承压设备焊接工艺评定中的一些问题张圆磊１。屈洪２。马健１（１．上海石化机械制造有限公司，上海２００５４０；２．伯合乐焊接产品贸易（上海）有限公司，上海２０００５１）摘要：对承压设备焊接工艺评定中的一些问题进行了讨论，并提出了一些具体的防止措施。对于承压设备工艺评定标准中不包括的理化项目，希望有关部门能引起重视。关键词：承压设备；焊接工艺评定；标准；硬度试验；回火脆性中图分类号：ＴＨ４９；ＴＧ４４；Ｔ一６５２．２文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—４８３７（２０１３）０３—００７１—０５ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４８３７．２０１３．０３．０１３ＰｒｏｂｌｅｍｓｉｎＷｅｌｄｉｎｇＰｒｏｃｅｄｕｒｅＱｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＰｒｅｓｓｕｒｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔｓＺＨＡＮＧＹｕａｎ—ｌｅｉｌ，ＱＵＨｏｎ９２，ＭＡＪｉａｎｌ（１．ＳｈａｎｇｈａｉＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＭａｃｈｉｎｅｒｙＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００５４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｏｈｌｅｒＷｅｌｄ—ｉｎｇＴｒａｄｉｎｇ（Ｓｈａｎｇｈａｉ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｏｍｅｏｆｔｈｅｉｓｓｕｅｓｉｎｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｑｕＭｉｆｉｃａｆｉｏｎｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄａｎｕｍｂｅｒｏｆｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．ＦｏｒｐｒｅｓｓｕｒｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄｓｄｏｎｏｔｉｎｃｌｕｄｅｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃＭｐｒｏｊｅｃｔ，ｉｔｉｓｈｏｐｅｄｔｈａｔｒｅｌｅｖａｎｔｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓｔｏｐａｙａｔ．ｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｔｅｓｔｓｎｏｔｉｎｃｌｕｄｉｎｇｉｎｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｏｆｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｐｒｅｓｓｕｒｅｅｑｕｉｐ—ｍｅｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｓｕｒｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｓｔａｎｄａｒｄ；ｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒｂｒｉｔ—ｔｌｅｎｅｓｓ中进行硬度试验，以及其他的ＮＢ／Ｔ４７０１４—２０１１０引言《承压设备焊接工艺评定》未规定的理化试验，希望有关部门能引起重视。由于ＴＳＧＲ０００４－－２００９（固定式压力容器安全技术监察规程》和ＧＢ１５０—２０１１《压力容器》放１评定母材厚度及焊接方式的选择宽了对产品焊接试件的要求，因此焊接工艺评定的作用比以前显得更为重要。若焊接工作者对标在根据ＮＢ／Ｔ４７０１４—２０１１进行工艺评定时，准的理解不透或对车间里的实际焊接情况不甚了要尽可能地采用组合评定，这样可以节约评定用解，则往往会发生评定覆盖范围不大或评定选择试板和焊材的用量。例如同样２０ｍｍ厚的不当的情况。ＧＴＡＷ焊接量，焊接在２０ｍｍ的评定试板上，其另外，越来越多的设备要求在焊接工艺评定母材厚度覆盖上限仅为４０ｍｌｎ，而焊接在４０ｍｍ万方数据承压设备焊接工艺评定中的一些问题的评定板上，其母材覆盖上限却为２００ｍｍ。对于一些通常使用情况不会很厚的材质，没必要采用厚板进行焊接工艺评定。在做组合评定或薄板评定时应尽可能地采用一面单道焊、一面多道焊的焊接方式，另外要特别注意不要使某种焊接方法或方式的熔敷金属厚度小于２０ｍｍ。以表１所示的评定需求为例，要满足该要求，焊接工艺评定人员通常编制的焊接工艺评定如表２所示。表１评定需求母材焊接母材覆盖厚度热处理是否有冲击方法／ｍｍ状态要求０９ＭｎＮｉＤＲＳＡＷ８～５０消应力热处理有表２焊接评定序号试件母材焊接焊接母材覆盖厚度厚度／ｍｍ方法方式热处理／ｍｍ１８Ｓ岱｛两面消应力单道焊热处理８～１６２２５（最小）ＳＡＷ两面消应力双道焊热处理１６～５０按表２进行焊接工艺评定似乎能够满足表１的需求，但实际上是不够的。以生产中常见的接头形式为例，如图１所示。图１接头形式图假如板厚为２０ｍｍ，那么评定１的母材覆盖厚度最大为１６ｍｍ，不适用于该接头。评定２的母材覆盖厚度为１６～５０ｍｍ，但由于其采用的是双面多道焊，而图１中焊道１—４为多道焊，焊道５为单道焊，因此，焊道１～４可以选用评定２，焊道５却不可以。“由每面多道焊改为每面单道焊”是一个＊ｌ，ＪＪｎ变素，因此，焊道５施焊需要一个母材厚度覆盖２０ｍｍ、焊接方式为单道焊的焊接工艺评定。因此，只有按表３进行焊接工艺才能完全．７２．万方数据满足表１的需求，不至于以后还要补做评定。表３中评定２单道焊焊道厚度至少为６ｍｍ，确保能取５ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍ的冲击试样。实际评定时可能为了易于保证多道焊的焊缝金属厚度而选用更厚的母材进行评定。评定时应注意要对单道焊焊道的焊缝和热影响区进行冲击试验。此外对有些评定，还应注意当母材厚度减去６ｍｍ后小于２０ｍｍ时，多道焊的焊缝金属覆盖的最大厚度为２ｆ（ｔ为施焊焊缝厚度），而不是２Ｔ（ｒ为母材厚度）。表３焊接评定需求序号试件母材焊接焊接厚度／ｍｍ方法方式热处理母材覆盖厚度／ｍｍ１８ＳＡＷ两面单道焊消应力热处理８～１６２２０（最小）＋ＳＡＷ一面多道焊，消应力６（最小）一面单道焊热处理１６～５２２冲击试样的取样位置ＮＢ／Ｔ４７０１４－－２０１１对冲击试样的取样位置进行了详细的规定。由于影响焊接接头冲击韧性的焊接工艺评定因素为补加变素。因此在评定时若忽略与之相关的＊ｌ，ＪＪｎ变素，即使评定合格也会使评定的覆盖范围不大。以Ｑ３４５Ｒ的ＳＭＡＷ为例，其补加变素有：（１）焊条的直径改为大于６ｍｍ；（２）从评定合格的焊接位置改为向上立焊；（３）道问最高温度比经评定记录值高５０℃以上：（４）改变电流种类或极性；（５）增加线能量或单位长度焊道的熔敷金属体积超过评定合格值；（６）由每面多道焊改为每面单道焊。对于选定焊材、焊接电源极性和焊接位置的评定，与冲击值有关的变素仅剩下（３），（５），（６）。条。２．１道间温度与线能量道间温度或线能量的增加都会使焊接热输入增大，而热输人过大会导致接头冲击韧性变差ｎ］。而评定试板的焊接尤其是焊条电弧焊工艺评定的焊接，很难做到焊接线能量和道间温度第３０卷第３期压力容器总第２４４期均匀，如表４所示。假如根据ＮＢ／Ｔ４７０１４—２０１１，冲击试验的取样位置在焊道２和３处，此两道的最大道问温度为１５０℃，最大线能量为３６．００ｋＪ／ｃｍ。如果评定合格，就认为评定的最大道间温度为３００℃，最大线能量为４４．８ｋＪ／ｃｍ，这是很不合理的。经过评定的最大道间温度应该为１５０℃，最大线能量应该为３６．００ｋＪ／ｃｍ。因此在评定时，焊接人员不仅要记录每一道的道间温度和线能量，而且要对最大道间温度和线能量施焊的焊道金属及热影响区进行冲击试验。否则，焊接记录表中记录的最大道间温度和最大线能量对ｗＰＳ的编制是没有任何指导意义的。实际上在评定过程中要做到取样位置处的道问温度和线能量都最大是很难的，必要时可以对其进行加热。如果按标准取的冲击试样不包含最大道间温度和最大线能量的焊道，依然按记录的最大道间温度和最大线能量来控制ｗＰＳ中线能量和道间温度，则根据该ＷＰＳ施焊的接头很可能会出现实际冲击值不合格的情况。表４焊接工艺评定参数记录焊道道间温度电流电压焊速线能量／℃，ｋ，、／ｍｍ．Ｉｌｌｉｎ一１／ｋＪ・ｃｍ一１１＿＿——８０２５６０１９．２０２１００１２０２５５５３２．７３３１５０１２０２６５２３６．００４３００１６０２８６０４４．８０５５０１２０２５５２３２．７３如果把冲击取样处的道问温度和线能量作为评定的最大道间温度和最大线能量，那么会使根据该评定编制的ＷＰＳ的焊接规范过窄，不利于产品施焊的控制。因此，为了尽可能大地提高产品施焊的许用线能量和道间温度范围，在对评定进行冲击试验时，其取样位置不仅要满足ＮＢ／Ｔ４７０１４—２０１１的规定，而且要根据焊接参数记录表，在最大道间温度和最大线能量处另行取样。此处需要指出的是ＥＮＩＳＯ１５６１４—１中明确规定冲击应取在最大热输入处。２．２一面多道焊、一面单道焊为了避免补加变素“由每面多道焊改为每面单道焊”给评定选用及覆盖范围带来不利影响，万方数据在评定时应尽可能地采用“一面单道焊、一面多道焊”的焊接方法。而根据ＮＢ／Ｔ４７０１４－－２０１１取的冲击试样往往是在多道焊范围内。这样会使评定的熔敷金属的厚度覆盖范围没有母材的宽。以表５所示的评定为例。表５评定参数母材焊接焊接厚度方法方式热处理是否有冲击要求一面多道焊，２５ｍｍＳＡＷ焊缝厚度为１９ｒａｉｎ；去应力一面单道焊，热处理有焊缝厚度为６ｍｉｌｌ其厚度覆盖范围如表６所示。表６评定厚度覆盖范围参数母材厚度覆盖范围熔敷金属厚度覆盖范围／ｒａｍ／ｍｍ数值１６—５０Ｏ～３８为了避免这种情况，在进行评定时，不仅要记录单道焊的线能量和道间温度，而且要对其焊缝和热影响区进行冲击试验。３硬度试验ＩＳＯ中认为金属母材和焊接热影响区的硬度在碳钢和低合金钢的抗ＳＳＣ性能中起了重要的作用。控制硬度的同时可以控制金属的抗ＳＳＣ性能心。］。另外，由于焊接接头的硬度检测能较全面地反映出整个焊接接头在焊接过程的热循环作用下，组织结构和力学性能的变化情况，使其成为衡量材料可焊性的重要试验数据之一，并在焊接工艺评定的力学性能试验中占有越来越重要的地位［４］。在ＡＷＳ标准中，甚至通过硬度检测来确定预热温度。一些标准对焊接工艺评定的硬度检测要求如表７所示。影响接头硬度有关的变素有：（１）焊接热输入根据金属材料的焊接ＣＣＴ图，焊接热输入越高，焊缝的孔巧时间增长。焊缝中淬硬组织的含量会越低哺Ｊ。因此接头中的最大硬度值会降低。（２）焊后热处理・７３・ＣＰＶＴ承压设备焊接工艺评定中的一些问题Ｖ０１３０．Ｎ０３２０１３一般情况下，焊接残余应力越大，焊接接头的硬度值就越高㈣。焊后热处理减少了焊接接头的应力，热处理温度越高，保温时间越长，焊接接头的应力就越低吲，其硬度也越低。表７一些标准对焊接工艺评定的硬度检测要求标准号使用环境硬度要求低碳钢日Ｋｏ。＜２２０低合金钢五∽。，＜２４５常规ＨＶＩｏ一＜２３５改进型ＨＶｌｏ一＜２４８ＨＧ／Ｔ２０５８１—－２０１１湿Ｈ：Ｓ应力腐蚀环境２．２５ＣｒｌＭｏ，２．２５ＣｒｌＭｏＯ．２５Ｖ，３ＣｒｌＭｏ．３ＣｒｌＭ００．２５ＶＡＰＩＲＰ９３４一Ａ—屯００８高温高压临氢环境ＡＰＩＲＰ９３４一Ｃ—屯００８１．２５Ｃｒ０．５Ｍｏ温度＜。４４１℃的高压临氢工况１．２５Ｃｒ０．５Ｍｏ眺。一＜２３５ＨＶｌｏ一＜２５０ＡＰＩＲＰ９３４一Ｅ—－２０１０温度＞４４１ｏＣ的高压临氢工况湿Ｈ：Ｓ应力腐蚀环境湿Ｈ：Ｓ应力腐蚀环境ＮＡＣＥＭＲ０１０３—－２００５ＮＡＣＥＳｔａｎｄａｒｄＲＰ０４７２—－２００５针对每种Ｐ—Ｎｏ．（母材类别号）提出硬度要求低碳钢ＨＢＩＶ＜。２２０其他一些焊接工艺评定标准对硬度试验的相表８标准ＤＬ／Ｔ８６８—＿２０１２ＤＬ／Ｔ１１１７—－２０Ｄ９关规定如表８所示。其他一些评定标准中与硬度检测有关的变素硬度试验规定超出热输入量范围是一个补加变素当要求硬度试验时，评定热输入量下限比试件减少超过２５％要重新评定焊接参数变化范围有明确规定，如对于埋弧焊，按焊丝直径规定的电流值、电压值和焊接速度变化分别超过评定合格值的１０％，７％和１５％时要重新评定当要求硬度试验时，评定热输入量下限比试件减少超过２５％要重新评定对于回火焊道，当需要硬度检测时，当热输入减少２０％时需要重新评定ＧＢ５０６６ｌ—＿２０１ｌＥＮＩＳＯ１５６１４—１：２００４＋Ａ２：２０１２（Ｅ１ＡＳＭＥＢｏｉｌｅｒａｎｄＰ恼ｓｕｒ；ｅＶｅｓｓｅｌＣｏｄｅ．ＳｅｃｔｉｏｎＩＸ—－２０１０因此，笔者认为目前对焊接接头的硬度试验的影响因素和变素研究已经比较成熟，ＮＢ／Ｔ４７０１４—２０ｌ１可以参考引入欧标承压设备焊接工艺评定对硬度试验的规定。为了保证产品接头的最大硬度满足要求，在对焊接工艺进行评定时，应记录最小焊接线能量和最小道间温度，并对此处的焊缝和热影响区进行硬度检测。必要时还应增加最小热处理试板及其硬度检测。若硬度值合格，则根据该评定编制的ｗＰｓ的线能量应限制最低的焊接线能量。４回火脆性试验Ｃｒ—Ｍｏ钢的回火脆性是其重要的材质特性・７４・之一，对于它的机制，至今还没有统一的解释旧一０｜。影响回火脆性的因素有很多，如化学成分、热处理条件、碳化物的形态以及设备运行温度等¨卜１２Ｊ。从目前的研究成果看，大多数人认为Ｃｒ—Ｍｏ钢的回火脆性主要与化学成分有关，尤其是钢及焊缝金属中的杂质（Ｐ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ａｓ等）对回火脆性的影响很大ｕ３｜。常用回火脆化敏感系数来表示元素的综合影响，当前采用的考核指标为：Ｊ＝（Ｍｎ＋Ｓｉ）（Ｐ＋Ｓｎ）×１０４（％）≤１００（１）Ｘ＝（１０Ｐ＋５Ｓｂ＋４Ｓｎ＋Ａｓ）／１００≤１５ｐｐｍ（２）因此在生产中可以通过以下途径来控制接头的回火脆性：（１）在购买板材和焊材时，严格控制杂质的万方数据第３０卷第３期压力容器总第２４４期含量。（２）加强对坡口表面的清理。用火焰切割加工的坡口，应将脆硬层打磨干净，建议打磨厚度不小于３ｍｍ。正式焊接前，要将坡口边缘及坡口内的铁锈、水垢、油以及磁粉遗留等污物清理干净。（３）采用焊条电弧焊施焊时，选用焊芯过渡合金元素焊条［Ｉ引，避免采用药皮过渡或部分药皮过渡焊条施焊带来的成分分布偏析。（４）采用埋弧焊施焊时，应保证焊剂的洁净度，尽量避免焊剂的重复使用。在对回火脆性进行焊接工艺评定时，由于ＮＢ／Ｔ４７０１４－－２０１ｌ并没有与之相对应的变素和操作规程，目前主要是参照ＡＰＩ９３４一Ａ—２００８中的相关规定或技术条件的规定来进行回火脆性试验。对于评定的覆盖范围，有的焊接工作者认为应按照冲击试验的变素来控制，有的认为对于一种焊材只要进行一次回火脆性试验就可以了，与焊接参数没有关系。从目前的研究来看，还没有资料详细说明焊接参数与回火脆性的关系。某公司在对国外两个知名厂家的Ｂ３埋弧焊焊材进行焊接工艺评定时曾发生过以下情况：一家焊材的焊接工艺评定冲击性能不太理想但回火脆性较好，另一家焊材的冲击性能较好但回火脆性不太理想。这个现象说明，接头的回火脆性与接头的冲击性能没有必然的联系。因此当产品技术条件要求焊接工艺评定回火脆性进行试验时，焊工应该如何操作，希望有关部门能给出指导性建议。５结语（１）在进行组合评定或用薄板进行评定时，要注意焊缝厚度小于２０ｍｍ及焊道布置方式给评定覆盖带来的影响；（２）评定冲击试样既要满足标准的规定，又要补加最大线能量和道问温度处的冲击试样；（３）目前越来越多的技术条件要求在焊接工艺评定中进行硬度试验，希望承压焊接工艺评定标准中能引入硬度试验；（４）希望有关部门能对评定的回火脆性试验给出指导性意见。万方数据参考文献：［１］尹士科．焊接材料及接头组织性能［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１１：２７９．［２］王晶，张亦良关于硫化氢应力腐蚀失效准则的最新国际标准对比综述［ｃ］／／第六届全国压力容器学术会议压力容器先进技术精选集，２００５：７５２．［３］董月香，张玮，高增梁，等．碳酸盐硫化氢复杂环境中１６ＭｎＲ钢应力腐蚀开裂的试验研究［Ｊ］．压力容器，２０１０，２７（７）：１—４，４６．［４］安丽君，张志坚．对焊接接头热影响区维氏硬度试验的探讨［Ｊ］．理化检验一物理分册，２００２，３８（２）：５３—５５．［５］李红英，丁常伟，张希旺，等．１６ＭｎＲ钢奥氏体连续冷却转变曲线（ＣＣＴ图）［Ｊ］．材料科学与工程学报，２００７，２５（５）：７２７—７３０．［６］王源．钢铁材料的硬度测量在压力容器检验中的应用［Ｊ］．石油化工设计，２００６，２３（２）：２５—２６．［７］刘永钢，李显，李少华．焊后去应力退火的机理及应用［Ｊ］．金属加工，２００９，（１４）：６０－６１．［８］马冬梅，孙荣禄．加氢反应器用钢及其焊缝的回火脆性［Ｊ］．材料导报，２０１１，（Ｓ２）：５１３—５１５，５１９．［９］宋立平，孙荣禄．２．２５Ｃｒ—ＩＭｏ一０．２５Ｖ钢的焊缝回火脆化研究［Ｊ］．压力容器，２０１２，２９（６）：２４—２８，６２．［１０］衣正尧，武剑，刘富强，等．纯水射流除锈性能的仿真对比分析与试验研究［Ｊ］．流体机械，２０１２，４０（６）：５—９．［１１］ＩｓｌａｍＭＡ，ＮｏｖｏｖｉｃＭ，ＢｏｗｅｎＰ，ｅｔａ１．ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｈｏｓｐｈｏｒｕｓＳｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｎＦｒａｃｔｕｒｅＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ２．２５Ｃｒ一１ＭｏＰＩｅｓｓｕ阳ＶｅｓｓｅｌＳｔｅｅｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，２００３，１２（３）：２４４—２４８．［１２］ＦｕＲＤ，ＷａｎｇＴＳ，ＺｈｏｕＷＨ，ｅｔａ１．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓｉｎａ２．２５Ｃｒ—ＩＭｏ一０．２５ＶＳｔｅｅｌｆｏｒＬａｒｇｅ—Ｓｃａｌｅｅａｓｔ—ｆｏｒｇｅｄＰｒｏｄｕｃｔｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒＣｈａｒ－ａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，２００７，５８（１０）：９６８—９７３．［１３］吴树雄．电焊条选用指南（第四版）［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１０：２０６．收稿日期：２０１３一０１—０７作者简介：张圆磊（１９８６一），助理工程师，主要从事压力容器焊接相关工作，通信地址：２００５４０上海市金山区金一路９１号上海石化机械制造有限公司，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｙｕａｎ—ｌｅｉ．ｓｎｅｃ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｒｎ承压设备焊接工艺评定中的一些问题
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张圆磊， 屈洪， 马健， ZHANG Yuan-lei， QU Hong， MA Jian
张圆磊,马健,ZHANG Yuan-lei,MA Jian(上海石化机械制造有限公司,上海,200540)， 屈洪,QU Hong(伯合乐焊接产品贸易(上海)有限公司,上海,200051)压力容器
Pressure Vessel Technology2013,30(3)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ylrq201303013.aspx
