jb4709---2000钢制压力容器焊接工艺评定标准释义

jb4709---2000钢制压力容器焊接工艺评定标准释义内容摘要：

头的不均匀性。 目前用来焊接淬硬性钢的两种常用方法，即珠光体焊条加预热及奥氏体焊条不预热，都可能解决上述两个问题，在标准正文中表3列出了珠光体焊条。 如果产品不允许预热和焊后热处理时，可以采用奥氏体钢的焊缝，焊材选用见表11，奥氏体钢焊缝的塑性、韧性很好，并且排除了扩散氢来源，可以有效地防止产生冷裂纹，同时焊缝金属的力学性能也都可以满足要求。 表11被焊钢材类别接头母材类别号或组别号焊条电弧焊埋弧焊氩弧焊焊条焊丝钢号焊剂焊丝钢号型号对应牌号示例型号对应牌号示例碳素钢与铬钼低合金钢焊接I+IVE309 – 15A307H1Cr24Ni133–HJ260H1Cr24Nil3I+VE309 – 15A307H1Cr24Ni13–HJ260H1CR24Ni13碳锰低合金钢与铬钼低合金钢焊接II+IVE309– 16A302––––E309 – 15A307––––III+IVE309 – 16A302––––E309 – 15A307––––II+VE309 – 15A307––––III+VE309 – 15A307–––H1Cr24Ni13铬钼低合金钢之间的焊接(IV– I)+(IV– 2)E309 – 15A307–––H1Cr24Ni13IV+VE309 – 15A307–––H1Cr26Ni21珠光体钢与铁素体不锈钢焊接(I～IV)+VIIIE309 – 15A307–––H1Cr24Ni13E309 – 16A302–––H1Cr24Ni13三、焊接评定4 焊接工艺评定和焊工 JB 4708—2000《钢制压力容器焊接工艺评定》和《锅炉压力容器焊工考试规则》都 是方法标准，都对评定(考试)内容、方法和合格指标作出规定，但压力容器产品上哪些 焊缝要求评定(考试)哪些焊缝不要求评定(考试)，在《压力容器安全技术监察规程》 和本标准中作了明确规定。 本标准的规定来源于美国ASME《锅炉压力容器规范》第Ⅷ篇。 《压力容器安全技术监察规程》第66条规定“压力容器产品施焊前，制造单位应对受压元件间的对接焊接接头和要求全焊透的T形接头，受压元件与承载的非受压元件之间全焊透的T形或角接接头，以及受压元件的耐腐蚀堆焊层都应进行焊接工艺评定”。 施焊下列各类焊缝的焊接工艺必须按JB 4708标准评定合格。 a)受压元件焊缝； b)与受压元件相焊的焊缝； c)熔入永久焊缝内的定位焊缝； d)受压元件母材表面堆焊、补焊； e)上述焊缝的返修焊缝。 本标准对压力容器上需要评定的焊缝作了详细规定，比《压力容器安全技术监察规 程》要求更详细、更具体。 在这五条规定条文中，“补焊”是对母材(钢板、锻件、铸件、机加工件母材)而言，而“返修焊”是对焊缝而言。 “定位焊”焊缝通常只在坡口底部，如图1所示。 如何评定?有人准备模拟如图1实际情况，焊接试件进行评定，这是不对的。 正确的方法是，如图1的定位焊缝实际上是对接焊缝，是在厚度为了的母材上焊接，焊缝厚度为“t”，用对接焊缝试件(坡口焊满，单面焊、双面焊皆可)评定合格的焊接工艺就可以用于该定位焊缝。 依同理，补焊焊缝也是对接焊缝，则对接焊缝试件评定合格的焊接工艺可以用于补焊焊缝。 迄今为止，仍然有单位对返修焊焊接工艺评定作如下规定：如果是第二次返修，那么在焊好的试件上，用返修方法清除焊缝再完全焊好，然后再清除焊缝再完全焊好，后进行各种检测评定，这才叫“返修焊工艺评定”；如果是返修五次，那么必须在焊好的试件上清除一焊接一清除一焊接反复进行五次方可。 这样认识返修焊的焊接工艺评定是错误的，将焊接工艺评定当作“模拟件”对待。 正确的做法是返修焊缝若是对接焊缝，则用对接焊缝试件评定合格的焊接工艺施焊返修焊缝即可。 当重要因素、补加因素没有变更时，则可用施焊原焊缝的焊接工艺评定报告，编制一份焊接工艺指导书，用于焊接返修焊缝，返修次数不作为焊接工艺评定因素。 施焊下列各类焊缝的焊工必须按《锅炉压力容器焊工考试规则》规定考试合格。 a)受压元件焊缝； b)与受压元件相焊的焊缝； c)熔入永久焊缝内的定位焊缝； d)受压元件母材表面耐蚀堆焊。 在压力容器法规、其他标准中尚未见到压力容器上施焊哪些焊缝的焊工需要经考试合格，本标准作了详细规定。 经过对《锅炉压力容器焊工考试规则》的详细研究，认为压力容器焊工考试试件分类对象也是焊缝，焊工考试的目的在于要求焊工能够施焊出没有超标缺陷的焊缝，而焊接接头的性能则由评定合格的焊接工艺来保证。 焊工考试的焊接工艺也需经评定合格，其正确做法如下例所述、某厂在几年前用16MnR制造了压力容器，厚度为30mm，当时用厚度为20mm、的钢材进行了焊接工艺评定，得到一份“焊接工艺评定报告”。 今年要进行焊工考试，考试试件厚度为16 mm。 那么就用焊制产品的“焊接工艺评定报告”，考虑到考试试件要求：单面焊背面成形规定、变形和错边……编制一份供焊工考试的“焊接工艺指导书”，那么焊工考试的焊接工艺就得到了评定。 有人以为焊工考试的焊接工艺评定是如何保证单面焊背面自由成形，如何保证变形和错边要求而制作试件进行评定，这是错误的。 《锅炉压力容器焊工考试规则》内的焊工考试试件要求背面不加衬垫的单面焊，有人称之为“单面焊双面成形”是极其错误的。 认真说来，按《锅炉压力容器焊工考试规则》要求的单面焊只能称之为“单面焊背面自由成形”，因为考试规则中对焊缝背面检验与正面要求不同，只是：背面焊缝余高不大于3 mI)1，背面凹坑和未焊透：如果称之为“单面焊双面成形”，那么就必需按考试规则规定对焊缝背面与焊缝正面一样作如下检验：焊缝余高、焊缝余高差、焊缝宽度及宽度差。 这些要求对不加衬垫的单面焊焊缝背面来说，无论如何也是做不到的。 氩弧焊由于焊接过程稳定、熔池浅、电弧穿边力小，在单画焊时有利于改善焊缝背面质量，对于压力容器纵缝、环缝以及大口径管子对接，川氩弧仄焊依然难以达到“单面焊双面成形”。 这是因为确保焊透除焊接方法外，还需由简体下料尺寸精度、坡口加工特别是钝边高度和组装质量来保证。 从目前规范、标准来看，坡口加工、下半、组装公差尺寸等规定还不能确保氩弧焊时达到单面焊双面成形的要求。 四、焊接工艺5 焊前准备 焊接坡口 焊接坡口应根据图样要求或工艺条件选用标准坡口或自行设计。 选择坡口形式和尺寸应考虑下列因素： a)焊接方法； b)焊缝填充金属尽量少； c)避免产生缺陷； d)减少残余焊接变形与应力； e)有利于焊接防护； f)焊工操作方便；g)复合钢板的坡口应有利于减少过渡焊缝金属的稀释率。 焊接坡口包括坡口形式和尺寸。 坡口形式有I形、V形、X形、K形、U形、J形、喇叭形等。 坡口尺寸包括坡口角度α，坡口面角α　，钝边p，根部间隙b，根部半径(又称圆角半径)R，详见图2。 相对其他焊接工艺规范参数，焊接坡口与制造单位的实际情况有着更密切联系，焊接坡口变化并不影响焊接接头的力学性能，因此没有必要，也难以规定出压力容器焊接坡口标准强制执行。 标准中规定“焊接坡口应根据图样要求或工艺条件选用标准坡口或自行设计”。 坡口标准有： GB／T 985一1988《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》 GB／丁986一1988《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》 HG 20583一1998《钢制化工容器 结构设计规定》 各标准中所列坡口形式和尺寸都是可行的，确保焊接接头与母材等强，但不一定是最佳的，最佳的焊接坡口只有结合制造单位的实际条件才能确定。 设汁焊接坡口必须符合产品设计的有关规范标准(如低温容器不允许采用未焊透的焊接结构，承受疲劳的容器其焊缝余高需打磨齐平)，还要考虑母材的焊接性、结构的刚性、焊接应力、焊接方法的特点及其熔深。 对于奥氏体不锈钢的焊接，还要注意坡口形式和尺寸对抗腐蚀性能的影响。 焊接坡口的根本目的在于确保接头根部的焊透，并使两侧的坡口面熔合良好，故焊接坡口设计的两条原则是熔深和可焊到性，设计依据是： (1)焊接方法； (2)母材的钢种及厚度； (3)焊接接头的结构特点； (4)加工焊接坡口的设备能力。 现以埋弧焊的焊接坡口为例，介绍焊接坡口选用原则： 1) Ⅰ形坡口的选用原则 Ⅰ形坡口的特点，它适合薄板和中厚板的高效焊接。 单面焊时，焊一道完成，双面焊时，内外各焊一道完成。 l形坡口适用厚度如下： 单面焊： 双面焊： 这样的坡口尺寸，其最大焊接电流值一般不超过850—900 A，这样的热输入量对于低碳钢和σb490 MPa的强度型低合金钢来说，其焊接接头的性能可满足要求。 2)Y形坡口选用原则 随着焊件的板厚增加， 工形坡口便满足不了焊接要求，采用Y形坡口就是工形坡口加V形坡口一种最常见的坡口形式，对于双面焊来说，它适用于6—36 mm，其中6—12mm为坡口侧焊条电弧焊，钝边侧为埋弧焊。 3)X形坡口选用原则 适用X形坡口板厚为20—60 mm。 不对称的X形坡口得到广泛应用。 一般情况下，取坡口角度较小侧为先焊侧。 这样做，既可避免焊穿又可确保焊透且变形较小。 随着板厚的增加，先焊侧不仅坡口角度要减小，而且先焊侧的坡口高度也应增大，这样的结果，减少了填充金属量，降低热输入量，改善了焊接接头性能。 4)U形坡口选用原则 坡口的根部圆角半径值和坡口角度是相互影响的。 圆角半径小，坡口角度大时，有利焊机头倾斜操作，可防止边缘未熔合和咬边等缺陷。 但随着板厚的增加、坡口角度增大的结果，使熔注金属增量较大以及由此带来的焊接应力及效率低等不利因素。 因此厚壁容器应采用增大圆角半径(有利于消除热裂纹，因为焊缝形状系数得到改善)，缩小坡口角度的措施。 特厚的容器应采用窄间隙U形坡口或变角U形坡口。 双U形坡口是U形坡口的推广应用，适用厚度为50一160 mm。 5)组合形坡口的选用原则 组合形坡口是厚壁容器广泛应用的坡口形式，它的显著特点是釆用的焊接规范不宜过大，严格控制线能量，因此它的钝边尺寸较小，一般钝边p=2—4mm。 内侧坡口高度浅，一般取H=10 ，内侧为焊条电弧焊或气体保护焊。 由于内外侧明显地不对称，故用于环缝，而不用于纵缝和平板对接，否则将引起较大的角变形，不仅校正困难，而且在焊接过程中由于出现角变形使焊接过程无法进行到最终。 6)窄间隙坡口选择原则 随着高压容器和高压锅炉的参数提高，容器和锅筒的壁厚将增大。 为了确保焊接质量，避免返修和提高焊接接头的综合力学性能，世界各先进工业国家相继采用了单丝或双丝自动跟踪的窄间隙埋弧自动焊。 为了满足窄间隙埋弧焊的首层焊一道，次层以后每层焊两道的特定工艺(I=500—550A， U=30—32 V)的要求，各国采用的窄间隙坡口相似而略有所不同。 耐热型低合金钢和高合金钢、标准抗拉强度下限大于540 MPa的强度型低合金钢，宜采用冷加工方法。 若采用热加工方法，对影响焊接质量的表面层，应用冷加工方法去除。 耐热型低合金钢，标准抗拉强度下限值大于540 MPa的强度型低合金钢，由于钢中加有少量合金元素，有一定的淬硬倾向，高合金钢在热加工不当寸会产生难熔的氧化铬夹杂，故制备坡口时宜采用冷加工方法，当采用热加工方法时，对淬硬层及氧化铬夹杂应用冷加工方法去除、 预热 根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束程度、焊接方法和焊接环境等综合考虑是否预热，必要时通过试验确定。 常用钢号推荐的预热温度见表5。 预热可以减低焊接接头冷却速度，防止母材和热影响区产生裂纹，改善它的塑性和韧性，减少焊接变形，降低焊接区的残余应力。 一般通过焊接性试验决定预热温度，通常采用的方法有斜Y形坡口焊接裂纹试验方法、窗型拘束焊接裂纹试验法、刚性固定法裂纹试验方法、焊接热影响区最高硬度试验方法等，标准正文中表5预热温度主要是从国内务厂凋研、搜集整理资料而提出来的。 影响预热温度的因素很多，表5只考虑了钢号和厚度两个因素，当遇有拘束度较大或环境温度低等情况时还应适当增加预热温度。 预热常常恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，过高的预热和层间温度还会降低接头韧性，因此，焊前是否需要预热和预热温度的确定要认真考虑。 焊接接头拘束度大时，推荐采用抗裂性能更好的焊条施焊。 从抗裂性来讲，低氢型药皮焊条优于非低氢型药皮焊条，而带“H”的超低氢型焊条和带“RH39。 ’的高韧性超低氢型焊条又优于低氢型药皮焊条： 焊接环境 焊接环境出现下列任一情况时，须采取有效防护措施，否则禁止施焊。 a)风速：气体保护焊时大干2 m／s，其他焊接方法大于10 m／s； b)相对湿度大于90％； c)雨雪环境； d)焊件温度低于—20℃焊接环境是指施焊现场能够影响焊接质量的局部空间内的气象条件：风速、相对湿度和雨雪。 温度条件是指的焊件温度而不是环境温度。 焊件温度低于—20C，须采取有效防护措施的内容来源于美国ASME《锅炉压力容器规范》第Ⅷ卷第一分卷。 对有冲击试验要求的焊件应当认真控制线能量，每条焊道的线能量都不高于评定合格数值。 ，焊接线能量与焊接接头的冲击韧性关系密切。 所渭控制线能量是要求控制每条焊道的线能量都不允许超过评定合格的焊接工艺时的数值。 焊条电弧焊时，在生产现场控制线能量难度很大，当焊条头长度一定时如果用测量一根焊条所熔敷焊缝金属长度的办法来控制线能量，是一个简便有效措施。 采用锤击消除残余应力时，第一层焊缝和盖面层焊缝不宜锤击。 锤击会使焊缝金属侧向扩。