钢制压力容器焊接工艺评定项目的优化和整合

这样,选择的三个焊接工艺评定项目则可不间断地覆 盖1.5-200mm的所有板厚,见表1. 1.5-200mm的所有板厚,见表1
表1
序号 焊接方法 焊后热处 试件母材 焊件母材 理类别 厚度 厚度覆盖 范围 mm mm 6 16 38 1.5-12 1.5- 12-32 12- 28.5- 28.5-200
序号
焊接方法
焊后热处 试件母材 焊件母材 理类别 厚度 厚度覆盖 范围 mm mm 6 SR 16 38 1.5-12 1.5- 12-32 12- 28.5- 28.5-200
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 2 3
SMAW (或SAW (或SAW GTAW) GTAW)
JB4708-2000标准规定:" JB4708-2000标准规定:"试件的焊后 热处理应与焊件在制造过程中的热处 理基本相同,加热温度范围不得超过 相应标准或技术文件规定" 相应标准或技术文件规定"."低于 下转变温度进行焊后热处理(SR)时, 下转变温度进行焊后热处理(SR)时, 试件的保温时间不得少于焊件在制造 过程中累计保温时间的80%" 过程中累计保温时间的80%".
1,碳钢和低合金钢制压力容器 1.1 不进行焊后热处理(As Weld) 不进行焊后热处理(As Weld) 对于母材为标准抗拉强度下限值小于或等 于540MPa及Ⅳ-2组以外的钢材,为了充分 540MPa及 利用焊接工艺评定的覆盖范围,减小焊接 工艺评定项目共同叠加的覆盖范围,达到 减少焊接工艺评定数量的目的,在拟定焊 接工艺指导书时,选择焊接工艺评定试件 的厚度分别为6mm,16mm,38mm.评定合格 的厚度分别为6mm,16mm,38mm.评定合格 后,则它们的焊件母材厚度覆盖范围分别 为1.5-12mm,12-32mm,28.5-200mm. 1.5-12mm,12-32mm,28.5-200mm.
对于碳钢和低合金钢制凸形封头,热 冲压过程的加热温度已达到或超过 910℃(铁碳平衡图上的临界点A3), 910℃(铁碳平衡图上的临界点A3), 因而封头的热冲压过程类似于正火热处 理过程(Normalizing),直接影响到 理过程(Normalizing),直接影响到 封头拼接焊接接头的力学性能和弯曲性 能,对于封头拼接焊接接头实际上也就 是一次焊后热处理过程.
由于热冲压加热温度超过了碳钢和低合 金钢的上转变温度,因而适用于焊件的 最大厚度为试件厚度的1.1倍,按 最大厚度为试件厚度的1.1倍,按 JB4708-2000的表8 JB4708-2000的表8;而适用于焊件的最 小厚度按JB4708-2000中表5或表3 IV小厚度按JB4708-2000中表5或表3(IV2组和σb>540MPa强度型低合金钢). 组和σ >540MPa强度型低合金钢). 对于大多数压力容器制造企业所需焊接 工艺评定的项目推荐见表3 工艺评定的项目推荐见表3. 表3
1.3 先高于上转变温度,继之在低于下转变 温度进行焊后热处理(Normalizing 温度进行焊后热处理(Normalizing + Stress Relief) Relief) 这主要针对热冲压成形的碳钢和低合金钢凸 形封头的拼接焊接接头的焊接工艺评定. 对于焊后需整体热处理消除应力的压力容器 (如液化石油气储罐,液氯储槽等),其热 冲压成形的封头的拼接焊接接头也就要与容 器一起再进行一次消除应力热处理,因而这 类压力容器在制造过程中封头拼接焊接接头 相当于进行了两次焊后热处理,正火+ 相当于进行了两次焊后热处理,正火+消除 应力热处理(N+SR).所需焊接工艺评定项 应力热处理(N+SR).所需焊接工艺评定项 目见表4 目见表4.
2,铬镍奥氏体不锈钢制压力容器 2.1 不进行焊后热处理(As Weld) 不进行焊后热处理(As Weld) 铬镍奥氏体不锈钢制压力容器,一般不进 行焊后热处理,而且对于使用温度大于或 等于-196℃的铬镍奥氏体不锈钢母材可免 等于-196℃的铬镍奥氏体不锈钢母材可免 做冲击实验.但是应考虑到用于设计温度 低于-100℃时的铬镍奥氏体不锈钢制低温 低于-100℃时的铬镍奥氏体不锈钢制低温 压力容器,按照GB150-1998的附录C1.4条, 压力容器,按照GB150-1998的附录C1.4条, 铬镍奥氏体不锈钢低温容器,当" 铬镍奥氏体不锈钢低温容器,当"设计温 度低于-100℃时,应按JB4708进行焊缝金 度低于-100℃时,应按JB4708进行焊缝金 属的低温夏比(V 属的低温夏比(V型缺口)冲击试验,且符 合C2.1.7的要求". C2.1.7的要求"
评定项目相互重复;甚至有的企业所做 评定项目数量虽不少,但却不能覆盖现 有的压力容器产品.因而急需对焊接工 艺评定项目进行优化和整合.在确定焊 接工艺因素时,尽量扩大焊接工艺评定 覆盖范围,避免和减少覆盖范围的重叠, 减少焊接工艺评定数量,保证焊接工艺 评定项目能覆盖全部压力容器产品.
根据《压力容器安全技术监察规程》 根据《压力容器安全技术监察规程》 和JB4708-2000标准,按照钢制压力容 JB4708-2000标准,按照钢制压力容 器用材种类(碳钢和低合金钢,铬镍奥 氏体不锈钢),焊接方法(焊条电弧焊, 埋弧焊,钨极气体保护焊),焊后热处 理类别,对各种钢制压力容器的焊接工 艺评定项目进行分析和探讨.
序 焊接方法 号
焊后热处理 试件母材 类别 厚度 mm N N 38 38
焊件母材厚 度覆盖范围 mm
1 2
SMAW SAW
5-41.8 5-41.8
从表3 从表3可以看出,在重要因素和补加因素不变的 条件下,厚板评定合格的焊接工艺,其母材厚度 覆盖范围将包容了较薄板.因此,此种情况下, 应做较厚板的焊接工艺评定.充分利用焊接工艺 评定的覆盖范围,减少工艺评定次数.
钢制压力容器焊接工艺评 定项目的优化和整合
经过二十余年的努力和积累,国内 压力容器制造企业对焊接工艺评定重 要性的认识不断深入,焊接工艺评定 工作也取得大的进展.目前,企业做 了上百个甚至几百个焊接工艺评定项 目的并不少见.但是由于对JB4708目的并不少见.但是由于对JB47082000标准认识和理解的偏差,也出现 2000标准认识和理解的偏差,也出现 一些不可忽视的问题,如焊接工艺评 定项目的选择无序,无计划,随意性 大,以致焊接工艺评定覆盖范围重叠, 大,以致焊接工艺评定覆盖范围重叠,
1 2 3
SMAW (或SAW (或SAW GTAW) GTAW)
AW
注:AW— WELD,即焊态,不进行焊后热 注:AW—AS WELD,即焊态,不进行焊后热 处理. 从表1 从表1可以看出,对于焊条电弧焊,埋弧焊 和钨极气体保护焊,每种焊接方法各有三 个焊接工艺评定项目.对于中厚板和厚板, 如厚度16mm和38mm的试件,可以采用二种 如厚度16mm和38mm的试件,可以采用二种 焊接方法(钨极气体保护焊和焊条电弧焊) 或三种焊接方法(钨极气体保护焊,焊条 电弧焊和埋弧焊)的组合评定代替分别评 定,这样一个工艺评定可以代替二个或三 个评定,达到减少焊接工艺评定数量的目 的.
1.4 进行低于下转变温度的焊后热处 理(Stress Relief) 理(Stress Relief) 对于需要焊后进行消除焊接应力热处 理(SR)的压力容器,其焊接接头也 理(SR)的压力容器,其焊接接头也 就要进行消应处理(SR),当焊件规 就要进行消应处理(SR),当焊件规 定进行冲击试验时,该类压力容器的 焊接接头焊接工艺评定项目,推荐见 表5. 表5
1.2 高于上转变温度进行焊后热处理 (Normalizing) Normalizing) 这主要针对热冲压成形的碳钢和低合 金钢凸形封头的拼接焊接接头的焊接 工艺评定. 对于热冲压成形的碳钢和低合金钢 制凸形封头,应充分考虑封头拼接焊 接接头热冲压的热过程,如果认为热 冲压的热加工过程不属于焊后热处理, 这样的理解是不正确的.
表2
序 号 焊接方法 焊后热处 理类别 试件母材 焊件母材厚 度覆盖范围 厚度 mm mm 6 16 AW 32 64 128 24-48 24- 48-96 48- 96-192 96- 1.5-12 1.5- 12-24 12-
1 2 3 4 5
SMAW (或SAW (或SAW GTAW) GTAW)
当试件较薄时,低于下转变温度焊后热处 理保温时间相应较短,但这类试件,尤其 是小于或等于6mm的试件的工艺评定主要应 是小于或等于6mm的试件的工艺评定主要应 用于覆盖压力容器接管与壳体角接头的组 合焊缝(对接焊缝+角焊缝),见图1 合焊缝(对接焊缝+角焊缝),见图1.由 于接管厚度较薄(一般为≥1.5mm).当容 于接管厚度较薄(一般为≥1.5mm).当容 器进行焊后整体消除应力热处理(SR)时, 器进行焊后整体消除应力热处理(SR)时, 接管与壳体的组合焊缝也就要与较厚的壳 体焊缝一样经过保温时间较长的下转变温 度热处理,充分考虑这些情况, 度热处理,充分考虑这些情况,
表4
序号 焊接方法 焊后热处 理类别 试件母材 焊件母材厚 度覆盖范围 厚度 mm mm 38 38 5-41.8 5-41.8
1 2
SMAW SAW
N+SR N+SR
从表4 从表4可以看出,在重要因素和补加 因素不变的条件下,厚板评定合格的 焊接工艺,其母材覆盖范围包含了较 薄板.因此,此种情况下应做较厚板 的焊接工艺评定,充分利用焊接工艺 评定的覆盖范围,减少评定的次数.
这类容器如设计温度为-196℃的液氧,液 这类容器如设计温度为-196℃的液氧,液 氮低温绝热容器和液化天然气(LNG)罐式 氮低温绝热容器和液化天然气(LNG)罐式 集装箱等,其内容器由奥氏体不锈钢焊制 而成,它们的焊接接头的焊接工艺就需要 焊缝金属经-196℃低温夏比冲击试验合格 焊缝金属经-196℃低温夏比冲击试验合格 的焊接工艺评定支持. 因此对于铬镍奥氏体不锈钢制压力容器, 其焊接接头的焊接工艺评定项目,则分为 不要求焊缝金属进行冲击试验(见表6 不要求焊缝金属进行冲击试验(见表6)和 要求焊缝金属进行低于-100℃的低温冲击 要求焊缝金属进行低于-100℃的低温冲击 试验(见表7 试验(见表7)两种情况. 表6
拟定焊接工艺指导书时,就应按较厚 壳体焊件选取可能遇到的较长保温时 间,避免因热处理保温时间覆盖不上, 而另做一个保温时间更长的焊接工艺 评定.根据经验,笔者推荐,对于壁 厚小于或等于6mm的工艺评定试件,低 厚小于或等于6mm的工艺评定试件,低 于下转变温度焊后热处理保温时间至 少2小时以上.
当试件较厚时, 当试件较厚时 , 低于下转变温度焊后 热处理保温时间相应较长, 热处理保温时间相应较长 , 若有中间 热处理或焊缝多次返修, 热处理或焊缝多次返修 , 热处理累积 保温时间还会更长, 保温时间还会更长 , 充分考虑这些因 素 , 拟定焊接工艺指导书时选取可能 遇到的较长保温时间, 遇到的较长保温时间 , 就可避免因热 处理保温时间覆盖不上, 处理保温时间覆盖不上 , 而又要做另 一个更长保温时间的焊接工艺评定. 一个更长保温时间的焊接工艺评定.
对于母材为Ⅳ 对于母材为Ⅳ-2组和标准抗拉强度下限值 大于540MPa的强度型低合金钢,拟定焊接 大于540MPa的强度型低合金钢,拟定焊接 工艺指导书时,选择焊接工艺评定的试件 厚度分别为6mm,16mm,32mm,64mm, 厚度分别为6mm,16mm,32mm,64mm, 128mm,评定合格后,则它们的焊件母材厚 128mm,评定合格后,则它们的焊件母材厚 度覆盖范围分别为1.5-12mm,12-24mm, 度覆盖范围分别为1.5-12mm,12-24mm, 24-48mm,48-96mm,96-192mm,这样, 24-48mm,48-96mm,96-192mm,这样, 选择的五个焊接工艺评定就可不间断地覆 盖从1.5-192mm的所有板厚,而且没有发 盖从1.5-192mm的所有板厚,而且没有发 生覆盖范围的重叠,见表2 生覆盖范围的重叠,见表2.