承压设备焊接工艺评定中的一些问题
承压设备焊接工艺评定中的一些问题
张圆磊1。屈洪2。马健1
(1.上海石化机械制造有限公司,上海200540;2.伯合乐焊接产品贸易(上海)有限公司,上海
200051)
摘要:对承压设备焊接工艺评定中的一些问题进行了讨论,并提出了一些具体的防止措施。对于承压设备工艺评定标准中不包括的理化项目,希望有关部门能引起重视。
关键词:承压设备;焊接工艺评定;标准;硬度试验;回火脆性
中图分类号:TH49;TG44;T一652.2
文献标识码:B
文章编号:1001—4837(2013)03—0071—05
doi:10.3969/j.issn.1001—4837.2013.03.013
ProblemsinWeldingProcedureQualificationforPressureEquipments
ZHANG
Yuan—leil,QUHon92,MAJianl
(1.Shanghai
PetrochemicalMachineryManufacturingCompany,Shanghai200540,China;2.BohlerWeld—
ing
Trading(Shanghai)Co.,Ltd.,Shanghai20005
1,China)
Abstract:SomeoftheissuesinthepressureequipmentweldingprocedurequMificafionwasdiscussedand
a
numberofspecificpreventionmeasureswasputforward.Forpressureequipmenttechnologyassessment
standardsdo
not
includethephysicalandchemicM
project,itishopedthatrelevantdepartmentstopayat.
tentiontothetestsnotincludinginthe
standardofweldingprocedurequalificationfor
pressureequip—
ments.
Keywords:pressureequipment;weldingprocedurequalification;standard;hardnesstesting;temperbrit—tleness
中进行硬度试验,以及其他的NB/T47014—201
1
0引言
《承压设备焊接工艺评定》未规定的理化试验,希望有关部门能引起重视。
由于TSGR0004--2009(固定式压力容器安
全技术监察规程》和GB150—2011《压力容器》放1
评定母材厚度及焊接方式的选择
宽了对产品焊接试件的要求,因此焊接工艺评定的作用比以前显得更为重要。若焊接工作者对标在根据NB/T47014—2011进行工艺评定时,
准的理解不透或对车间里的实际焊接情况不甚了要尽可能地采用组合评定,这样可以节约评定用解,则往往会发生评定覆盖范围不大或评定选择
试板和焊材的用量。例如同样20mm厚的不当的情况。
GTAW焊接量,焊接在20mm的评定试板上,其另外,越来越多的设备要求在焊接工艺评定
母材厚度覆盖上限仅为40mln,而焊接在40
mm
万方数据
承压设备焊接工艺评定中的一些问题
的评定板上,其母材覆盖上限却为200mm。对于一些通常使用情况不会很厚的材质,没必要采用厚板进行焊接工艺评定。在做组合评定或薄板评定时应尽可能地采用一面单道焊、一面多道焊的焊接方式,另外要特别注意不要使某种焊接方法或方式的熔敷金属厚度小于20mm。以表1所示的评定需求为例,要满足该要求,焊接工艺评定人员通常编制的焊接工艺评定如表2所示。
表1评定需求
母材
焊接母材覆盖厚度
热处理是否有冲击方法
/mm
状态要求09MnNiDRSAW
8~50
消应力热处理
有
表2焊接评定
序号
试件母材焊接焊接母材覆盖厚度
厚度/mm
方法方式
热处理
/mm
1
8
S岱{
两面消应力
单道焊热处理8~16
2
25(最小)
SAW
两面消应力双道焊热处理
16~50
按表2进行焊接工艺评定似乎能够满足表1的需求,但实际上是不够的。以生产中常见的接头形式为例,如图1所示。
图1接头形式图
假如板厚为20mm,那么评定1的母材覆盖厚度最大为16mm,不适用于该接头。评定2的母材覆盖厚度为16~50mm,但由于其采用的是
双面多道焊,而图1中焊道1—4为多道焊,焊道
5为单道焊,因此,焊道1~4可以选用评定2,焊道5却不可以。“由每面多道焊改为每面单道焊”是一个*l,JJn变素,因此,焊道5施焊需要一个母材厚度覆盖20mm、焊接方式为单道焊的焊接工艺评定。因此,只有按表3进行焊接工艺才能完全
.72.
万方数据
满足表1的需求,不至于以后还要补做评定。
表3中评定2单道焊焊道厚度至少为6mm,
确保能取5
mm×10mm×55
mm的冲击试样。
实际评定时可能为了易于保证多道焊的焊缝金属厚度而选用更厚的母材进行评定。评定时应注意要对单道焊焊道的焊缝和热影响区进行冲击试验。此外对有些评定,还应注意当母材厚度减去
6
mm后小于20mm时,多道焊的焊缝金属覆盖
的最大厚度为2f(t为施焊焊缝厚度),而不是2T
(r为母材厚度)。
表3焊接评定需求序号
试件母材焊接焊接厚度/mm
方法
方式
热处理母材覆盖厚度/mm
1
8
SAW两面单道焊
消应力热处理
8~16
2
20(最小)+SAW一面多道焊,消应力6(最小)一面单道焊热处理
16~52
2冲击试样的取样位置
NB/T
47014--2011对冲击试样的取样位置
进行了详细的规定。由于影响焊接接头冲击韧性的焊接工艺评定因素为补加变素。因此在评定时若忽略与之相关的*l,JJn变素,即使评定合格也会使评定的覆盖范围不大。以Q345R的SMAW为例,其补加变素有:
(1)焊条的直径改为大于6mm;
(2)从评定合格的焊接位置改为向上立焊;(3)道问最高温度比经评定记录值高50℃
以上:
(4)改变电流种类或极性;
(5)增加线能量或单位长度焊道的熔敷金属体积超过评定合格值;
(6)由每面多道焊改为每面单道焊。对于选定焊材、焊接电源极性和焊接位置的评定,与冲击值有关的变素仅剩下(3),(5),(6)。条。
2.1道间温度与线能量
道间温度或线能量的增加都会使焊接热输入增大,而热输人过大会导致接头冲击韧性变差n]。而评定试板的焊接尤其是焊条电弧焊工艺评定的焊接,很难做到焊接线能量和道间温度
第30卷第3期
压力容
器
总第244期
均匀,如表4所示。假如根据NB/T47014—2011,冲击试验的取样位置在焊道2和3处,此两道的最大道问温度为150℃,最大线能量为36.00kJ/cm。如果评定合格,就认为评定的最大道间
温度为300℃,最大线能量为44.8kJ/cm,这是很
不合理的。经过评定的最大道间温度应该为150℃,最大线能量应该为36.00kJ/cm。因此在评定时,焊接人员不仅要记录每一道的道间温度和线
能量,而且要对最大道间温度和线能量施焊的焊道金属及热影响区进行冲击试验。否则,焊接记录表中记录的最大道间温度和最大线能量对
wPS的编制是没有任何指导意义的。实际上在评定过程中要做到取样位置处的道问温度和线能量都最大是很难的,必要时可以对其进行加热。如果按标准取的冲击试样不包含最大道间温度和最大线能量的焊道,依然按记录的最大道间温度和最大线能量来控制wPS中线能量和道间温度,则根据该WPS施焊的接头很可能会出现实际冲击值不合格的情况。
表4焊接工艺评定参数记录
焊道
道间温度电流
电压
焊速
线能量
/℃
,k,、/mm.Illin一1
/kJ・cm一11__——
80256019.202100120255532.733150120265236.004300160286044.805
50
120
25
52
32.73
如果把冲击取样处的道问温度和线能量作为评定的最大道间温度和最大线能量,那么会使根据该评定编制的WPS的焊接规范过窄,不利于产品施焊的控制。
因此,为了尽可能大地提高产品施焊的许用线能量和道间温度范围,在对评定进行冲击试验时,其取样位置不仅要满足NB/T47014—2011的规定,而且要根据焊接参数记录表,在最大道间温度和最大线能量处另行取样。此处需要指出的是
ENISO
15614—1中明确规定冲击应取在最大热
输入处。
2.2一面多道焊、一面单道焊
为了避免补加变素“由每面多道焊改为每面单道焊”给评定选用及覆盖范围带来不利影响,
万方数据
在评定时应尽可能地采用“一面单道焊、一面多道焊”的焊接方法。而根据NB/T47014--2011取的冲击试样往往是在多道焊范围内。这样会使评定的熔敷金属的厚度覆盖范围没有母材的宽。以表5所示的评定为例。
表5评定参数
母材焊接焊接厚度
方法
方式
热处理
是否有冲击
要求
一面多道焊,25mm
SAW
焊缝厚度为19rain;
去应力一面单道焊,热处理
有
焊缝厚度为6mill
其厚度覆盖范围如表6所示。
表6评定厚度覆盖范围
参数
母材厚度覆盖范围
熔敷金属厚度覆盖范围
/ram
/mm
数值
16—50O~38
为了避免这种情况,在进行评定时,不仅要记
录单道焊的线能量和道间温度,而且要对其焊缝和热影响区进行冲击试验。3硬度试验
ISO中认为金属母材和焊接热影响区的硬度在碳钢和低合金钢的抗SSC性能中起了重要的作用。控制硬度的同时可以控制金属的抗SSC性能心。]。另外,由于焊接接头的硬度检测能较全面地反映出整个焊接接头在焊接过程的热循环作用下,组织结构和力学性能的变化情况,使其成为衡量材料可焊性的重要试验数据之一,并在焊接工艺评定的力学性能试验中占有越来越重要的地位[4]。在AWS标准中,甚至通过硬度检测来确定预热温度。一些标准对焊接工艺评定的硬度检测要求如表7所示。
影响接头硬度有关的变素有:
(1)焊接热输入
根据金属材料的焊接CCT图,焊接热输入越高,焊缝的孔巧时间增长。焊缝中淬硬组织的含量会越低哺J。因此接头中的最大硬度值会降低。
(2)焊后热处理
・73・
CPVT
承压设备焊接工艺评定中的一些问题
V0130.N032013
一般情况下,焊接残余应力越大,焊接接头的硬度值就越高㈣。焊后热处理减少了焊接接头
的应力,热处理温度越高,保温时间越长,焊接接
头的应力就越低吲,其硬度也越低。
表7一些标准对焊接工艺评定的硬度检测要求
标准号
使用环境
硬度要求低碳钢日Ko。<220低合金钢五∽。,<245常规HVIo一<235改进型HVlo一<248
HG/T20581—-2011
湿H:S应力腐蚀环境
2.25CrlMo,2.25CrlMoO.25V,
3CrlMo.3CrlM00.25V
APIRP934一A—屯008
高温高压临氢环境
APIRP934一C—屯008
1.25Cr0.5Mo
温度<。441℃的高压临氢工况
1.25Cr0.5Mo
眺。一<235
HVlo一<250
APIRP934一E—-2010
温度>441oC的高压临氢工况
湿H:S应力腐蚀环境湿H:S应力腐蚀环境
NACEMR0103—-2005NACEStandardRP0472—-2005
针对每种P—No.(母材类别号)提出硬度要求
低碳钢HBIV<。220
其他一些焊接工艺评定标准对硬度试验的相
表8
标准
DL/T868—_2012DL/T1117—-20D9
关规定如表8所示。
其他一些评定标准中与硬度检测有关的变素
硬度试验规定
超出热输入量范围是一个补加变素
当要求硬度试验时,评定热输入量下限比试件减少超过25%要重新评定焊接参数变化范围有明确规定,如对于埋弧焊,按焊丝直径规定的电流值、电压值和焊接速度变化分别超过评定合格值的10%,7%和15%时要重新评定当要求硬度试验时,评定热输入量下限比试件减少超过25%要重新评定对于回火焊道,当需要硬度检测时,当热输入减少20%时需要重新评定
GB5066l—_201l
ENISO
15614—1:2004+A2:2012(E1
ASMEBoilerand
P恼sur;e
VesselCode.
SectionIX—-2010
因此,笔者认为目前对焊接接头的硬度试验的影响因素和变素研究已经比较成熟,NB/T47014—20l1可以参考引入欧标承压设备焊接工艺评定对硬度试验的规定。为了保证产品接头的最大硬度满足要求,在对焊接工艺进行评定时,应记录最小焊接线能量和最小道间温度,并对此处的焊缝和热影响区进行硬度检测。必要时还应增加最小热处理试板及其硬度检测。若硬度值合格,则根据该评定编制的wPs的线能量应限制最低的焊接线能量。4回火脆性试验
Cr—Mo钢的回火脆性是其重要的材质特性
・74・
之一,对于它的机制,至今还没有统一的解释旧一0|。影响回火脆性的因素有很多,如化学成分、热处理条件、碳化物的形态以及设备运行温度等¨卜12J。从目前的研究成果看,大多数人认为Cr—Mo钢的回火脆性主要与化学成分有关,尤其是钢及焊缝金属中的杂质(P,Sn,Sb,As等)对回火脆性的影响很大u3|。常用回火脆化敏感系数来表示元素的综合影响,当前采用的考核指标为:
J=(Mn+Si)(P+Sn)×104(%)≤100(1)X=(10P+5Sb+4Sn+As)/100≤15
ppm
(2)
因此在生产中可以通过以下途径来控制接头的回火脆性:
(1)在购买板材和焊材时,严格控制杂质的
万方数据
第30卷第3期
压力容器
总第244期
含量。
(2)加强对坡口表面的清理。用火焰切割加
工的坡口,应将脆硬层打磨干净,建议打磨厚度不
小于3mm。正式焊接前,要将坡口边缘及坡口内
的铁锈、水垢、油以及磁粉遗留等污物清理干净。
(3)采用焊条电弧焊施焊时,选用焊芯过渡合金元素焊条[I引,避免采用药皮过渡或部分药皮过渡焊条施焊带来的成分分布偏析。
(4)采用埋弧焊施焊时,应保证焊剂的洁净
度,尽量避免焊剂的重复使用。
在对回火脆性进行焊接工艺评定时,由于
NB/T
47014--201l并没有与之相对应的变素和
操作规程,目前主要是参照API934一A—2008中的相关规定或技术条件的规定来进行回火脆性试验。对于评定的覆盖范围,有的焊接工作者认为应按照冲击试验的变素来控制,有的认为对于一种焊材只要进行一次回火脆性试验就可以了,与焊接参数没有关系。从目前的研究来看,还没有资料详细说明焊接参数与回火脆性的关系。
某公司在对国外两个知名厂家的B3埋弧焊焊材进行焊接工艺评定时曾发生过以下情况:一家焊材的焊接工艺评定冲击性能不太理想但回火脆性较好,另一家焊材的冲击性能较好但回火脆性不太理想。这个现象说明,接头的回火脆性与接头的冲击性能没有必然的联系。因此当产品技术条件要求焊接工艺评定回火脆性进行试验时,焊工应该如何操作,希望有关部门能给出指导性建议。
5结语
(1)在进行组合评定或用薄板进行评定时,要注意焊缝厚度小于20mm及焊道布置方式给评定覆盖带来的影响;
(2)评定冲击试样既要满足标准的规定,又要补加最大线能量和道问温度处的冲击试样;
(3)目前越来越多的技术条件要求在焊接工艺评定中进行硬度试验,希望承压焊接工艺评定标准中能引入硬度试验;
(4)希望有关部门能对评定的回火脆性试验给出指导性意见。
万方数据
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收稿日期:2013一01—07
作者简介:张圆磊(1986一),助理工程师,主要从事压力容器焊接相关工作,通信地址:200540上海市金山区金一路91号上海石化机械制造有限公司,E—mail:zhangyuan—
lei.snec@sinopec.corn
承压设备焊接工艺评定中的一些问题
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
张圆磊, 屈洪, 马健, ZHANG Yuan-lei, QU Hong, MA Jian
张圆磊,马健,ZHANG Yuan-lei,MA Jian(上海石化机械制造有限公司,上海,200540), 屈洪,QU Hong(伯合乐焊接产品贸易(上海)有限公司,上海,200051)压力容器
Pressure Vessel Technology2013,30(3)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ylrq201303013.aspx