奧氏體不銹鋼應變強化焊接工藝評定方案

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， 可以

2、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，其壁厚通常可以減薄30% 50%，有利于節(jié)省材料，降低制造成本及運輸中的能耗，經濟效益顯著。二、編制依據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、 GB150.1 150.4-2011 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、焊接工藝評定一般要求1.

3、1 、焊接工藝評定試驗應按 NB/T47016-2011承壓設備產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，經過監(jiān)檢人員認可后方可進行。三、焊接工藝評定目的1、本次焊接工藝評

4、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；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GB24511.S30408(=8 和 =12)和美國 ASME材料 SA-240.S30400( =8 和 =12)兩種材料進行，以檢驗美國ASME材料和國產材料焊接參數(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，焊條電弧焊，鎢極氬弧焊），且試驗又分為應

5、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1SAW(埋弧焊 )S30408 =8平焊變2SAW(埋弧焊 )S30408 =12平焊強3SMAW(焊條電弧焊 )S30408 =8平焊化4SMAW(焊條電弧焊 )S30408 =12平焊前5GTAW(鎢極氬弧焊 )S30408 =8平焊試6GTAW(鎢極氬弧焊 )S30408 =12平焊驗7SAW(埋弧焊 )S30400 =8平焊項8SAW(埋弧焊 )S30

6、400 =12平焊目9SMAW(焊條電弧焊 )S30400 =8平焊10SMAW(焊條電弧焊 )S30400 =12平焊11GTAW(鎢極氬弧焊 )S30400 =8平焊12GTAW(鎢極氬弧焊 )S30400 =12平焊應13SAW(埋弧焊 )S30408 =8平焊變14SAW(埋弧焊 )S30408 =12平焊強15SMAW(焊條電弧焊 )S30408 =8平焊化16SMAW(焊條電弧焊 )S30408 =12平焊后17GTAW(鎢極氬弧焊 )S30408 =8平焊試18GTAW(鎢極氬弧焊 )S30408 =12平焊驗19SAW(埋弧焊 )S30400 =8平焊項20SAW(埋弧焊 )S

7、30400 =12平焊目21SMAW(焊條電弧焊 )S30400 =8平焊22SMAW(焊條電弧焊 )S30400 =12平焊23GTAW(鎢極氬弧焊 )S30400 =8平焊24GTAW(鎢極氬弧焊 )S30400 =12平焊五、組織機構本次工藝評定由技術、質量、生產、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慶中容石化機械制造有限公司3陳恩澤質保工

8、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（ %）CSiMnPSCrNiN0.08 0.75 2.000.0450.03018.0-20.0

9、8.0-10.50.10表 4 材料的力學性能0.2%屈服強度1.0%屈服強度抗拉強度斷 后 伸 長 率RP0.2(Mpa)RP1.0(Mpa)RP1.0(Mpa)A(%)溫度力學性能20205250 51540-196300400 125030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 5S30408 8 化學成份與力學性能表0.2%屈服強度1.0%屈服強度抗拉強度斷后伸長率溫度RP0.2(Mpa)RP1.0(Mpa)RP1.0(Mpa)A(%)力學性能20291/65157.5-196300400 125030化學成分（ %）CSiMnPSCrNiN0.050

10、.481.210.0310.00118.128.040.05表 6S30400 8 化學成份與力學性能表0.2%屈服強度1.0%屈服強度抗拉強度斷后伸長率溫度RP0.2(Mpa)RP1.0(Mpa)RP1.0(Mpa)A(%)力學性能.20270/65057-196300400 125030化學成分（ %）CSiMnPSCrNiN0.050.481.210.0310.00118.128.040.05表 7S30408 12 化學成份與力學性能表0.2%屈服強度1.0%屈服強度抗拉強度斷后伸長率溫度RP0.2(Mpa)RP1.0(Mpa)RP1.0(Mpa)A(%)力學性能20254/62562

11、-196300400 125030化學成分（ %）CSiMnPSCrNiN0.060.471.090.0250.00118.038.010.01表 8S3040012 化學成份與力學性能表0.2%屈服強度1.0%屈服強度抗拉強度斷后伸長率溫度RP0.2(Mpa)RP1.0(Mpa)RP1.0(Mpa)A(%)力學性能20284/64961.0-196300400 125030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 NB/T47016 的規(guī)定及實

12、際情況綜合考慮，試件單邊板尺寸為 550mm× 150mm（如圖 1 所示），根據表 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1S30408550×150× 812 塊2S30400550×150× 812 塊3S30408550×150×1212 塊4S30400550×150×1212 塊.055150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

13、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1S30408 8， 12SAWH08Cr21Ni10Si?4.02S30400 8， 12SAWCFH260R3S30408 8， 12SMAWCHS107R ?4.04S30400 8， 12SMAW5S30408 8， 12GTA

14、WH08Cr21Ni10Si?2.06S30400 8， 12GTAW表 11 埋弧焊焊接材料化學成份與力學性能表分學成分（質量分數(shù) %）焊接材料CMnSiSPCrNiMoCuH08Cr21Ni10Si?4.00.0591.620.440.0170.02919.579.150.010.11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)59039I 級合格/表 12 手工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（質量分數(shù) %）CMnSiSPCrNiMoCuCHS107R?4.00.0481.510.290.00420.01920.399

15、.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（質量分數(shù) %）MnSiSPCrNiMoCuCH08Cr21Ni10Si ?2.5 0.0541.830.49 0.016 0.028 19.62 9.08/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)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1

16、8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

17、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1SAWS30408S30400.2SMAWS30408S304003GTAWS30408S30400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60×60×8 和 60×60×12 引弧板和引出板。6、施焊1）、試件施焊前， 應根據要求編制預焊接工藝規(guī)程。 焊接時各參

18、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 徑極 性電 流電 壓(cm/min)(KJ/cm)(mm)(A)(V)1(正 )SAWH08Cr21Ni10Si?4.0DCEP5007003838424538CHF260R2(背 )SAWH08Cr21Ni10Si?4.0DCEP5007003838424538CHF260R表 18 手工焊條電弧焊參數(shù)表焊道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 徑極 性電 流電 壓(cm/min)(KJ/cm)(mm)(A)(V)1SMAW

19、CHS107R?4.0DCEP15017022281014 28.56(打底 )23SMAWCHS107R?4.0DCEP16018022281014 30.24(填充 )4SMAWCHS107R?4.0DCEP16018022281014 30.24(蓋面 )5SMAWCHS107R?4.0DCEP16018022281014 30.24(背 )1、板厚 =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 徑極 性電 流電 壓(cm/min)(KJ/cm)(mm)(A)(V)1GTAWH08Cr

20、21Ni10Si?2.5DCEN12014012181012 15.12(打底 )24GTAWH08Cr21Ni10Si?2.5DCEN12014012181012 15.12(填充 )5 GTAW(蓋面 )6 GTAW(背 )H08Cr21Ni10SiH08Cr21Ni10Si?2.5DCEN12014012181012 15.12?2.5DCEN12014012181012 15.121、板厚 =8 時，第 2 層為填充，第3 層為蓋面，第4 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

21、)、相對濕度大于90%；c)、雨雪環(huán)境；d)、焊件溫度低于 -20。焊接時，應在引弧板或坡口內引弧， 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

22、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焊縫余高焊縫余高差焊縫寬度焊道高度差方法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，焊縫質量等級不低于級。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

23、驗彎曲試驗 (個)沖擊試驗 (個)(個 ).拉伸面彎背彎側彎焊縫區(qū)熱影響區(qū)T=82122/3333 T=1221/42331、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-196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5mm×10mm× 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。05舍棄020拉伸試樣04拉伸試樣42背彎試樣24面彎試樣

24、 4備用（需保留）備用（需保留）0背彎試樣2542面彎試樣04拉伸試樣04拉伸試樣 4沖擊試樣08舍棄02舍棄020拉伸試樣04拉伸試樣44側彎試樣41側彎試樣 1備用（需保留）備用（需保留）側彎試樣414側彎試樣01拉伸試樣04拉伸試樣 4沖擊試樣08舍棄02300300圖 2 試件尺寸和試樣樣胚位置圖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

25、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4.樣 0理的試樣分別打上永久性標志，以示區(qū)分。43000拉伸試樣未進行應變強化處理拉伸試樣樣坯尺寸3000未進行應變強化處理拉伸試樣樣坯尺寸拉伸試樣 40拉伸試樣32749%應變強化處理拉伸試樣樣坯尺寸63279%應變強化處理拉伸試樣樣坯尺寸6.6.253. 212.5333拉2試樣 53伸 R2

26、拉伸3. 2試樣3 56.3 6.36R512. 5263. 2636 612.512(8)12( 8)63. 2612. 5300 300拉伸試樣二次加工后尺寸拉伸試樣二次加工后尺寸1)、應變強化拉伸試樣二次加工后尺寸長度也為1)、應變強化拉伸試樣二次加工后尺寸長300mm.度也為300mm.圖4圖 42.3.2 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-196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

27、， 0.2%屈服強度， 1.0% 屈服強度，并計算斷后伸長率。2.3.3 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2.4.1 取樣和加工要求：a)、未進行應變強化處理試樣：試樣的焊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

28、。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。.未進行應變強化尺寸：面彎（背彎）試4樣 212( 8)3009%應變強化尺寸：4面彎（背彎）試樣 212( 8)L327面彎（背彎）試樣樣坯尺寸圖 536.52.樣 8面彎試31300T3SR注1、當T=12mm時，試樣尺寸S=10mm;注2、當T=8mm時，試樣尺寸S=7. 8mm.面彎試樣二次加工后尺寸8532.背彎試樣136.300S3RT注1、當T=12mm時，試樣尺寸S=1

29、0mm;注2、當T=8mm時，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300mm.圖 6.未進行應變強化尺寸：21300149%應變強化尺寸：21L32714橫向側彎試樣樣坯圖圖 712. 52336.6.1312.510R300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 82.4.2 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。2.4.3 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2.5.1 試樣制取：如圖 9 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