施工員焊接及熱處

1、施工員焊接及熱處理知識學習材料2006年10月1第一部分 熱處理熱處理概念：熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到預定的溫度，保溫一定的時間，然后以預定的方式冷卻到室溫的一種熱加工工藝。焊后熱處理（PWHT）概念可由此衍生。2熱加工工藝：根據(jù)鋼在加熱和冷卻過程中的組織轉變規(guī)律制定的鋼在熱處理時的具體加熱、保溫和冷卻的工藝參數(shù)。 分為：普通熱處理（退火、正火、淬火和回火） ，表面熱處理（表面淬火和化學熱處理等），特殊熱處理（形變熱處理、磁場熱處理等）。 3 我們所用到的焊后熱處理屬于普通熱處理 -回火（GB50236-98條文說明）。 回火又分為低溫回火（150-250），中溫回火（350-500），高溫回

2、火（500-650）（施工現(xiàn)場）。 說明一點：焊縫屬于鑄造組織，很容易產生殘余應力，所以消除焊接殘余應力就是PWHT的最主要目的。4焊后熱處理（PWHT）的目的：（1）松弛焊接殘余應力（2）穩(wěn)定結構的形狀和尺寸，減少畸變（3）改善母材、焊接區(qū)的性能（4）提高抗應力腐蝕能力（5）進一步釋放焊縫金屬中的有害氣體，特別是氫氣，防止延遲裂紋的發(fā)生。5其中第（3）條說改善性能主要包括：提高焊縫金屬的塑性，降低熱影響區(qū)的硬度，提高斷裂韌性，改善疲勞強度，改善蠕變特性，恢復和提高冷成型中降低的屈服強度。 降低熱影響區(qū)的硬度，這也就是我們采用硬度檢測方法來檢驗熱處理效果的理論依據(jù)。 6理論分析指出：應力的降低

3、起因于 高溫下的蠕變。 在碳剛中，蠕變從450時開始出現(xiàn)；在含鉬的鋼中，從550時開始出現(xiàn)（值得注意這兩個溫度值都處在常規(guī)PWHT的升溫階段，也就是說PWHT的消應力行為在升溫階段就開始了）。各種標準規(guī)范都規(guī)定了PWHT的升溫速度就是基于此點考慮的，當然降溫階段同樣進行著消應力行為）。 7理論分析指出；在焊件的內應力中，是伴隨著拉應力與壓應力的，應力與彈性變形同時存在，當鋼材的溫度升高時，蠕變其屈服強度下降，原有的彈性應變會轉化成塑性應變，從而使應力松弛（值得注意：此處提到屈服強度降低了，就是說PWHT是依靠高溫下材料強度的降低來實現(xiàn)消除應力的）。 8程序控制文件規(guī)定： 熱處理工藝文件由熱處理

4、責任人員根據(jù)設計圖樣和用戶要求、現(xiàn)場實際及裝備情況進行編制。 9熱處理工藝文件至少要包括以下內容： 1）需熱處理的材質及主要規(guī)格；在確定材料焊接工藝的同時得出了需要熱處理的材質及規(guī)格，然后依據(jù)圖紙統(tǒng)計工作量。2）熱處理的種類；按照焊接工藝評定執(zhí)行。我認為這個種類不是指我前面的分類，而是預熱、后熱、焊后熱處理（PWHT）或者是消應力熱處理、穩(wěn)定化熱處理（后面講）。3）熱處理的方法及所用設備和溫度檢測儀表；電加熱、繩式加熱器、熱電偶。104）熱處理的加熱速度、恒溫溫度、恒溫時間和冷卻速度； 恒溫溫度可以按照工藝評定給出的數(shù)據(jù)執(zhí)行也可以按照規(guī)范要求確定，恒溫時間、升降溫速度按規(guī)范確定。 GB5023

5、6-98規(guī)定：升溫速度，當溫度升至400以上時，加熱速率不應大于（205*25/）/h，且不得大于330/h；恒溫時間，焊后熱處理的恒溫時間應為每25mm壁厚恒溫1h，且不得少于15min，在恒溫期間內最高與最低溫差應低于65；冷卻速度，恒溫后的冷卻速率不應大于（60*25/）/h，且不得大于260/h，400以下可自然冷卻；恒溫溫度，列了一個表。11SH3501-2002中規(guī)定：a)加熱升溫至300后，加熱速度應按5125/h計算，且不大于220/h；b)恒溫時間應按下列規(guī)定計算，且總恒溫時間均不得少于30min。在恒溫期間內，各測點的溫度均應在熱處理溫度規(guī)定的范圍內，其差值不得大于50：1

6、）非合金鋼為每毫米壁厚2.min25vmin；2）合金鋼為每毫米壁厚3min；c)恒溫后的冷卻速度應按6500/h計算，且不大于260/h。冷至300后可自然冷卻。125）熱電偶的安裝數(shù)量、位置及固定方法；L加熱器保溫區(qū)進行局部熱處理時，加熱寬度L不得小于5 ，R代表管子半徑，T 代表管壁厚度，任何情況下都不得小于100MM。13熱處理時DN12焊縫應至少安放一支測溫熱電偶，1224焊縫對稱安放2支熱電偶，24焊縫應對稱安放4支熱電偶。熱電偶應在檢定有效期內。146）熱處理的安全防護；焊前預熱時，需對所有預熱用電纜接頭進行檢查，確認絕緣良好后方可通電加溫。施焊過程中，應確保加熱器的所有接頭均遠

7、離作業(yè)人員或用保溫棉進行有效隔離。進行消應力熱處理時，應在熱處理區(qū)周圍設置警戒標志，以防觸電或燙傷。夜間進行熱處理作業(yè)時，應在保溫區(qū)上方搭設防雨棚，以防突然下雨導致熱處理過程中斷影響消應力效果。熱處理時電阻絲應盡量用新的，以防熱處理過程中燒毀。 157）熱處理的檢驗要求GB50235-97中規(guī)定：對要求熱處理的焊縫，熱處理后應測量焊縫及熱影響區(qū)的硬度值，其硬度值應符合設計文件規(guī)定。當設計文件無明確規(guī)定時，碳素鋼不宜大于母材硬度值的120%；合金鋼不宜大于母材硬度值的125%。檢驗數(shù)量不應少于熱處理焊口總數(shù)的10%。(GB50236-98中有相同的規(guī)定)16SH3501-2002中規(guī)定：焊接接頭

8、熱處理后，首先應確認熱處理自動記錄曲線，然后在焊縫及熱影響區(qū)各取一點測定硬度值。抽檢數(shù)量不得少于20%，且不少于一處。熱處理后焊縫的硬度值，不宜超過母材標準布氏硬度值加100HB，且應符合下列規(guī)定：a)合金總含量小于3，不大于270HB； b）合金總含量310，不大于300HB； c）合金含量大于10%，不大于350HB。17GB50236-98第11章，第11.3節(jié)，第11.3.11款，第11.3.11.1條規(guī)定：焊縫焊后熱處理應在焊縫外觀檢查及規(guī)定的無損檢驗合格后進行。程序控制文件規(guī)定： 熱處理前應對焊縫進行確認，確認項目至少包括：a)焊接工作以完成；b)焊縫外觀符合質量標準；c)其他要求

9、檢驗項目以檢驗合格，并取得檢驗合格通知；d)除鉻鉬耐熱鋼以外焊縫經無損檢驗已合格，并已取得檢驗合格通知單。18為了省略PWHT，以往經常采用高鉻、鎳的奧氏體焊材，這樣的焊縫，會產生鉻的碳化物層和母材的脫碳現(xiàn)象。高溫下使用時，會因熱膨脹的差異（二者熱膨脹系數(shù)不同）而導致失效。另外，用奧氏體鋼焊材焊接低碳鋼會產生很高的殘余應力。19當熱處理已達到保溫溫度時過程中斷（斷電），應進行重新加熱，待再次達到保溫溫度后，前后保溫時間要累計。對于閥門等在熱處理過程中可采用圍繞閥體加銅制盤管通水的方法對閥體進行保護，以免在熱處理過程中損壞閥門的密封裝置。 20預熱：主要目的是為了降低鋼材的淬硬程度，延緩焊縫的冷

10、卻速度，以利于氫的逸出和改善應力條件，通常會降低熱影響區(qū)的硬度，防止產生淬硬組織，從而降低接頭的延遲裂紋傾向。后熱(低溫后熱150-250;消氫處理300-400)降低焊縫區(qū)的硬度，排除焊縫區(qū)內氫等有害氣體。使焊縫區(qū)冷卻速度降低，促進氫的逸出，避免出現(xiàn)硬度升值。需在焊縫區(qū)處在較高的溫度時進行方才有效。 21晶間腐蝕：即奧氏體不銹鋼焊接接頭處在450850敏化溫度區(qū)間內，焊接的快速連續(xù)加熱過程使金屬晶粒內部過飽和固溶的碳原子會逐步向晶粒邊緣擴散，與晶粒邊緣層的鉻原子結合而成碳化物（Gr.Fe）23C6,并沿晶界沉淀淅出。由于鉻原子的擴散速率要比碳原子的擴散慢的多，來不及補充形成碳化物所消耗的鉻，

11、于是晶粒邊緣貧鉻而喪失了耐腐蝕性能，在渣油類介質工作的情況下，將產生晶間腐蝕。焊縫上的晶間腐蝕通常在多層多道焊的情況下出現(xiàn)，前一焊道金屬受到后道焊接的熱影響而處于敏化溫度的區(qū)間，出現(xiàn)貧鉻的區(qū)域，增加了在腐蝕介質中產生晶間腐蝕的可能性。22穩(wěn)定化熱處理的目的：使Gr23C6溶解工藝參數(shù)： 在0400范圍內，以120/h的速度，進 行應力消除；在40090010范圍內，隨 施工現(xiàn)場情況，提高升溫速度，盡量減少升溫 時間，以減少焊縫在敏化溫度區(qū)間停留的時 間；在90010溫度范圍內，恒溫2h，并 隨管道壁厚的增加而增加，增加數(shù)量為4.7分鐘/mm；恒溫結束后，即刻進行空氣冷卻。（海南煉化）說明：穩(wěn)定

12、化熱處理的同時也在進行著消應力行為。23第二部分：焊接質量控制控制內容及措施焊接：通過對工件加熱或加壓，或同時加熱加壓，填充或不填充焊接材料使工件達到永久性連接（原子或分子之間的結合和擴散）的一種連接成型方法。 包括熔焊（電弧焊、氣焊、激光焊等）、壓焊（鍛焊-兵器、電阻焊、爆炸焊等）、釬焊（火焰釬焊-銅、感應釬焊等）。我們用的是熔焊中 的電弧焊和氣焊，其中電弧焊有焊條電弧焊、手 工鎢極氬弧焊、CO2半自動氣體保護焊（長輸）。24 焊接質量的優(yōu)劣，主要由接頭設計、材質、焊接工藝和焊接檢驗四個方面決定，即所謂焊接質量控制的四要素。相互關聯(lián)，相互制約接頭設計因素的控制 主要表現(xiàn)在接頭型式和焊縫布置的

13、合理性上。焊接結構的破壞大多起源于接頭區(qū)的裂紋，它與接頭形式的合理性有關。不合理易造成應力集中，或使工件易變形。25在施工過程中，管對接、角接坡口都是按照焊接工藝指導書規(guī)定的坡口形式進行焊接作業(yè)的，有焊接工藝評定試驗為依據(jù)。而管支吊架的焊接往往被忽視，它是宏觀力的承受者，應當予以重視，嚴格按照管支吊架標準圖制作、安裝、焊接是必要的。26材質因素控制包括母材和焊材（焊絲、條、鎢極、氣體） 母材的控制 母材對焊接質量的影響主要體現(xiàn)在金屬材料的焊接性上。焊接工程師在進行焊接工藝評定時，在制定焊接工藝評定工藝指導書之前，要對材料的焊接性進行評估?？赏ㄟ^碳當量、冷裂紋敏感指數(shù)的計算進行間接評估。另外，最

14、可靠的評估方法是通過一系列的焊接裂紋試驗，最高硬度試驗對材料的焊接性進行直接評估。（也常用）無論是直接還是間接評估，都應該由具備一定的焊接專業(yè)知識和實踐經驗的人來完成。施工員能做到的，就是發(fā)現(xiàn)母材顯性的缺陷（層皮、褶皺、裂紋等），供應往往漏掉，及時提出退貨。272 焊材的控制 焊材對焊接質量的影響主要體現(xiàn)在焊接材料的選擇上。理論上選材要遵循一系列的要求。施工員可根據(jù)相應的標準規(guī)范和公司已有的焊接工藝評定進行選擇。說明一點，規(guī)范中都有規(guī)定，同類同組的材料的評定可相互代用。我建議，一般不要替代，有時侯代用評定的焊材不是最佳的選擇.可以把規(guī)范和評定結合起來選擇。28工藝因素的控制焊接工藝中，對焊接質

15、量影響較大的有焊前準備、焊接順序和焊接工藝參數(shù)。1 焊前準備的控制 1）坡口的制備 碳鋼可采用火焰切割加工；合金鋼原則采用機械方法加工坡口，因條件所限無法采用機械加工時，也可采用等離子焰切割或火焰的方法進行加工，坡口打磨時將切割的熱影響區(qū)打磨掉，并修整出所要求的坡口。 2） 接頭的裝配（組對） 焊口組對應使內壁齊，內壁錯邊量不超過壁厚的10%，且不大于0.5mm；29 3） 焊前清理 組對前用角向磨光機、棒式砂輪機、鋼銼等將坡口及內外兩側不小于10mm范圍內的母材表面清理干凈，直到露出金屬光澤。 套詞，方案都這樣寫。應注意的是焊前清理很重要，油漆內含有多種化學元素、化合物，一旦進入焊接區(qū)受熱將

16、分解成多種有害氣體和合金元素，使焊縫產生氣孔和裂紋。2焊接順序的控制 應盡量使焊縫處于比較自由地收縮狀態(tài)。303 焊接工藝參數(shù)的控制 包括工藝參數(shù)、預熱溫度、后熱、焊后熱處理等。1） 線能量：單位長度上的熱量，E=UI/v（電流（I）是主要因素，決定線能量的大?。?。對某些低合金鋼與不銹鋼的焊接質量影響很大。焊接低合金鋼時，線能量過大，會降低接頭的韌性和強度；焊接不銹鋼時，過高-晶間腐蝕。 控制線能量的方法：圍繞三個參數(shù)，主要是小電流，短弧焊（控制電弧電壓）多層多道焊、減小擺動幅度等。 2）電弧電壓（U） 過高易產生氣孔和未焊透等缺陷。3）焊接速度（v） 快了：成型不良、未焊透、夾渣、咬邊；慢了：燒穿。31檢驗因素的控制控制焊接質量的重要手段。依據(jù)設計及規(guī)范要求靈活選用。提一點：GB50236-98中規(guī)定：設計文件規(guī)定焊縫系數(shù)為1的焊縫或規(guī)定進行100%射線照相檢驗或超聲波檢驗的焊