奧氏體不銹鋼應變強化焊接工藝評定方案知識分享

1、固定式奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器焊接工藝評定方案編制：審核：批準：重慶中容石化機械制造有限公司2015年10月 一、總則 奧氏體不銹鋼具有良好的綜合力學性能和優(yōu)異的抗腐蝕性能及良好的低溫 使用性能，是一種應用廣泛的壓力容器用鋼。通常奧氏體不銹鋼屈服強度較低， 屈強比小， 按照現(xiàn)行的安全系數(shù)， 其許用應力由材料的屈服強度決定， 由實際應 用經(jīng)驗證明，由此方法確定的材料許用應力與材料在低溫使用條件下的強度值較 大，因而導致設計的低溫壓力容器壁厚較厚、設備笨重，材料浪費嚴重，制造和 運輸成本較高。利用應變強化工藝， 在確保奧氏體不銹鋼原有力學性能不受大的 影響的前提下， 使材料發(fā)生一部分塑性變形，

2、 可以有效提高奧氏體不銹鋼的屈服 強度。采用應變強化后材料新的屈服強度設計的容器，其壁厚通?？梢詼p薄 30%-50%有利于節(jié)省材料，降低制造成本及運輸中的能耗，經(jīng)濟效益顯著。二、編制依據(jù)奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器焊接工藝評定， 針對奧氏不銹鋼應變強化前 后力學性能的改變及本公司低溫容器焊接接頭的特點進行焊接工藝評定試驗。 按 照Q/TCZR4207-2014固定式奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器、GB150.1150.4-2011壓力容器、NB/T47014-2011承壓設備焊接工藝評定、 NB/T47016-2011承壓設備產(chǎn)品焊接試件的力學性能檢驗的規(guī)定及要求進行編制。1 、焊接工藝評定一般

3、要求1.1、焊接工藝評定試驗應按 NB/T47016-2011承壓設備產(chǎn)品焊接試件的力學性 能檢驗規(guī)定；1.2 、焊接工藝評定應在本單位進行。焊接工藝評定所用設備、儀表應處于正常 工作狀態(tài)， 金屬材料、 焊接材料應符合相應標準， 由本單位操作技能熟練的焊接 人員使用本單位設備焊接試件；1.3 、對接焊縫試件評定合格的焊接工藝適用于角焊縫；1.4 、在焊接本工藝評定前，應首先對本工藝評定提出相應的預焊接工藝規(guī)程， 焊接工藝評定合格后，提出相應的焊接工藝評定報告；1.5 、焊接工藝評定方案的評定內(nèi)容及結果應當由單位焊接責任工程師審核，技 術負責人批準，經(jīng)過監(jiān)檢人員認可后方可進行。三、焊接工藝評定目

4、的1、本次焊接工藝評定，是為固定式奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器焊接施工提 供依據(jù)；2、評定奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器的所采用的焊接方法，坡口型式等一系 列焊接參數(shù)；3、驗證奧氏體不銹鋼應變強化后屈服強度較應變強化之前有較大的提高，為采 用應變強化后新的屈服強度提供理論基礎。四、焊接工藝評定項目本次焊接工藝評定試驗材料將選取國產(chǎn) GB24511.S30408(S =8和S =12)和美 國ASMEt料SA-240.S30400( S =8和S =12)兩種材料進行，以檢驗美國 ASMEt 料和國產(chǎn)材料焊接參數(shù)及焊接材料。由于固定式奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器在制作過程中焊接方法多樣 (埋弧 焊

5、，焊條電弧焊，鎢極氬弧焊)，且試驗又分為應變強化前和應變強化后。故決 定了本次焊接工藝評定項目多樣性與復雜性。下表 1 中，序號 112為應變強化 之前焊接工藝評定項目，序號 1324為應變強化之后焊接工藝評定項目。表1焊接工藝評定試驗項目序號焊接方法評定母材母材規(guī)格焊接位置應 變 強 化 刖 試 驗 項 目1SAW埋弧焊）:S30408S =8平焊2SAW埋弧焊）S30408S =12平焊3SMAW早條電弧焊）S30408S =8平焊4SMAW早條電弧焊）:S30408S =12平焊 丁5GTAW鎢極氬弧焊）S30408S =8平焊6GTAW鎢極氬弧焊）S30408S =12平焊7SAW埋弧

6、焊）:S30400S =8平焊8SAW埋弧焊）S30400S =12平焊9SMAW早條電弧焊）S30400S =8平焊10SMAW早條電弧焊）:S30400S =12平焊11GTAW鎢極氬弧焊）:S30400S =8平焊12GTAW鎢極氬弧焊）S30400S =12平焊應 變 強 化 后 試 驗 項 目13SAW埋弧焊）S30408S =8平焊114SAW埋弧焊）rS30408S =12平焊15SMAW早條電弧焊）S30408S =8平焊16SMAW早條電弧焊）S30408S =12平焊:17GTAW鎢極氬弧焊）S30408S =8平焊18GTAW鎢極氬弧焊）S30408S =12平焊19SA

7、W埋弧焊）S30400S =8平焊20SAW埋弧焊）S30400S =12平焊21SMAW早條電弧焊）S30400S =8平焊22SMAW早條電弧焊）S30400S =12平焊23GTAW鎢極氬弧焊）S30400S =8平焊24GTAW鎢極氬弧焊）S30400S =12平焊五、組織機構本次工藝評定由技術、質(zhì)量、生產(chǎn)、專業(yè)焊接管理人員、焊工、無損檢測人員 組成專業(yè)小組，負責本次焊接工藝評定的組織實施。焊接工藝評定焊接人員，必須由本公司熟練焊工進行焊接，并邀請駐廠監(jiān)檢人員現(xiàn)場監(jiān)督指導 表2焊接工藝評定試驗機構人員組成序號姓名職務單位備注1王輝總工程師重慶中容石化機械制造有限公司2萬天林技術工程師重

8、慶中容石化機械制造有限公司3陳恩澤質(zhì)保工程師重慶中容石化機械制造有限公司4牟紅梅焊接工程師重慶中容石化機械制造有限公司5郎鄂焊接工藝員重慶中容石化機械制造有限公司6謝祖華焊接技師重慶中容石化機械制造有限公司7:況小軍檢驗員重慶中容石化機械制造有限公司8楊濤無損檢測工程師重慶中容石化機械制造有限公司六、焊接工藝評定1、母材奧氏體不銹鋼應變強化焊接工藝評定試板（S30408和S30400）,必須是按爐進 行化學成分復驗和按批進行力學性能復驗合格的板材，且材料化學成分和力學性 能分別符合表3表4規(guī)定。表3材料的化學成分化學成分（%）CSiMnPSCrNiN< 0.08< 0.75<

9、 2.00< 0.045< 0.0308.0-10.5 :< 0.10表4材料的力學性能溫度力學性能0.2%屈服強度Rp0.2(Mpa)1.0%屈服強度RP1.0(Mpa)抗拉強度Rp1.0（Mpa）斷后伸長率A（%）20 C> 205> 250> 515> 40-196C> 300> 400> 1250> 30以下表5表8為焊接工藝評定各種材料各種厚度化學成分與力學性能表。表5 S30408 S 8化學成份與力學性能表溫度力學性能0.2%屈服強度RP0.2(Mpa)1.0%屈服強度RP1.0(Mpa)抗拉強度RP1.0(Mpa

10、)斷后伸長率A（%）20 C291/65157.5-196C> 300> 400 1250> 30化學成分（%）CSiMnPSCrNiN0.050.481.210.0310.00118.128.040.05表6 S30400 S 8化學成份與力學性能表溫度力學性能0.2%屈服強度RP0.2(Mpa)1.0%屈服強度RP1.0(Mpa)抗拉強度RP1.0(Mpa)斷后伸長率A（%）20 r270/65057-196C> 300> 400> 1250> 30化學成分（%）CSiMnPSCrNiN0.050.481.210.0310.00118.128.04

11、0.05表7 S30408 S 12化學成份與力學性能表溫度力學性能0.2%屈服強度Rp0.2(Mpa)1.0%屈服強度Rp1.0(Mpa)抗拉強度Rp1.0（Mpa）斷后伸長率A（%）20 r1254/62562-196C> 300> 400> 1250> 30化學成分（%）CSiMnPSCrNiN0.060.471.090.0250.00118.038.010.01表8 S30400 S 12化學成份與力學性能表溫度力學性能0.2%屈服強度Rp0.2(Mpa)1.0%屈服強度Rp1.0(Mpa)抗拉強度Rp1.0（Mpa）斷后伸長率A（%）20 r1284/6496

12、1.0-196E> 300> 400> 1250> 30化學成分（%）CSiMnPSCrNiN0.030.411.130.0320.00118.148.120.05表5表8可看出所選取評定試板均符合要求。焊接工藝評定試件尺寸規(guī)格的選 取根據(jù)NB/T47016的規(guī)定及實際情況綜合考慮，試件單邊板尺寸為550mmX150mm （如圖1所示），根據(jù)表1得出各種母材規(guī)格厚度如下表 9所示。焊接工 藝評定試板下料后經(jīng)外觀檢查應無咬邊、裂紋、表面氣孔、焊渣、凹坑、焊瘤等 缺陷。表9各種規(guī)格母材試板數(shù)量序號母材規(guī)格（mm）數(shù)量1S30408550X 150X 812塊2S304005

13、50X 150X 812塊3S30408550 X 150X 1212塊:4S30400550 X 150X 1212塊150圖12、焊接材料2.1本次焊接工藝評定焊接材料包括：焊條、焊絲、焊劑、氬氣保護氣體。2.2焊接材料選用原則：a) 、焊縫金屬的力學性能應高于或等于母材規(guī)定的下限值；b) 、焊接材料的選取應符合 NB/T47018的規(guī)定。本焊接工藝評定相同焊接方法的兩種材料所選用的焊接材料均相同，且不分應變強化與否。具體見下表10。所選焊接材料化學成份與力學性能見表11表13.表10焊接材料的選擇序號母材規(guī)格焊接方法焊接材料1S30408S 8, 12SAWH08Cr21Ni10Si ?

14、4.0CFH260R2S30400S 8, 12SAW3S30408S 8, 12 :SMAWCHS107R ?4.04S30400S 8, 12SMAW5S30408S 8, 12GTAWH08Cr21Ni10Si ?2.06S30400S 8, 12GTAW表11埋弧焊焊接材料化學成份與力學性能表焊接材料分學成分(質(zhì)量分數(shù)%)CMnSiSPCrNiMoCuH08Cr21Ni10Si ?4.00.0591.620.440.0170.02919.579.150.010.11力學性能抗拉強度(MPa)延伸率(A %)射線檢測彎曲試驗屈服強度(MPa)平均沖擊功(J)59039I級合格/表12手工

15、焊條電弧焊焊接材料化學成份與力學性能表焊接材料分學成分(質(zhì)量分數(shù)%)CMnSiSPCrNiMoCuCHS107R ?4.00.0481.510.290.00420.01920.399.680.0530.027力學性能抗拉強度延伸率射線檢測彎曲試驗屈服強度平均沖擊功(MPa)(A %)(MPa)(J)69442.0I級合格/表13鎢極氬弧焊焊接材料化學成份與力學性能表焊接材料分學成分(質(zhì)量分數(shù)%)CMnSiSPCrNiMoCuH08Cr21Ni10Si ?2.50.0541.830.490.0160.02819.629.08/力學性能抗拉強度(MPa)延伸率(A %)射線檢測彎曲試驗屈服強度(M

16、Pa)平均沖擊功(J)59538I級合格/3、焊接工具表14所需焊接工具序號所需工具數(shù)量備注1榔頭12扁鏟13焊縫量規(guī)14鋼板尺15砂輪機16紅外測溫儀17面罩18氬弧焊面焊19保溫桶14、焊接設備本次焊接工藝評定所選用的焊接設備為埋弧焊機， 焊條電弧焊機，鎢極氣體保護 焊機，焊接工藝評定焊接設備與應變強化低溫容器焊接設備為相同設備。 具體見下表。表15各種焊接設備序號設備名稱規(guī)格、型號數(shù)量備注1多功能弧焊整流器ZD5(D)-10001焊研威達2方波交直流氬弧焊機WSE-315S1廣州長勝焊接設備有限公司3逆變式整流弧焊機ZX7-500IGBT1華遠焊機5、焊接工藝評定試件準備不銹鋼應變強化焊

17、接工藝評定試件是由兩塊鋼板對接組成(見圖1)。不同的焊接方法有不同的坡口型式，包括坡口角度，鈍邊，間隙等。坡口采用機械加工， 且焊接坡口表面應保持平整，不應有裂紋、分層、夾雜物等缺陷。具體見表16表16不同焊接方法所對應的坡口型式序號焊接方法母材坡口型式1SAWS30408S30400%0-12SMAWS30408S304003GTAWS30408S30400坡口組對過程中要注意保護金屬表面，防止機械損傷。組對完成后，坡口間隙、錯邊量、棱角度等都應符合相關要求。組對完成定位焊須用手工焊點牢，定位焊縫不得有裂紋、氣孔、夾渣。否則應清除重焊。除鎢極氬弧焊外，其余兩種焊接 方法焊件兩端都須引入60

18、X 60 X 8和60 X 60 X 12引弧板和引出板。&施焊1)、試件施焊前，應根據(jù)要求編制預焊接工藝規(guī)程。 焊接時各參數(shù)的選取應按預 焊接工藝規(guī)程。下表為各種焊接方法預焊接工藝規(guī)程部分參數(shù)。表17埋弧焊參數(shù)表焊道 焊層焊接 方法填充金屬焊接電流電弧 電壓(V)焊接速度(cm/mi n)線能量(KJ/cm)牌號直徑(mm)極性電流(A)1(正)SAWH08Cr21Ni10SiCHF260R?4.0DCEP50070038384245< 382(背)SAWH08Cr21Ni10SiCHF260R?4.0DCEP50070038384245< 38表18手工焊條電弧焊參數(shù)表

19、焊道 焊層焊接 方法填充金屬焊接電流電弧 電壓(V)焊接速度(cm/mi n)線能量(KJ/cm)牌號直徑(mm)極性電流(A)1(打底)SMAWCHS107R?4.0DCEP15017022281014< 28.5623傾充)SMAWCHS107R?4.0DCEP16018022281014< 30.244(蓋面)SMAWCHS107R?4.0DCEP16018022281014< 30.245(背)SMAWCHS107R?4.0DCEP16018022281014< 30.241、板厚3 =8時，第2層為填充，第 3層為蓋面，第4層為背面焊接。表19氬弧焊參數(shù)表焊道

20、焊接填充金屬焊接電流電弧焊接速度線能量焊層方法牌號直徑(mm)極性電流（A）電壓（V）(cm/mi n)(KJ/cm)1（打底）GTAWH08Cr21Ni10Si?2.5DCEN12014012181012< 15.1224傾充）GTAWH08Cr21Ni10Si?2.5DCEN12014012181012< 15.125（蓋面）GTAWH08Cr21Ni10Si?2.5DCEN12014012181012< 15.126（背）GTAWH08Cr21Ni10Si?2.5DCEN12014012181012< 15.121、板厚3 =8時，第2層為填充，第3層為蓋面，第4

21、層為背面焊接。2）、焊接環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況時，應采用有效防護措施，否則禁止施焊；a）、風速：氣體保護焊大于2m/s,其它焊接方法大于10m/s;b）、相對濕度大于90%;c）、雨雪環(huán)境；d）、焊件溫度低于-20 Eo焊接時，應在引弧板或坡口內(nèi)引弧，禁止在非焊接部位引弧。焊接完成時應在 引出板上收弧，弧坑應填滿。電弧擦傷處需經(jīng)修磨，使其均勻過渡到母材表面， 修磨的深度應不大于該部位母材厚度的 5%,且不大于2mm,否則應進行補焊。 焊接時，要嚴格控制試件的線能量。在焊接手工焊條電弧焊和鎢極氬弧焊時， 應 注意層間清理，將焊縫表面熔渣、氧化物、油脂、銹跡等清除干凈后再繼續(xù)施焊。七、焊接工藝評定檢

22、查1、焊接完成對試件進行檢驗1.1焊接試件檢驗項目：外觀檢查、無損檢測 外觀檢查：焊接試件的焊縫表面不得有裂紋、 未熔合、夾渣、夾鎢、氣孔、焊瘤、 和未焊透，所有焊縫均不得有咬邊和凹坑；焊縫背面凹坑，深度不大于20%T （T 為母材厚度），且不大于2mm；試件焊縫外形尺寸見表20表20焊接試件焊縫外形尺寸焊接 方法焊縫余咼焊縫余高差焊縫寬度焊道咼度差平焊:平焊比坡口每側增寬寬度差平焊手工焊03< 20.52.5< 3/埋弧焊03< 224< 2/無損檢測：焊接試件的射線檢測按照NB/T47013.2-2015承壓設備無損檢測標準進行，射線檢測技術不低于 AB級，焊縫質(zhì)量

23、等級不低于U級。2、力學性能試驗和彎曲試驗2.1力學性能試驗和彎曲試驗項目和取樣數(shù)量按表20取樣表21力學性能試驗和彎曲試驗項目和取樣數(shù)量試件母材的厚度T（mm）拉伸試驗（個 ）彎曲試驗（個）沖擊試驗（個）拉伸面彎才匕才忑 冃彎側彎焊縫區(qū)熱影響區(qū)T=82 L122/3 333T=122 1/42331、未進行應變強化處理的拉伸試驗試樣為 4個，2個常溫試驗，2個-196T低溫 試驗。2、試件T=12mm時，用4個橫向側彎試樣代替2個面彎和2個背彎試樣；3、試件T=8mm時，沖擊試驗尺寸為 5mmx 10mmX 55mm.2.2力學性能試驗和彎曲試驗的取樣焊接試件取樣時，采用冷熱加工方法均可，但

24、采用熱加工方法取樣時，則應去除 熱影響區(qū)。圖2為焊接試樣樣坯位置及尺寸。舍拉伸拉伸背彎面彎備用（需保留I背彎 I面彎 拉伸 拉伸沖擊舍300I弁試 樣 試 樣 試 樣 試 樣備用需保留試 樣 試 樣 試 樣 試 樣 試二樣弁E1舍I I弁r拉伸II試樣A拉伸試樣側彎:II試樣I I側彎:試樣 I備用需保留備用需保留 _側彎1試樣14 w側彎試樣1拉伸II試樣10!拉伸試樣101沖擊試樣0舍11弁12300Ir0廠圖2試件尺寸和樣樣胚靖圖2.3拉伸試驗2.31取樣和加工要求：a）、未進行應變強化處理試樣：切取未進行應變強化處理拉伸試驗試樣的樣 坯時應保留焊縫余高。之后將樣坯制成試樣時應以機械加工

25、方法去除焊縫余高使 之與母材平齊，并滿足各種試樣對表面質(zhì)量的要求，如圖 4所示。b）、9%應變強化處理試樣：切取9%應變強化處理拉伸試驗試樣時先須保留焊縫余高，之后再將試樣樣坯逐件在拉伸試驗機上，通過原始標定作9%拉伸應變。卸載后靜默15min完成其應變強化過程。之后再將拉伸試樣樣坯以機械方法 去除焊縫余高。并滿足各種試樣對表面質(zhì)量的要求，如圖4所示。拉伸試驗試樣加工完成后，對未進行應變強化處理的試樣和9%應變強化處伸試樣0理的試樣分別打上永久性標志，以示區(qū)分。300啓2佝300拉伸拉樣二樣二工后工寸尺寸9%應變強化處理拉伸2樣樣坯尺寸98應變強化處理拉伸試樣樣坯尺寸試樣 p63 6未進行應變

26、強化處理拉伸試樣拝坯尺3.伸1）、應變強化變伸試樣二次加工次尺工長度也為3度也為300mm圖4圖4試驗方法：未進行應變強化試樣的拉伸試驗分為常溫拉伸和-196C低溫拉伸，按照GB/T228規(guī)定的試驗方法分別測定焊接接頭的抗拉強度，0.2%屈服強度, 1.0%屈服強度，并計算斷后伸長率。應變強化后拉伸試驗只進行常溫拉伸， 按照GB/T228規(guī)定的試驗方法測定焊接接頭的抗拉強度，0.2%屈服強度，1.0% 屈服強度，并計算斷后伸長率。合格指標：每個試樣的抗拉強度應不低于 Q/CZR4207-2014標準規(guī)定的母 材抗拉強度最低值。2.4彎曲試驗取樣和加工要求：a）、未進行應變強化處理試樣：試樣的焊

27、縫余高采用機械方法去除，面彎、背彎試樣的拉伸表面應加工齊平，試樣表面不得有劃痕和損傷，并滿足 各種表面要求。b）、9%應變強化處理試樣：切取9%應變強化處理彎曲試驗試樣時先須保留焊縫余高，之后再將試樣樣坯逐件在拉伸試驗機上，通過原始標定作9%拉伸應變。卸載后靜默15min完成其應變強化過程。之后再將彎曲 試樣樣坯再以機械方法去除焊縫余高。并滿足各種表面要求。圖5為面彎、背彎樣坯圖；圖6為面彎、背彎二次加工后尺寸圖。當試件厚度 T=12mm時，彎曲試驗為側彎試驗，圖7為橫向側彎試樣樣坯圖，圖8為橫向側 彎試樣二次加工后尺寸圖。9%應變強化尺寸:面彎（背彎）試樣樣坯尺寸圖5面 彎試300注1、當T

28、=12mr時，試樣尺寸S=10mm 注2、當T=8mrf寸，試樣尺寸S=7.8mm面彎試樣二次加工后尺寸300ML注1、當T=12mr時，試樣尺寸S=10mm 注2、當T=8mrf寸，試樣尺寸S=7.8mm背彎試樣二次加工后尺寸1:應變強化后面彎背彎長度尺寸也為300 mmP E49%£變強化尺寸:橫向側彎試樣二次加工圖1:應變強化后L長度尺寸也為300mm圖8試驗方法：彎曲試驗按GB/T2653的試驗方法測定焊接接頭的完好性和塑 性。合格指標：a）彎曲角度180°，無裂紋；b）彎曲角度小于180°出現(xiàn)裂紋時, 單條裂紋長度不得大于3mm,同時應滿足以下條件，當彎

29、曲角度大于等于 90° 時，伸長率應大于等于母材最小斷后伸長率，即 40%;彎曲角度小于90°時， 伸長率應大于等于30%。2.5沖擊試驗試樣制?。喝鐖D9所示為試樣取樣的樣坯圖。各樣坯尺寸應滿足圖 9求， 未進行應變強化尺寸應去除焊縫余高；9%應變強化在拉伸之后去除焊縫余高， 之后試樣制取，并作好表面標記，以示區(qū)分。a）試樣取向：試樣縱軸線應垂直于焊縫軸線，缺口軸線垂直于母材表面；b）取樣位置：在試件厚度上的取樣位置見圖9；c）缺口位置：焊縫區(qū)試樣的缺口軸線應位于焊縫中心線上。熱影響區(qū)試樣的缺口軸線至試樣縱軸線與熔合線交點的距離k > 0,且應盡可能多的通過熱影響區(qū)，詳見圖10。沖擊試樣m3009%應變強化尺寸：沖擊試樣沖擊試樣樣坯尺寸b）焊縫區(qū)沖擊試樣位置注1 cl c2按材料標準規(guī)定執(zhí)行。當材料標準沒有規(guī)定時,T<40mmn,則c10. 5nm2mm注2:雙面焊時，c2從焊縫背面的材料表面測量。圖10圖10熱影響區(qū)沖擊試樣缺口軸線位置試形