结果外观检查焊缝表面成形均匀，平滑地向母材过渡，无裂、焊瘤和咬边等有害缺陷。Ｘ射线探伤按GB3323-87标准执行，均为Ⅰ级合格片。试板编号为03。横向拉力试验（常温）抗拉强度(N/mm2)545；590。弯曲试验(常温）d=40;α=180°侧弯断裂。冲击试验(常温)Akv(J)焊缝中心38;43;43．横向拉伸试验（超低温）抗拉强度σb(Mpa)1028;1093;1048.屈服强度σ0.2(Mpa)897;807;863.延伸率δ(%)5.4;16.4;5.35.磁导率μ1.01。五CO2药芯焊丝气体保护多层多道焊焊接工艺试验由于02号板施焊有一定的焊接缺陷及试样加工尺寸出错，因此重新烧焊04号板以评价拍片及焊接性能。5.1焊接工艺规程Ⅰ母材的钢种和厚度钢种:超低碳奥氏体不锈钢牌号:316LN厚度:23mmⅡ焊接材料表十四焊接材料牌号规格制造厂焊丝TFW-316LM2Φ0.9天泰焊材工业股份有限公司气体CO2≥99.9Ⅲ焊接设备表十五设备名称型号特性制造厂气体保护焊机PanaKRⅡ350平特性松下电器Ⅳ.焊接接头接头形式:对接坡口型式:X型.共17页第10页坡口加工方法:机械加工背面清根:刨削.试板尺寸:23×150×350焊接位置:平.试板长度方向应与钢板的轧制方向一致。接头图：焊前对坡口区域进行了除油、水处理。Ⅴ.各种焊接的规范参数如下：表十六编号焊接方法焊缝层次焊接程序电源极性焊接位置焊丝直径(mm)焊道电弧电压(V)焊接电流(A)焊接速度(mm/min)气体流量(L/min)1半自动CO2气体保护焊多层多道焊直流反极性平正面Φ0.91—930－32130-150180—21018反面Φ0.91’—7’30－32140-160160--200试验项目、试样取样、尺寸、试验结果见3.2、3.3。X光射线探伤，按GB3323评定，为Ⅰ级片，试板编号为04.六CO2药芯焊丝气体保护焊角接焊焊接工艺试验试验目的：熟悉及检测着色检验，及判定着色检验效果的可靠性6.1焊接工艺规程Ⅰ母材的钢种和厚度钢种:超低碳奥氏体不锈钢牌号:316LN厚度:23mmⅡ焊接材料共17页第11页表十七焊接材料牌号规格制造厂焊丝TFW-316LM2Φ0.9天泰焊材工业股份有限公司气体CO2≥99.9Ⅲ焊接设备表十八设备名称型号特性制造厂气体保护焊机PanaKRⅡ350平特性松下电器Ⅳ.焊接接头接头形式:角接坡口加工方法:机械加工.背面清根:刨削焊接位置:平角接.试板尺寸:23×115×220(面板)、23×115×220(腹板)接头图：焊前除去焊缝区域油、水等污物。Ⅴ.焊接规范参数如下：表十九编号焊接方法焊缝层次焊接程序电源极性焊接位置焊丝直径(mm)焊道电弧电压(V)焊接电流(A)焊接速度(mm/min)气体流量(L/min)1半自动CO2气体保护焊多层多道焊直流反极性平角正面Φ0.91—425－27130-150180—21015--18反面Φ0.91’—5’注：试验每烧焊一层着色检验一次。6.2试验项目试验刨去面板至与腹板焊缝位置进行X光射线照相，按GB3323共17页第12页评定为1级片，说明着色检验效果与X光射线探伤检验的一致性。磁导率μ1.01.七SANDVIK公司焊条对接焊试验试验目的：评价各项焊接性能7.1焊接工艺规程Ⅰ母材的钢种和厚度钢种:超低碳奥氏体不锈钢牌号:316LN厚度:23mmⅡ焊接材料表二十焊接材料牌号规格制造厂焊条25.22.2LMnBΦ3.2SANDVIK公司Ⅲ焊接设备表二十一设备名称型号特性制造厂直流电焊机AX-320-1陡降外特性上海电焊机厂Ⅳ.焊接接头接头形式:对接坡口型式:X型.坡口加工方法:机械加工背面清根:刨削.试板尺寸:23×150×350焊接位置:平.试板长度方向应与钢板的轧制方向一致。接头图：焊前对坡口区域进行了除油、水处理。共17页第13页Ⅴ.焊接规范参数如下：表二十二编号焊接方法焊缝层次焊接程序电源极性焊接位置焊丝直径(mm)焊道电弧电压(V)焊接电流(A)焊接速度(mm/min)1手工电弧焊多层多道焊直流反极性平正面Φ3.21-922-24100-120160—220反面Φ3.21’—9’22－24100-120200--2407.2试验项目由于焊条较少，焊接试板较短，试样取样按3.2中说明对常温下试验项目有所减少，其它试验要求及试样加工尺寸均同3.2中各条款。试验与检查项目表二十三试验与检查种类试验温