焊接與熱處理

二、焊接與熱處理焊接基礎(chǔ)知識焊接工藝評定焊工資格考核焊接工藝一般要求碳素鋼和低合金鋼的焊接不銹鋼的焊接產(chǎn)品焊接試件及檢驗(yàn)熱處理（一）焊接基礎(chǔ)知識1、常用焊接方法（1）焊條電弧焊（手工電弧焊）（SMAW）設(shè)備簡單，便于操作，適用于室內(nèi)外各種位置的焊接，可以焊接各種材料，應(yīng)用十分廣泛；生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大；對焊工的技術(shù)水平及操作要求較高。

（2）埋弧自動(dòng)焊（SAW）生產(chǎn)率比手工電弧焊高5～10倍，節(jié)省焊材，自動(dòng)操作使焊接規(guī)范參數(shù)穩(wěn)定，焊縫成分均勻，外型光滑美觀，因而焊接質(zhì)量良好、穩(wěn)定；設(shè)備比較復(fù)雜昂貴；由于電弧不可見，因而對接頭加工與裝配要求嚴(yán)格；焊接位置受到一定限制，一般在平焊位置焊接。（3）氬弧焊非熔化極（TIG，GTAW），熔化極（MIG）手工，半自動(dòng)，自動(dòng)；適于焊接各種鋼材、有色金屬及合金，焊接質(zhì)量優(yōu)良；便于實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)化焊接；熱量集中，熔池較小，焊接速度較快，熱影響區(qū)較小，工件焊接變形較??；電弧穩(wěn)定，飛濺小，成形美觀，適于雙面成形。氬氣成本較昂貴，氬弧焊的設(shè)備和控制系統(tǒng)比較復(fù)雜；鎢極氬弧焊的生產(chǎn)效率較低。（4）CO2氣體保護(hù)焊（GMAW）CO2氣體，混合氣體（富氬）成本低，效率高，質(zhì)量好，操作性能好；控制或操作不當(dāng)時(shí)，容易產(chǎn)生氣孔。焊接設(shè)備比較復(fù)雜。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在壓力容器制造中可用于焊接低碳鋼、低合金鋼（5）等離子弧焊（PAW）（6）電渣焊（ESW）：用于大厚度件的縱縫立焊（7）窄間隙焊（narrow-gap）：用于大厚度件的環(huán)縫焊接（8）氣電立焊（EGW）：用于中厚板以上的縱縫立焊（9）帶極堆焊（BESW）：用于表面耐蝕層堆焊（一）焊接基礎(chǔ)知識2、焊接材料包括：焊條，焊絲，焊劑，保護(hù)氣體，焊劑墊標(biāo)準(zhǔn)GB/T5117—1995《碳鋼焊條》GB/T5118—1995《低合金鋼焊條》GB/T983—1995《不銹鋼焊條》GB/T984—2001《堆焊焊條》GB/T8110—2008《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》GB/T10045—2001《碳鋼藥芯焊絲》GB/T5293—1999《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》GB/T12470—2003《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》GB/T17854—1999《埋弧焊用不銹鋼焊絲和焊劑》GB/T4842—2006《氬》焊條標(biāo)準(zhǔn)焊條型號牌號藥皮類型電流種類GB/T5117《碳鋼焊條》E4303J422鈦鈣型交流、直流E4310J425高纖維素型直流反接E4315J427低氫鈉型直流反接E4316J426低氫鉀型交流、直流E5015J507低氫鈉型直流反接GB/T5118《低合金鋼焊條》E5515-B2R307低氫鈉型直流反接E6015-B3R407低氫鈉型直流反接GB/T983《不銹鋼焊條》E308-15A107低氫鈉型直流反接E308L-15A007低氫鈉型直流反接E347-15A137低氫鈉型直流反接E316-15A207低氫鈉型直流反接（一）焊接基礎(chǔ)知識3、焊縫與焊接接頭“焊縫”是指焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分焊接接頭包括：焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)（二）焊接工藝評定監(jiān)檢人員應(yīng)當(dāng)對焊接工藝的評定過程進(jìn)行監(jiān)督；焊接工藝評定報(bào)告(PQR)和焊接工藝規(guī)程(WPS)經(jīng)過監(jiān)檢人員簽字確認(rèn)后存入技術(shù)檔案；焊接工藝評定技術(shù)檔案應(yīng)當(dāng)保存至該工藝評定失效為止，焊接工藝評定試樣應(yīng)當(dāng)至少保存5年。（三）焊工資格考核取得相應(yīng)項(xiàng)目的《特種設(shè)備作業(yè)人員證》；施焊記錄與焊接記錄焊工代號鋼印，或者在焊接記錄(含焊縫布置圖)中記錄焊工代號，焊接記錄列入產(chǎn)品質(zhì)量證明文件。（四）焊接工藝一般要求1、焊接環(huán)境條件風(fēng)速：手工焊≤10m/s，氣保焊≤2m/s相對濕度：≤90%焊件溫度：≥－20℃焊件溫度為0~－20℃時(shí)，將始焊處預(yù)熱到15℃以上無雨雪環(huán)境焊材貯存庫相對濕度：≤60%，溫度：≥5℃2、焊接工藝要求禁止在非焊接部位引弧和收弧受壓元件角焊縫的根部應(yīng)保證焊透控制線能量不超過評定合格值控制層間溫度雙面焊應(yīng)清理焊根每條焊縫應(yīng)盡可能一次焊完（四）焊接工藝一般要求3、返修具有經(jīng)過評定合格的焊接工藝規(guī)程(WPS)支持；焊縫同一部位的返修次數(shù)不宜超過2次，如超過2次，返修前應(yīng)當(dāng)經(jīng)過制造單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)；返修的次數(shù)、部位、返修情況記入壓力容器質(zhì)量證明文件；在熱處理后進(jìn)行焊接返修，根據(jù)補(bǔ)焊深度確定是否需要進(jìn)行消除應(yīng)力處理；有特殊耐腐蝕要求的壓力容器或者受壓元件，返修部位仍需保證不低于原有的耐腐蝕性能；返修部位應(yīng)當(dāng)按照原要求檢測合格；耐壓試驗(yàn)后進(jìn)行返修的，返修深度大于1/2厚度的，應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。（五）碳素鋼和低合金鋼的焊接1、焊接性能碳素鋼低合金鋼：普通低合金鋼、低合金高強(qiáng)鋼、低合金耐熱鋼（Cr-Mo）、低合金低溫鋼（Ni）主要問題：冷裂紋，再熱裂紋冷裂紋三要素：擴(kuò)散氫，淬硬組織，拉伸應(yīng)力

碳當(dāng)量：Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15

Ceq<0.4％，焊接性優(yōu)良；

Ceq=0.4~0.6％，淬硬傾向增大，需預(yù)熱、緩冷等；

Ceq>0.6％，屬較難焊的鋼材。2、焊材選擇原則碳素鋼、普低鋼和低合金高強(qiáng)鋼：力學(xué)性能Cr-Mo耐熱鋼：化學(xué)成分低溫鋼：化學(xué)成分和低溫韌性異種鋼接頭：就低的原則（五）碳素鋼和低合金鋼的焊接3、焊接方法：各種4、焊接工藝：降低冷卻速度焊前預(yù)熱的作用:1）降低焊接冷卻速度，遏制或減少淬硬組織；2）減小焊接區(qū)的溫度梯度，降低焊接接頭內(nèi)應(yīng)力；3）擴(kuò)大焊接區(qū)的溫度場，使焊接接頭在較寬的區(qū)域內(nèi)處于塑性狀態(tài)，減弱了焊接應(yīng)力的不利影響；4）降低殘余應(yīng)力峰值；5）有利于焊縫中氫的逸出。

預(yù)熱溫度對焊縫邊界焊接熱循環(huán)的影響4、焊接工藝預(yù)熱溫度：由焊接性試驗(yàn)確定層間溫度：不低于預(yù)熱溫度焊接參數(shù)：由焊接工藝評定確定線能量(熱輸入)：焊接電流、焊接電壓、焊接速度緩冷后熱處理：在焊接完成后，立即加熱到一定溫度一般為200～350℃（根據(jù)材料和結(jié)構(gòu)型式的不同而不同）保持一定時(shí)間（一般不少于30min），目的：降低擴(kuò)散氫含量（六）不銹鋼的焊接（1）焊接性能用于耐腐蝕、高溫、低溫奧氏體不銹鋼主要問題：晶間腐蝕：碳在奧氏體中溶解度不同，1100℃時(shí)達(dá)0.12%，450～850℃時(shí)只有0.02%，稱為敏化溫度；在敏化溫度區(qū)晶粒邊界析出Cr23C6，造成晶界局部貧鉻（含Cr量低于12%），喪失抗腐蝕能力。解決辦法：超低碳，添加穩(wěn)定化元素（Ti、Nb），快速冷卻熱裂紋：S可與Ni形成低熔點(diǎn)共晶，熔點(diǎn)650℃，聚集在晶界，凝固過程中，在拉伸應(yīng)力的作用下開裂。解決辦法：嚴(yán)格限制S、P含量馬氏體、鐵素體不銹鋼主要問題：冷裂紋，脆化晶間腐蝕（六）不銹鋼的焊接（2）焊接方法：常見方法（3）焊材選擇原則同種接頭：化學(xué)成分不同奧氏體不銹鋼異種接頭：化學(xué)成分就低的原則不同馬氏體、鐵素體不銹鋼異種接頭：化學(xué)成分就低的原則提高焊縫耐腐蝕性：超低碳，添加穩(wěn)定化元素（Ti、Nb）奧氏體不銹鋼與碳素鋼、低合金鋼、馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼的異種接頭應(yīng)選用：25Cr-13Ni（E309型），25Cr-20Ni（E310型）（六）不銹鋼的焊接4、焊接工藝馬氏體、鐵素體不銹鋼：與低合金鋼相類似奧氏體不銹鋼：快速冷卻（與低合金鋼相反）不預(yù)熱，層間溫度≤150℃，小線能量，多層多道焊，背面充氬保護(hù)藥芯焊絲的應(yīng)用5、不銹鋼復(fù)合鋼的焊接馬氏體（鐵素體）不銹鋼復(fù)合鋼，奧氏體不銹鋼復(fù)合鋼焊材選擇：基層和復(fù)層：按其本身選焊材過渡層：選25Cr-13Ni或25Cr-20Ni型焊材預(yù)熱：按總厚度確定定位焊：只允許焊在基層上焊接順序：基層→過渡層→復(fù)層不得用碳鋼、低合金鋼焊材在復(fù)層、過渡層上施焊過渡層焊縫應(yīng)同時(shí)熔合基層焊縫、基層母材、復(fù)層母材，且蓋滿基層焊縫和基層母材（七）產(chǎn)品焊接試件及檢驗(yàn)1、產(chǎn)品焊接試件的意義檢驗(yàn)產(chǎn)品焊接接頭的力學(xué)性能和彎曲性能2、需要制備產(chǎn)品焊接試件的條件碳鋼、低合金鋼制低溫容器；抗拉強(qiáng)度下限值≥540MPa的低合金鋼制容器；需經(jīng)過熱處理改善或者恢復(fù)材料力學(xué)性能的鋼制容器；盛裝毒性為極度或者高度危害介質(zhì)的壓力容器；設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求制備產(chǎn)品焊接試件的壓力容器。（七）產(chǎn)品焊接試件及檢驗(yàn)3、產(chǎn)品焊接試件制備試件材料：與容器同標(biāo)準(zhǔn)、同牌號、同厚度、同熱處理狀態(tài)由施焊容器的焊工，同條件、同工藝焊接在筒節(jié)A類縱向接頭焊縫的延長部位與筒節(jié)同時(shí)施焊與容器同爐熱處理同一臺容器上不同殼體的縱向接頭工藝不同，則分別制作試件4、產(chǎn)品焊接試件的檢驗(yàn)檢驗(yàn)依據(jù)：NB/T47016-2011《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗(yàn)》檢驗(yàn)項(xiàng)目：外觀，無損檢測，拉伸，彎曲，沖擊（要求時(shí)）試樣類別、數(shù)量：10＜T＜20，可用2個(gè)側(cè)彎代替面彎和背彎；兩側(cè)母材鋼號不同時(shí)，每側(cè)熱影響區(qū)都取3個(gè)沖擊；低碳鋼、Q345R和鉻鎳奧氏體鋼允許免做熱影響區(qū)沖擊。試件厚度拉伸彎曲試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)面彎背彎側(cè)彎焊縫熱影響區(qū)T≤101113310＜T＜20111*33T≥201233拉伸試驗(yàn)：與焊接工藝評定相同彎曲試驗(yàn)：與焊接工藝評定相同沖擊試驗(yàn)：試驗(yàn)溫度：不高于最低設(shè)計(jì)金屬溫度。合格標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)溫度下，3個(gè)試樣的平均值不低于規(guī)定值，其中1個(gè)試樣的沖擊功可小于規(guī)定值，但不得小于規(guī)定值的70％。鉻鎳奧氏體鋼試樣還應(yīng)提供側(cè)向膨脹量。（七）產(chǎn)品焊接試件及檢驗(yàn)5、復(fù)驗(yàn)檢驗(yàn)項(xiàng)目不合格，允許從原試件上取樣復(fù)驗(yàn)。拉伸、彎曲試驗(yàn)：對不合格項(xiàng)目取雙倍試樣復(fù)驗(yàn)（如：面彎試樣不合格，再取2個(gè)試樣做面彎）；合格指標(biāo)按原要求，復(fù)驗(yàn)試樣應(yīng)全合格。沖擊試驗(yàn)：不合格的項(xiàng)目取一組（3個(gè)樣）復(fù)驗(yàn)；合格指標(biāo)為：前后兩組6個(gè)試樣的平均值不低于規(guī)定值，允許有2個(gè)試樣小于規(guī)定值，但其中小于規(guī)定值70％的只允許1個(gè)。（八）熱處理1、焊后熱處理目的：消除殘余應(yīng)力，改善接頭組織和性能不屬于焊后熱處理：碳素鋼、低合金鋼：＜490℃

高合金鋼：＜315℃2、熱處理厚度要求碳素鋼、Q345R、Q370R、07MnNiMoDR：δ＞32mm；預(yù)熱100℃以上時(shí)，δ＞38mm；16MnDR：δ＞25mm；15MnNiDR、09MnNiDR：δ＞20mm；設(shè)計(jì)溫度＜－45℃時(shí)，任意厚度；S11306、S11348（鐵素體不銹鋼）：δ＞10mm；其他低合金鋼：任意厚度同鋼材，不同厚度：按薄者異種鋼：按熱處理嚴(yán)者有應(yīng)力腐蝕的容器盛裝毒性為極度或高度危害介質(zhì)的容器奧氏體不銹鋼一般不要求熱處理（八）熱處理3、熱處理規(guī)范碳素鋼、Q345R、Q370R、12CrMo：≥600℃15CrMoR、12Cr1MoV：≥650℃12Cr2Mo1R、1Cr5Mo、12Cr2Mo1VR：≥680℃調(diào)質(zhì)鋼熱處理溫度應(yīng)低于調(diào)質(zhì)處理的回火溫度，至少30℃；不同鋼號：按溫度要求高的進(jìn)行，但不應(yīng)超過任一鋼號的下臨界點(diǎn)；保溫時(shí)間：δ/25（h），最少15min；降低熱處理溫度，延長保溫時(shí)間（δ≤25mm）：比規(guī)定溫度降低（℃）305580110最短保溫時(shí)間（hr）2410204、熱處理方法盡可能采取爐內(nèi)整體熱處理分段時(shí)，加熱重疊部分至少1500mm局部熱處理時(shí)：均溫帶最小寬度為焊縫寬度兩側(cè)各加δ或50mm，取大值；均溫帶應(yīng)環(huán)繞接管、筒體全圓周自動(dòng)記錄熱處理時(shí)間與溫度關(guān)系曲線5、熱處理工藝進(jìn)、出爐溫度：≤400℃升溫速度：≤5500/δ(℃/h)，且≤220(℃/h)降溫速度：≤7000/δ(℃/h)，且≤280(℃/h)升溫、降溫：最小不低于55