鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合

1、鋼制壓力容器焊接工藝評定項目的優(yōu)化和整合鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合經(jīng)過二十余年的努力和積累，國內(nèi)壓力容器制造企業(yè)對焊接工藝評定重要性的認識不斷深入，焊接工藝評定工作也取得大的進展。目前，企業(yè)做了上百個甚至幾百個焊接工藝評定項目的并不少見。但是由于對JB4708-2000標準認識和理解的偏差，也出現(xiàn)一些不可忽視的問題，如焊接工藝評定項目的選擇無序，無計劃，隨意性大，以致焊接工藝評定覆蓋范圍重疊， 鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合 評定項目相互重復(fù)；甚至有的企業(yè)所做評定項目數(shù)量雖不少，但卻不能覆蓋現(xiàn)有的壓力容器產(chǎn)品。因而急需對焊接工藝評定項目進行優(yōu)化和整合。在確定焊接工藝因素時，

2、盡量擴大焊接工藝評定覆蓋范圍，避免和減少覆蓋范圍的重疊，減少焊接工藝評定數(shù)量，保證焊接工藝評定項目能覆蓋全部壓力容器產(chǎn)品。 鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程和JB4708-2000標準，按照鋼制壓力容器用材種類（碳鋼和低合金鋼、鉻鎳奧氏體不銹鋼）、焊接方法（焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護焊）、焊后熱處理類別，對各種鋼制壓力容器的焊接工藝評定項目進行分析和探討。鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合1、碳鋼和低合金鋼制壓力容器1.1 不進行焊后熱處理（As Weld）對于母材為標準抗拉強度下限值小于或等于540MPa及-2組以外的鋼材，為了充分利用焊接工藝評定

3、的覆蓋范圍，減小焊接工藝評定項目共同疊加的覆蓋范圍，達到減少焊接工藝評定數(shù)量的目的，在擬定焊接工藝指導(dǎo)書時，選擇焊接工藝評定試件的厚度分別為6mm、16mm、38mm。評定合格后，則它們的焊件母材厚度覆蓋范圍分別為1.512mm、1232mm、28.5200mm。 鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合這樣，選擇的三個焊接工藝評定項目則可不間斷地覆蓋1.5200mm的所有板厚，見表1。表1序號焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1SMAW（或SAWGTAW）AW61.512216123233828.5200鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合注：AWAS WELD，

4、即焊態(tài)，不進行焊后熱處理。從表1可以看出，對于焊條電弧焊、埋弧焊和鎢極氣體保護焊，每種焊接方法各有三個焊接工藝評定項目。對于中厚板和厚板，如厚度16mm和38mm的試件，可以采用二種焊接方法（鎢極氣體保護焊和焊條電弧焊）或三種焊接方法（鎢極氣體保護焊、焊條電弧焊和埋弧焊）的組合評定代替分別評定，這樣一個工藝評定可以代替二個或三個評定，達到減少焊接工藝評定數(shù)量的目的。鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合對于母材為-2組和標準抗拉強度下限值大于540MPa的強度型低合金鋼，擬定焊接工藝指導(dǎo)書時，選擇焊接工藝評定的試件厚度分別為6mm、16mm、32mm、64mm、128mm，評定合格后，則它們的

5、焊件母材厚度覆蓋范圍分別為1.512mm、1224mm、2448mm、4896mm、96192mm，這樣，選擇的五個焊接工藝評定就可不間斷地覆蓋從1.5192mm的所有板厚，而且沒有發(fā)生覆蓋范圍的重疊，見表2。鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合表2序號焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1SMAW（或SAWGTAW）AW61.512216122433224484644896512896192鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合1.2 高于上轉(zhuǎn)變溫度進行焊后熱處理（Normalizing）這主要針對熱沖壓成形的碳鋼和低合金鋼凸形封頭的拼接焊接接頭的焊接工藝評定。對

6、于熱沖壓成形的碳鋼和低合金鋼制凸形封頭，應(yīng)充分考慮封頭拼接焊接接頭熱沖壓的熱過程，如果認為熱沖壓的熱加工過程不屬于焊后熱處理，這樣的理解是不正確的。 鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合對于碳鋼和低合金鋼制凸形封頭，熱沖壓過程的加熱溫度已達到或超過910（鐵碳平衡圖上的臨界點A3），因而封頭的熱沖壓過程類似于正火熱處理過程（Normalizing），直接影響到封頭拼接焊接接頭的力學(xué)性能和彎曲性能，對于封頭拼接焊接接頭實際上也就是一次焊后熱處理過程。 鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合由于熱沖壓加熱溫度超過了碳鋼和低合金鋼的上轉(zhuǎn)變溫度，因而適用于焊件的最大厚度為試件厚度的1.1倍，按JB4

7、708-2000的表8；而適用于焊件的最小厚度按JB4708-2000中表5或表3（IV-2組和b540MPa強度型低合金鋼）。對于大多數(shù)壓力容器制造企業(yè)所需焊接工藝評定的項目推薦見表3。表3鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合從表3可以看出，在重要因素和補加因素不變的條件下，厚板評定合格的焊接工藝，其母材厚度覆蓋范圍將包容了較薄板。因此，此種情況下，應(yīng)做較厚板的焊接工藝評定。充分利用焊接工藝評定的覆蓋范圍，減少工藝評定次數(shù)。序號焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1SMAWN38541.82SAWN38541.8鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合1.3 先高于

8、上轉(zhuǎn)變溫度，繼之在低于下轉(zhuǎn)變溫度進行焊后熱處理（Normalizing + Stress Relief）這主要針對熱沖壓成形的碳鋼和低合金鋼凸形封頭的拼接焊接接頭的焊接工藝評定。對于焊后需整體熱處理消除應(yīng)力的壓力容器（如液化石油氣儲罐、液氯儲槽等），其熱沖壓成形的封頭的拼接焊接接頭也就要與容器一起再進行一次消除應(yīng)力熱處理，因而這類壓力容器在制造過程中封頭拼接焊接接頭相當(dāng)于進行了兩次焊后熱處理，正火+消除應(yīng)力熱處理（N+SR）。所需焊接工藝評定項目見表4。鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合表4序號焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1SMAWNSR38541.82S

9、AWNSR38541.8鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合從表4可以看出，在重要因素和補加因素不變的條件下，厚板評定合格的焊接工藝，其母材覆蓋范圍包含了較薄板。因此，此種情況下應(yīng)做較厚板的焊接工藝評定，充分利用焊接工藝評定的覆蓋范圍，減少評定的次數(shù)。鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合 1.4 進行低于下轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理（Stress Relief）對于需要焊后進行消除焊接應(yīng)力熱處理（SR）的壓力容器，其焊接接頭也就要進行消應(yīng)處理（SR），當(dāng)焊件規(guī)定進行沖擊試驗時，該類壓力容器的焊接接頭焊接工藝評定項目，推薦見表5。表5鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合序號焊接方法焊后熱處理類別

10、試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1SMAW（或SAWGTAW）SR61.512216123233828.5200鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合JB4708-2000標準規(guī)定：“試件的焊后熱處理應(yīng)與焊件在制造過程中的熱處理基本相同，加熱溫度范圍不得超過相應(yīng)標準或技術(shù)文件規(guī)定”。“低于下轉(zhuǎn)變溫度進行焊后熱處理（SR）時，試件的保溫時間不得少于焊件在制造過程中累計保溫時間的80%”。鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合當(dāng)試件較薄時，低于下轉(zhuǎn)變溫度焊后熱處理保溫時間相應(yīng)較短，但這類試件，尤其是小于或等于6mm的試件的工藝評定主要應(yīng)用于覆蓋壓力容器接管與殼體角接頭的組合焊縫（對接焊縫+

11、角焊縫），見圖1。由于接管厚度較?。ㄒ话銥?.5mm）。當(dāng)容器進行焊后整體消除應(yīng)力熱處理（SR）時，接管與殼體的組合焊縫也就要與較厚的殼體焊縫一樣經(jīng)過保溫時間較長的下轉(zhuǎn)變溫度熱處理，充分考慮這些情況， 鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合擬定焊接工藝指導(dǎo)書時，就應(yīng)按較厚殼體焊件選取可能遇到的較長保溫時間，避免因熱處理保溫時間覆蓋不上，而另做一個保溫時間更長的焊接工藝評定。根據(jù)經(jīng)驗，筆者推薦，對于壁厚小于或等于6mm的工藝評定試件，低于下轉(zhuǎn)變溫度焊后熱處理保溫時間至少2小時以上。 鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合當(dāng)試件較厚時，低于下轉(zhuǎn)變溫度焊后熱處理保溫時間相應(yīng)較長，若有中間熱處理或焊縫

12、多次返修，熱處理累積保溫時間還會更長，充分考慮這些因素，擬定焊接工藝指導(dǎo)書時選取可能遇到的較長保溫時間，就可避免因熱處理保溫時間覆蓋不上，而又要做另一個更長保溫時間的焊接工藝評定。鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合2、鉻鎳奧氏體不銹鋼制壓力容器2.1 不進行焊后熱處理（As Weld）鉻鎳奧氏體不銹鋼制壓力容器，一般不進行焊后熱處理，而且對于使用溫度大于或等于-196的鉻鎳奧氏體不銹鋼母材可免做沖擊實驗。但是應(yīng)考慮到用于設(shè)計溫度低于-100時的鉻鎳奧氏體不銹鋼制低溫壓力容器，按照GB150-1998的附錄C1.4條，鉻鎳奧氏體不銹鋼低溫容器，當(dāng)“設(shè)計溫度低于-100時，應(yīng)按JB4708進行

13、焊縫金屬的低溫夏比（V型缺口）沖擊試驗，且符合C2.1.7的要求”。 鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合這類容器如設(shè)計溫度為-196的液氧、液氮低溫絕熱容器和液化天然氣（LNG）罐式集裝箱等，其內(nèi)容器由奧氏體不銹鋼焊制而成，它們的焊接接頭的焊接工藝就需要焊縫金屬經(jīng)-196低溫夏比沖擊試驗合格的焊接工藝評定支持。因此對于鉻鎳奧氏體不銹鋼制壓力容器，其焊接接頭的焊接工藝評定項目，則分為不要求焊縫金屬進行沖擊試驗（見表6）和要求焊縫金屬進行低于-100的低溫沖擊試驗（見表7）兩種情況。表6鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合表6序號試件母材類別號焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚

14、度覆蓋范圍mm1PNO（不要求焊縫金屬進行沖擊試驗）SMAW（或SAWGTAW）AW61.5122385200鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合表7序號試件母材類別號焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1PNO（要求焊縫金屬進行低于100低溫沖擊試驗）SMAW（或SAWGTAW）AW61.512216123233828.5200鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合2.2 進行焊后固溶熱處理（Solution Heat Treatment）這主要是針對熱沖壓成形的鉻鎳奧氏體不銹鋼凸形封頭的拼接焊接接頭的焊接工藝評定。由于鉻鎳奧氏體不銹鋼在加熱過程中沒有相變發(fā)生，晶

15、粒會漲大，而且加熱過程中有鐵素體析出，促使奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能降低。因此對有耐腐蝕性能。鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合要求的鉻鎳奧氏體不銹鋼封頭經(jīng)熱沖壓成形后，要進行固溶熱處理（S），目的是得到單一的、均勻的奧氏體組織，保證其具有高的耐腐蝕性能。因此，對于此類封頭拼接焊接接頭的焊接工藝評定項目，則分為需要固溶熱處理的，按表8和表9選用；不需要進行固溶熱處理的，按表6和表7選用。鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合表8序號試件母材類別號焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1PNO（不要求焊縫金屬進行沖擊試驗）SMAW（或SAWGTAW）S61.512238

16、5200鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合表9序號試件母材類別號焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1PNO（要求焊縫金屬進行低于100低溫沖擊試驗）SMAW（或SAWGTAW）S61.5122385200鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合3、鋼制壓力容器典型焊接工藝評定項目一覽表根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程和GB4708-2000標準，按照常用鋼材組別、焊接方法、焊后熱處理種類，列出鋼制壓力容器典型焊接工藝評定項目一覽表，見表10。表10鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合試件母材組別PNO焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mmWP

17、O項次SMAWAW616381.52003N38541.81SR616381.52003NSR38541.81SAWAW143810.52002N38541.81SR143810.52002NSR385.41.81GTAWAW616381.52003NSR616381.52003鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合試件母材組別PNO焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mmWPO項次SMAWAW616381.52003N38541.81SR616381.52003NSR38541.81SAWAW143810.52002N38541.81SR143810.52002NSR385.41.81GTAWAW616381.52003NSR616381.52003鋼制壓力容器焊接工藝評定項目優(yōu)化及整合試件母材組別PNO焊接方法焊后熱處理類別試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mmWPO項次1SMAWAW6381.52002S6381.52002SAWAW3852001S3852001GTAWAW6381.52002