10CrMo910P22焊接工艺.doc

如何做好焊接工艺评定2 作者：SuperDong 2007-12-26 17:20:49 5焊接材料（1）焊条、焊丝、焊剂等焊接材料，随着焊接过程的进行要熔化，并以填充金属形式熔入焊缝金属中，是焊缝金属的主要组成部分，选定和改变它们对焊接接头的焊缝金属性能有极大影响，但是它们品种繁多，给“评定”带来很大困难。为减少评定数量，合理进行“评定”，因此，焊接材料的选择与钢材的选用原则一样，按类级别划分，（规程有表可查）以利于“评定”工作进行。（2）对于国外的焊条、焊丝和焊剂，可在应用前查询有关资料或经试验验证，确认符合要求后方可使用。其化学成分、力学性能与国内焊材表中某种相近。可划入相应类级别中，与国内焊材等同对待。未列入焊材表中的焊条、焊丝和焊剂，如化学成份、力学性能、工艺特性与表中某种相近，可划入相应类级中，可以应用。不能划入者，应另行“评定”。（3）各类别的焊条、焊丝应分别评定。同类别而不同级别者，高级别的评定可适用于低级别；在同级别焊条中，经酸性焊条评定者，可免做碱性焊条评定。（4）填充金属由实芯焊丝改变为药芯焊丝，或反之。（5）改变可燃气体或保护气体种类，取消背面保护气体。（6）异种钢焊接的材料选择应该遵照DL/T752的规定原则 。（7）对于国外材料，尤其是高合金钢用焊接材料，应该充分掌握该材料的基本性能，一些重要的与产品使用性能直接相关的指标应该通过试验取得验证后才能使用。6管子试件直径一般规程中对管子直径的“评定”没有严格规定，电力工业中因各种管子规格繁多，考虑到工艺上差异较大故作出如下规定：（1）当“评定”试件管子外径Do60mm、采用氩弧焊焊接方法时，其工艺适用于焊件管子的外径不规定。2）其它管径的“评定”，适用于焊件管子外径的范围为：下限0.5D0，上限不规定。7试件的焊接位置电力工业针对行业特点，对“评定”的焊接位置和适用范围做了专门规定，(见规程上表)有如下情况时，还应遵循下列规定：（1）在立焊位中，当根层焊道从上向焊改为下向焊或反之，应重新评定。（2）直径由60mm管子的气焊、钨极氩弧焊，除对焊接工艺参数有特殊要求外，一般仅对水平管进行“评定”，即可适用于焊件的所有焊接位置。（3）管子全位置自动焊时，必须采用管状试件进行“评定”，不可用板状试件“评定”替代。8预热与层间温度评定试件预热温度超过拟订的参数时，应该重新评定：（1）评定试件预热温度降低超过50；（2）有冲击韧性要求的焊件，层间温度提高超过50。9焊后热处理（1）中间需要进行检验和不能一次将试件焊完，要进行后热处理。（2）焊后热处理和焊接操作完成间隔一定时间再焊后热处理的间隔时间应严格按照各类钢材的热处理规范要求进行并符合DL/T 819 和DL/T 868的规定。如P91马氏体钢要求焊接工作完成后，待焊缝冷却至100后奥氏体全部转变为马氏体再升温进行焊后热处理。10焊接规范参数和操作技术当焊接规范参数和操作技术出现变化时，应按其参数类型重新评定或变更工艺指导书。（1）气焊时，火焰性质的改变；（2）自动焊时，改变导电咀到工件间的距离；（3）焊接速度变化范围比评定值大10%；（4）从单面焊改变为双面焊；（5）从手工焊改为自动焊；（6）多道焊改变为单道焊，等等。可以根据以上几个方面要求或其它特殊条件综合考虑来如何确定焊接工艺评定的项目。二、编制焊接工艺评定方案以低合金耐热钢10CrMo910 27328和 高合金耐热钢P91 32530钢为例介绍编制工艺评定方案的方法。（1）编制工艺评定方案的基础要求1） 复核焊条、钢材材质单复核焊条、钢材材质单，其技术指标应符合相关标准的规定，必要时进行化学成分、机械性能复验。2）判断钢材焊接性低合金耐热钢10CrMo910 27328的焊接性可以采用斜Y型焊接冷裂纹试验方法直接判断钢材焊接性，也可采用国际焊接协会推荐的碳当量公式间接判断钢材焊接性。在有可靠的钢材焊接性评价资料的基础上，确认该钢材的焊接性能，以便确定焊接时的其他工艺参数和预热、热处理规范。国际焊接协会推荐的碳当量公式为：Cqe=C+Mn/6+Si/6+Cr/5+Mo/5+V/5+Ni/15+Cu/15用碳当量公式来计算时，应以当次炉批号的材质单的化学成分来计算。P91高合金钢采用插销冷裂纹试验和斜Y型焊接冷裂纹试验判断钢材焊接性，确定焊接时的其他工艺参数。其碳当量公式不适合P91高合金耐热钢判断钢材的焊接性。3）了解钢材焊接特点了解钢材焊接特点，焊接时针对钢材焊接特点来确定工艺要求。低合金耐热钢10CrMo910的焊接特点是：具有一定的淬硬倾向容易产生焊接冷裂纹。高合金钢P91焊接特点是：容易产生焊接冷裂纹、焊缝韧性低、热影响区软化及型裂纹。（2）工艺条件的确定1）选择焊接材料和确定焊接方法。低合金耐热钢10CrMo910一般焊丝选择TIG-R40 ，焊条选择 E6015-B3 ；焊接方法选择氩弧焊打底其余焊条电弧焊。高合金钢P91焊丝、焊条有很多国家生产，通过生产实际应用采用德国的蒂森焊丝、焊条效果很好；焊接方法选择氩弧焊打底其余焊条电弧焊。2）设计接头型式、坡口尺寸。接头型式和坡口尺寸的设计原则是：在保证融合良好的情况下，填充金属越少越好。一般采用双V型或综合型。3）确定焊接线能量和其它焊接参数。焊接线能量：由焊接能源输入给单位长度焊缝上热能称为焊接线能量。主要参数有：焊接电压U；焊接电流I和焊接速度V。焊接线能量与焊接方法有关，焊接方法不同焊接线能量大小不同，氩弧焊小，次之焊条电弧焊，埋弧焊最大。焊接线能量影响焊接头的冲击韧性。在工艺评定中如何确定焊接线能量，我们可以根据焊接CCT曲线合理都推断出最佳焊接线能量也就是最佳的焊接工艺参数，通过CCT曲线选择合适的t8/5，如果提高焊接热输入量，加大焊接线能量，延长t8/5的冷却时间可以提高接头的抗冷裂性，但对于某些合金钢，过高的热输入量可明显降低接头的冲击韧性、强度、硬度和蠕变强度。以10CrMo910钢为例，根据其化学成分可以估算出其碳当量，焊接性较差，在一定的应力下容易产生冷裂纹。对10CrMo910钢我们希望得到的组织为贝氏体加少量马氏体。在10CrMo910钢CCT曲线上可以看到，符合这一条件的冷却曲线在第5条到第7条之间，相应的在20秒到109秒之间，此时出现的贝氏体含量10%到98%，其余为马氏体组织。冷却速度过快， t8/5时间过短，容易形成过多的马氏体组织，应力大，容易产生焊接裂纹；其热影响区硬度值在此区间内为380HV420HV.金相组织比较均匀细小，综合性能较好，则我们可以根据相关的线算图上求得Emax=46KJ/cm, Emin=14KJ/cm。根据实际焊接情况：水平固定焊接选用E=33KJ/cm垂直固定焊接选用E=22KJ/cm。评定时，水平固定焊接选用Emax=38KJ/cm, Emin=30KJ/cm垂直固定焊接选用Emax=25KJ/cm, Emin=20KJ/cm在评定时，Emax和Emin合格，在这个范围之内就合格。根据E=IU/V公式，再计算焊接速度， V=IU/EU：焊接电压I：焊接电流 保证焊接质量金属融化（根据焊条直径选择） 我们能计算出最慢的速度和最快的速度。V：焊接速度等于焊接长度/焊接时间，它是控制焊接线能量关键指标，用焊接的长度长短来控制焊接每一层的焊缝厚度，焊接长度愈短，焊缝愈厚，焊接线能量就大。反之，焊接长度愈长，焊缝愈薄，焊接线能量就小。所以，用焊接速度焊接长度焊缝厚度来控制焊接线能量具有可操作性，要求每位焊接工程师在进行焊接工艺评定方案时，给出焊接每一层或每一道的焊缝厚度，新的焊接工艺规程在工艺参数上就是这样规定的， P91等高合金钢更要严加控制焊接线能量，没有10CrMo910钢工艺规范范围，必须采用小焊接线能量才能保证冲击韧性。4）确定焊接规范参数：焊道和焊层的确定。10CrMo910钢壁厚28mm，大约要焊接78层左右，对于P91钢大约焊接9层。焊接电流、焊接电压确定。焊接电流大小保证熔合良好，不产生未焊透，未熔合，夹渣等缺陷。焊接速度即单层焊道厚度的确定。焊接工程师最后给到焊工应该是给到一根焊条焊接的长度，做试验来确定。一根焊条焊接的长，线能量就小，一根焊条焊接的短，线能量就大。5）确定焊接位置。板可以代替管，管可以代替板。6）确定焊接过程保护方式。 10CrMo910钢不用内壁充氩。7）操作技术施焊过程的要求。8）预热、层间温度、后热和焊后热处理规范及要求。预热温度的确定可以根据：被焊钢材的含碳量和合金含量焊件的结构形状和接头的拘束度焊接材料的扩散氢含量焊件和周围的环境温度其中理论公式有日本有伊藤公式，它与碳当量、扩散氢含量和壁厚有关。Pw=Pcm+H/60+/600Pcm=C+Mn/20+Si/30+Cr/20+Mo/15+V/10+Cu/20+5B (%)H：扩散氢含量，低氢型焊条大约3ml/100g：壁厚层间温度不应高出预热温度。层间温度直接影响冲击韧性。焊后热处理规范也可以参照厂家提供的资料和规程规定。P91钢焊接完成后，要进行后热处理。通常焊接低合金热强钢充分注意了预热温度和层间温度不得低于工艺评定规定的温度，但对其上限一般未予充分的注意和限制，认为预热温度和层间温度高一些对防止裂纹会更安全些。但是，预热温度和层间温度高增加了1100度粗晶区的停留时间，降低接头的冲击韧性。对于P91这类新型热强钢来说应必须严格限制其预热温度和层间温度不能超过工艺评定规定的温度，过高的预热温度和层间温度不仅对防止裂纹来说没有必要，反而有可能使焊缝韧性和接头蠕变强度达不到要求。这就需要我们焊接工程技术人员制定焊接工艺评定方案时要充分注意到与以往常规不相同的这一点。（3）试件的检验项目要求以任务书的评定目的为准，以使用条件应达到的标准来确定检验项目，一般均强调进行力学性能试验。电力工业针对发电设备的工况条件对检验项目做出了具体规定。（4）资质参与编制、审核和批准工艺方案的人员资质条件，必须与规程规定相符。三、焊制试件和试件检验（1）焊制试件必须在有效的监督下，严格按工艺评定方案的要求及规定进行。（2）施焊过程中对每一步骤都应有专人认真记录，应配备能保存记录数据的参数记录仪记录，记录要妥善保存，以备审定。（3）检验项目必须齐全，按有关规程要求进行。主要检验项目有：1）焊缝外观检查焊缝金属的余高不应低于母材，咬边的深度和长度不超过标准，焊缝表面没有裂纹、未熔合、夹渣、弧坑和气孔。2）焊缝的无损探伤检查：管状试件的射线探伤按DL/T821的规定进行，焊缝质量不低于级标准。无损探伤检验与焊接接头力学性能是没有关联的，但“评定”中对焊接缺陷状况的了解却很必要，同时也考虑到在切取试片时应予避开，为此列入检验项目中是应该的。而断口检查主要目的是检查焊缝金属断面宏观焊接缺陷，属于焊工操作技能测定范围，不能直接用于测定力学性能，故取消。3）拉伸试验 （尺寸试样）试样的余高以机械方法去除，与母材平齐。试件的厚度：厚度小于30mm时可用全厚度试件，厚度大于30mm时可加工成两片或多片试样。每个试样的抗拉强度不低于母材的下限。异种钢试样的抗拉强度不低于较低一侧母材下限。两片或多片试样进行拉伸试验，每组试样的平均值不超过母材规定值的下限。4）弯曲试验弯曲试样可分为横向面弯（背），纵向面弯（背），横向侧弯。T小于10时， T=t；T大于t时， t10。试样的宽度：40、20、10（单位：mm）。试样的余高以机械方法去除，保持母材原始表面，咬边和焊根缺口不允许去除。横向侧弯表面存在缺陷应以较严重一测为拉伸面。影响弯曲试验的三个主要因素是：试样的宽与厚之比、弯曲角度和弯轴直径。SD340-89规程的弯曲试验方法和相关的规定未与材料本身延伸率相对应，因此，试样弯曲外表面伸长程度对部分钢材已超过了伸长率规定的下限值，故不尽合理。为使弯曲试验对塑性测定更趋于合理，新规程做了如下规定：弯曲试验方法按GBT232金属弯曲试验方法进行。弯曲试验条件规定为：试样厚度10，弯轴直径(D)4t。支座间距(Lmm)6t+3，弯曲角度180度。对于标准和技术条件规定延伸率下限值小于20%的钢材，若弯曲试验不合格，而实测值延伸率20，则允许加大弯轴直径进行试验，弯曲到规定角度后，每片试样的拉伸面上，在焊缝和热影响区内任何方向上都不得有长度超过3mm的开裂缺陷，棱角上的裂纹除外，但由于夹渣缺陷所造成的开裂应计入。5）冲击试验对承压、承重部件只要具备做冲击试样条件者，均应进行冲试验，因此，当满足下列条件时要做：当焊件厚度如不足取样(51055mm)时，则可不做。当焊件厚度16mm时，需做冲击试验， 101055mm.评定合格标准：三个试样平均值不应低于相关技术文件规定的下限，其中一个不得低于规定值的70。6）金相检验管板角接，同一切口不得有两个检验面。7）硬度试验焊缝和热影响区的 硬度不应低于硬度值的90，不超过母材布氏硬度加100HB，且不超过下列规定：合金总含量小于3时，硬度小于等于270HB合金总含量等于310时，硬度小于等于300HB合金总含量大于10时， 硬度小于等于350HBP91钢220240为最佳（4）以上试样的制备、切取和评定按有关标准进行。（5）检验后必须由具备相应资质条件的人员出具正式报告。（6）检验程序和要求必须符合规程规定。四、编制焊接工艺评定报告焊接工艺评定报告是其企业技术储备的重要资料。这些技术储备重要资料要以技术档案资料方式保存在企业的档案之内。当单位预计或遇到需要完成的焊接工程时，应该首先从自己的技术档案查询。如果没有这一工程任务所必须具备的焊接工艺评定文件，或虽然有近似的焊接工艺评定文件，然而根据本标准发现其适用范围与将面临的焊接工程不符合/或不可覆盖，单位应该安排进行焊接工艺评定工作。焊接工艺评定报告是工艺评定最后的成果，是评定全过程的总结，是焊接技术文件的重要组成部分，是指导焊接工作的基本文件。根据试件焊制时的各项数据和检验的各项原始报告和记录，由负责评定工作的焊接工程师做出综合评定结论并填写焊接工艺评定报告。焊接工艺评定报告必须以认真、严肃的态度进行编制，内容应全面和完整，结论应准确、可靠，不得任意编造、弄虚作假，综合评定结论是工艺评定过程所取得的各项数据的汇总和对评定的总体评价以及指导焊接工作的依据，因此，编写综合评定结论时，必须通过对评定各环节所积累的数据和资料进行认真分析、归纳和总结，提出满足使用条件要求的各项工艺数据和相应条件。完成评定后资料应汇总，评定资料应建档保存。 焊接工艺评定审查报告焊接工艺评定报告编制之后,应进行审核,除自己初审之外还应组织专门审核会,对全部资料、评定试件、评定试样、评定结论进行审查,还要编制审查工艺评定报告,批准后方可应用于实际焊接工作中。评定审查报告应包括的内容：审查范围和项目、审查过程情况、审查的依据、要点和结论。完整的焊接工艺评定资料应包括：评定任务下达指令书、评定任务书、评定编号法、焊接性评价资料（或焊接工艺设计资料）、评定工艺方案、焊制试件过程的详细记录、评定各项检查、检验和试验的原始报告、评定工艺报告、评定审查报告等。五、根据焊接工艺评定报告编制焊接作业指导书焊接作业指导书是指导实际焊接工作的文件之一，是焊工实际施焊时不可缺少的技术依据，结合施焊工程或焊工培训需要，按工程或培训项目，分项编制焊接工艺指导书。对于受监督的重要焊接结构，每一份焊接工艺指导书必须有相应的焊接工艺评定报告作为支持，根据已评定合格的焊接工艺评定报告来编制焊接工艺指导书。编写方法和注意的问题：（1）应以焊接工艺评定资料为依据，以实际施焊项目需要为目的进行编制。（2）编制中可根据一份评定报告编制多份作业指导书，也可以根据多份评定报告编制一份作业指导书，视具体需要确定。（3）焊接作业指导书应按部件类型、项目、规格、焊接位置等编写，应简捷明了，不宜过繁。 （4）焊接工艺指导书的编制，必须由应用部门焊接专业工程师主持进行。焊接作业指导书仅限于编制部门应用，其它单位如需用时，应根据本单位具体情况重新编写，不得直接引用。（5）焊接工艺指导书应在工程施焊或焊工培训考核之前发给焊工，并进行详细技术交底。以要求其在实际工作中认真执行。