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执行钢制压力容器焊接工艺评定标准时的若干问题(一)










编者按: 《钢制压力容器焊接工艺评定》 标准已实施三年多, 各压力容器制造单位进行 !"#$%&—’%%% 的焊接工艺评定是否已真正符合标准的规定?还有哪些事项值得注意?这仍是大家十分关心的问 题。为此, 《压力容器》 杂志编辑部特约该标准起草人之一— — —

戈兆文教授级高工等专家, 根据他们 参与审查的十余家压力容器制造厂为某重大工程所进行的几百项焊接工艺评定中发现的若干带有 普遍性的问题, 撰写了 《执行钢制压力容器焊接工艺评定标准时的若干问题》 一文, 以飨读者。

执行钢制压力容器焊接工艺评定标准 时的若干问题 (一)
戈兆文( , 康鸿雁’ (() 合肥通用机械研究所, 安徽 合肥


北京 ’*%%*(; ’) 北京燕化建筑安装工程公司,

(%’+%’)

笔者为某工程审查了 (% 余个制造厂家的 *%% 余份焊接工艺评定, 发现在执行 !"#$%&—’%%% 要:

标准过程中的问题。分别从标准适用范围、 相关术语、 试件与焊件、 焊后热处理、 焊接材料、 预热与 层间温度、 焊接线能量、 试件检验与结果评价和焊接工艺评定管理等方面, 结合典型问题, 用标准规 定进行分析、 解释。 压力容器; 焊接工艺评定; 标准 关键词:
中图分类号: ,-+’)’; ,.#/ 文献标识码: " 文章编号: (’%%#) (%%( 0 #&*$ %- 0 %%%( 0 %+

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!"#$%&—’%%% 适用范围 适用于压力容器的温度范围

某厂用 %/95U3V= 钢焊制低温压力容器, 评定 , 这是不正确的。 焊接工艺时称 “依据 !"#$%& 标准” 并不适 !"#$%& 标准是针对常温压力容器而编制的, 用于低温压力容器。 4"(+%—(//& 《 钢制压力容器》
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!67.

执行钢制压力容器焊接工艺评定标准时的若干问题 (一)

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附录 ! 低温压力容器中指定 “低温容器施焊前, 应 , 但 “冲击试验温 按 "#$%&’ 进行焊接工艺评定试验” 度应低于或等于壳体或其受压元件的最低设计温 度” , 冲击功指标应满足表 !( 的规定, 正确的应该 是: 低温压力容器的焊接工艺评定按 )#*+& 附录 ! 的规定进行。 *,( 适用于受压焊缝还是受力焊缝 在 "# - .$%&/ 中指出, 施焊 “受压元件焊缝” 、 “与 受压元件相焊的焊缝” 必须按 "#$%&’ 标 准 评 定 合 格。其实受压元件焊缝与受压元件相焊的焊缝, 不 是受压焊缝, 就是受力焊缝。受压焊缝也是一种受 力焊缝, 是经受压力的焊缝, 而受力焊缝则是指受重 力、 机械作用力的焊缝, 如焊在容器壁上的吊耳、 支 撑腿焊缝。 按照 "#$%&’ 的规定, 对接焊缝试件评定合格的 焊接工艺, 既适用于受压焊缝, 也适用于受力焊缝 (包括对接焊缝和角焊缝) , 评定受力角焊缝焊接工 艺时, 可仅采用角焊缝试件。 *,0 焊缝金属抗拉强度低于母材时 "#$%&’ 规定焊接工艺评定试件拉伸试样的抗 拉强度应不低于母材标准规定的下限值。但某些设 计图样规定, 拉伸试样的抗拉强度不低于焊缝金属 规定的最小抗拉强度 (此时, 允许使用室温强度低于 母材的焊缝金属) 。美国 1234 锅炉压力容器规范 第九篇焊接与钎焊评定中也有类似规定。 "#$%&’ 中母材与焊材分类分组都是按其强度 级别下限值划分的, 并且规定了评定规则和替代范 围。因此 这 种 抗 拉 强 度 合 格 标 准 的 规 定, 不符合 而只符合设计要求的评定项目, 只适用于该 "#$%&’, 设计 图 样, 而 不 适 用 于 其 它 产 品, 也不能放在按 按照 "#$%&’ 的评定 "#$%&’ 规定评定合格的项目中, 规则互相替代。 ( 相关术语 正确的术语可以确切表达所述的内容, 在信息 交流中不会引起误解, 因此, 正确使用焊接术语, 是 理解执行焊接工艺评定标准的前提。 "#$%&’ 中术 语基本上是符合标准规定的, 在第三章中自编了十 四条术语, 这些术语在 "#$%&’ 中都有确定含义。 (,* 焊接工艺规程和焊接工艺指导书 不少工厂将焊接工艺规程与焊接工艺指导书, 这两个安全不同的概念混淆起来。按自己理解, 将 焊接工艺指导书当作焊接工艺规程, 在现场焊接产
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品时, 让工人执行焊接工艺指导书, 从而使产品焊接 质量得不到保证。 虽然焊接工艺规程和焊接工艺指导书的英文缩 写都是 562, 但他们两者的确切含义完全不同。焊 接工艺指导书是指 “为验证性试验所拟定的, 经评定 合格的, 用于指导生产的焊接工艺文件” , 而焊接工 艺规程则指 “制造焊件有关的加工和实践要求的细 则文件, 可保证由熟练焊工或操作工操作时质量的 再现性” 。 按照 "#$%&’ 标准评定合格的焊接工艺指导书, 只保证焊接接头的力学性能和弯曲性能符合 "#$%&’ 规定, 焊接接头的力学性能和弯曲性能只是焊接质 量的一个方面, 此外尚还有诸如焊缝外观、 焊缝内外 缺陷、 应力与应变, 施工方便、 合理性、 经济性等一系 列涉及到焊接生产、 管理质量众多方面问题, 这显然 是焊接工艺指导书所不具备的, 这只有待于焊接工 艺规程来完成。编制焊接工艺规程主要依据之一, 便是评定合格的焊接工艺指导书。 在为数不少的制造厂里, 却不再编制焊接工艺 规程了, 而将评定合格的焊接工艺指导书下发车间, 用于焊制压力容器, 这应当引起各方面的注意。 "# - .$%&/—(&&& 附录 # 焊接工艺规程推荐表格 是典型的焊接工艺规程。 (,( 手工电弧焊与焊条电弧焊 焊条电弧焊是指用手工操纵焊条进行焊接的电 弧焊方法, 在压力容器行业广泛使用这种焊接方法。 不少工厂将这种焊接方法称之为手工电弧焊, 这是 不妥当的。手工电弧焊没有专门术语, 各人有不同 理解, 只要是手工操作完成焊接的电弧焊都可以称 之为手工电弧焊, 那么焊条电弧焊、 手工钨极气体保 护电弧焊、 半自动熔化极气体保护电弧焊也可以称 为手工电弧焊。由此可见, 手工电弧焊只是泛称, 并 不专指某种焊接方法。 (,0 焊接位置与试件位置 焊缝所处的空间位置称之为焊缝位置, 焊接位 置则指施焊焊缝的位置, 而试件位置则是试件所处 的空间位置, 焊缝离不开试件母材, 因此焊接位置与 试件位置关系十分密切, 也容易搞错。在有些焊接 工艺评定文件中 “焊 接 位 置” 一栏中填写 “垂 直 俯 焊” “水平转动” 、 , 这就将 “焊接位置” 与 “试件位置” 两个概念混淆了。在焊接工艺评定文件中, 只要求 填写焊接位置, 而不必填写试件位置。 不管是对接焊缝, 还是角焊缝, 他们的焊接位置

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第 "! 卷第 1 期









总第 !#’ 期

只有四种: 平焊、 立焊、 横焊和仰焊。其中立焊分为 向上立焊和向下立焊。试件上的焊接位置与试件位 置有关, 如平板试件, 其焊接位置为平焊; 管材水平 固定试件, 其焊缝焊接位置为平焊、 立焊和仰焊三 种; 管材水平转动试件上的焊接位置只有平焊。 图 ! 所示角焊缝焊接位置为横焊, 而不是平焊。

在焊接工艺评定范围内不称 “角平焊” 也不是 “垂直 其中对接焊缝的焊 俯位” 。图 " 的焊缝为组合焊缝, 接为平焊, 而角焊缝的焊接称为横焊。该组合焊缝 的焊接, 既不能称为角焊也不能称为垂直固定。图 而不能称为水平转动。 # 焊缝的焊接位置为平焊,

图!

横焊角焊缝

图"

角接头组合焊缝的焊接位置

图#

管子水平转动时的焊接位置

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焊缝、 焊层、 焊道 当有冲击试验要求时, 多道焊、 单道焊是补加因

焊接接头的纵向试样和横向试样是以试样轴线 与试件焊缝轴线的相对位置来划分的, 当焊缝轴线 与试样轴线垂直时, 称为横向试样, 如横向弯曲试 样; 当焊缝轴线与试样轴线平行时, 称为纵向试样, 如纵向弯曲试样。 焊接接头冲击试样都取横向试样, 分别制取焊 缝区、 熔合区和热影响区冲击试样, 在各国标准中从 未有规定制取纵向冲击试样的, 事实上, 也得不到纵 向熔合区、 纵向热影响区冲击试样。因此, 焊接工艺 评定报告中, 不能出现 “纵向冲击试样” 的错误。 # #$! 试件与焊件 *"#) + , 的评定能不能用于 "- 号钢焊件 从 ./!)- 中删除 ./!)-—!’’& 第 ! 号修改单,

素, 那么了解焊缝、 焊层、 焊道三个术语含义及相互 关系就十分必要了。 焊缝是指焊件经焊接后所形成的结合部分。焊 道是每一次熔敷所形成的一条单 道 焊 缝, 见 图 %。 而焊层则是多层焊时的每一个分层, 每个焊层可由 一条焊道或几条并排相搭的焊道所组成, 见图 % 所 示, 图中左侧焊缝有 & 层, 而右侧焊缝则 !’ 条焊道; 有 ( 层, 每层一道, 共 ( 条焊道。

图%

焊层与焊道

了 *"#) + , 钢, 不能用于制造压力容器。但用 *"#) 仍可在 0/%(-& + , 作试件所评定合格的焊接工艺, 规定的范围内使用, 按照评定规则, *"#) + , 评定合 格的焊接工艺可以用于同一组内的 "- 号钢, 可以保 证 "- 号钢焊接接头力学性能符合标准规定。 #$" 异种钢的冲击试验 某厂用 !1234 5 *"#) + , 作试件评定焊接工 艺, 在焊接工艺评定报告中对 *"#) + , 热影响区进 行了冲击试验, 对 *"#) + , 这一类钢材标准规定不 考核冲击韧性, 因此对于 *"#) + , 这一类焊接工艺 评定试件热影响区也没有必要进行冲击试验。 #$# 低温容器的温度范围

图 ) 所示焊缝正面为二层二道, 背面为单层单 道。在焊接工艺评定标准中, 单道焊与多道焊是补 加因素, 通常认为, 二道焊便可称为多道焊, 在焊接 工艺评定文件中, 当有冲击试验要求时, 应分清焊层 与焊道, 不要填写焊层数, 而是要填写焊道数。

图)

焊缝两面的焊层焊道

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纵向试样和横向试样

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( + )某厂制造 -’236784 钢质低温压力容器 , 所提供审查的焊接工艺评定报告中有一份试件 9)
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执行钢制压力容器焊接工艺评定标准时的若干问题 (一)

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母材为 !"#$%&’( ) *+#$(, 冲击试验温度 , -!. 。 笔者认为这份焊接工艺评定只能用于设计温度 ! , -!. 的低温压力容器壳体或其受压元件焊接。按 大 /0*1! 附录 2 规定, , -! . 作为低温压力容器, 于 , -! . 为常温压力容器。 !"#$%&’( ) *+#$( 试 件评定合格的焊接工艺不能用于设计温度小于 , -! . 压力容器。 焊件厚度与冲击试验容器的关系 345 试件厚度、 试件厚度适用于焊件厚度与有无冲击试验要求 有着十分密切的关系。不少厂家焊接工艺指导书都 填错了厚度适用范围, 不分有无冲击试验要求, 全都 扩大了厚度适用 按 6057!8 中表 3 至表 + 规定填写, 范围。按 6057!8 中 143454* 条规定 “当焊件规定进 行冲击试验时, 试件评定合格后, 当 ! ! 8 99 时适 用于焊件母材厚度的有效范围最小值一律为 !471 ! (即按表 1、 。如试件 + 执行时的最小值要按 !471 ! ) 经高于上转变温度的焊后热处理 (如热冲压封头、 搪 瓷过程) 或奥氏体母材焊后经固溶处理时, 仍按原规 定执行 (即按表 1、 。 + 中最小值 *41 或 1 99) 341 不等厚试件厚度覆盖范围 如图 + 所示焊件, 可用不等厚试件进行评定, 如 见表 *。 图 7 所示。母材和焊缝金属厚度适用范围, 不等厚试件经评定合格的焊接工艺, 适用于不等厚 焊件母材厚度范围, 应按厚边对厚边, 薄边对薄边分 别计算。某厂对图 + 所示焊件进行的焊接工艺评 定, 采用了如图 7 所示不等厚试件, 确定适用于焊件 最大值不限, 适用 母材厚度范围最小值为 741 99, 于焊件 焊 缝 金 属 厚 度 范 围 最 小 值 不 限, 最大值为 这个结论是错误的。 -!! 99,
表* 试件 最小值 厚边 ( !* : 5!) 薄边 ( !- : *!) 表焊接方式 最小值 埋弧焊 焊条电弧焊 氩弧焊 *1 *41 *41 最大值 -! *+ 8 最小值 *1 *1 *1 最大值 5! 5! 5! 3! 741 最大值 不限 -! 最小值 不限 不限 最大值 -!! -! (99) 不等厚试件适用于焊件厚度 焊件母材 (99) 焊件焊缝金属

其中阴影部分为焊接返修示意。 如图 8 所示, (余高不计) 。某厂选用的焊 返修焊缝深度为 *- 99 接工艺评定试件母材厚度为 *- 99, 焊缝金属厚度 也为 *- 99, 笔者认为该试件不能用于图 8 所示焊 件焊接返修, 因为试件母材厚度只有 *- 99, 所覆盖 焊件母材厚度上限不能包括 8! 99。如果选用试件 母材厚度为 ! 38 99, 而相同焊接方法的焊缝金属 厚度只要覆盖 *- 99 即可。

图+

接管接头图

图7

评定用试件示意图

图8

焊件焊接返修示意图

347

组合评定时厚度覆盖范围 如图 " 所示的试件是三种焊接方法的组合评

定。在确定氩弧焊、 焊条电弧焊、 埋弧焊适用于焊件 母材厚度适用范围时, 正确与错误结果见表 -。因 为对三种焊接方法的焊缝金属起作用的是试件母材 总厚度 -! 99, 而不是各种焊接方法的焊缝金属所 对应的母材分厚度, 应当以总厚度作为各种焊接方 法适用于焊件母材厚度依据。

适用于焊件母材厚度有效范围 错误 正确

34+

焊接返修时的厚度计算

图"

组合评定试件示意图

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第 $# 卷第 , 期









总第 #%: 期

! !"#

焊后热处理 拼焊钢板热冲压成形封头 不少制造厂对拼焊钢板热冲压成形封头的焊接

偏差, 这是不对的。 !"! 型式试验件经受焊后热处理 有些厂对型式试验件按产品规定经受了焊后热 处理, 这是没有必要的。型式试验件的目的是确保 焊透。已经焊成的型式试验件, 经受或不经受焊后 热处理对焊透没有影响, 所以型式试验件不需要进 行焊后热处理。 + +"# 焊接材料 焊接材料选用

工艺评定, 都没有考虑热冲压的热过程, 认为热冲压 是热加工而不是焊后热处理, 这样理解是不正确的。 封头热冲压过程类似于正火过程, 影响焊接接头力 学性能与弯曲性能, 实际就是一次焊后热处理。 拼焊钢板热冲压封头成形, 要注意的问题如下: (#) 拼焊钢板热冲压后, 如果是使用的正火状态 钢板, 冲压封头要重新正火, 并提交母材试板。 ($) 如果在专业封头厂进行热冲压, 那么应当由 委托单位按评定合格的焊接工艺施焊封头拼缝, 如 果专业封头厂出售带拼缝的热冲压封头, 购买方应 当掌握封头拼焊焊接接头的力学性能, 并由封头厂 提供封头拼焊接头的产品试板。 (%) 热冲压温度、 搪瓷温度都高于钢材上转变温 度, 适用于焊件的最大厚度为试件厚度的 #"# 倍, 而 适用于焊件的最小厚度按 &’!()* 中表 +、 规定。 , 焊后热处理温度 !"$ 某厂焊接工艺评定中 #,-./ 和 #%-.01-203/ 钢试件焊后热处理温度为 ,() 4 #+ 5 , 显然偏高, 因 为钢 厂 提 供 #%-.01-203/ 回 火 温 度 为 ,,) 6 ,() 焊后热处理温度与钢板回火温度相等, 会破坏钢 5, 板原始状态, 焊后热处理温度应低于钢板出厂回火 温度 $) 6 %) 5 。 该厂认为 #,-./ 与 #%-.01-203/ 钢制产品规 定硬度 7’!$$+, 想用提高焊后热处理温度方法来 降低焊接接头硬度, 这是不妥当的。 ,() 5 焊后热 处理, 有可能使钢板回火状态的综合性能遭到破坏。 调整焊接接头硬度的方法很多, 适当增加预热温度 是其中之一。 !"% 焊接工艺评定温度与产品焊后热处理温度 某厂产品焊后热处理温度为 +() 4 $) 5 , 查看 焊接工艺评定报告焊后热处理温度为 +,) 4 $) 5 , 笔者认为焊接工艺评定中焊后热处理温度是编制产 品焊后热处理工艺文件的依据, 不应随意修改。焊 后热处理规范中保温温度作用远远高于保温时间的 作用, 在 &’ 8 9!():—$))) 中焊后热处理保温温度表 达方式为一个范围, 如 ,)) 6 ,!) 5 , 它的含义是在 ,$) 5 保温温度时允许有 4 $) 5 偏差。有人理解成 ,)) 6 ,!) 5 范围内, ,)) 与 ,!) 5 均允许有 4 $) 5

(#) 某厂制造低温容器, 设计温度为 ; +) 5 , 选 用焊丝 7#)-.$ 加烧结焊剂。当 7#)-.$ 中含锰量 高于一定数值后, 可以提高低温冲击韧性。根据笔 者调研, ; !) 5 冲击吸收功与合格指标 $( & 很近, 没有裕度, 这种焊材难以适应工业化生产的要求。 ($ )<=$ 气 体 保 护 焊 焊 接 低 碳 钢 时, 选用 其后果便是焊缝金属强度超过母 7)*-.$>1? 焊丝, 材较多, 接头横向弯曲试验难以通过。实际上选用 (@’ 8 9!:+*—#::!) 就可以了。 7)*-.>1 (%) 某厂选用厚度 ! A %, BB 的 #,-./ 制造容 器, 埋弧焊焊丝为 7)*-.?。焊剂 7&!%#, 实践证明, 不开坡口, 不进 7)*-.? C 7&!%# 焊接 #,-./ 薄板, 行焊后热处理是可行的, 但当用于 %, BB 厚板且要 进行焊后热处理, 焊缝金属强度不能满足要求, 故需 要合金含量较高的 7#)-.$ 焊丝。 (! ) 低 碳 钢 用 氩 弧 焊 时, 若填充金属选用 同样使焊缝金属强度过高。 7)*-.$>1?, +"$ 使用非低氢型药皮焊条焊接 D$%+ ; ’ 使用 &!$$ 焊条焊接 D$%+ ; ’, 经焊接工艺评定 合格, 能不能用于产品。 &!$$ 焊条符合 @’ 8 9+##(—#::+ 碳钢焊条标准 中 E!%)%, 标准规定焊缝金属 ) 5 时冲击吸收功"$( ,焊接材料产品样本” 中 &!$$ 保证 ) 5 " $( &, 一 &“ 般结果 ; $) 5 "!( &。焊接接头力学性能和弯曲性 能完全满足标准规定, 虽然焊接工艺评定合格, 仍建 议该项评定不用于焊接 D$%+ ; ’ 钢制产品。评定 合格的焊接工艺评定能否用于产品还要考虑其它因 焊缝金属中扩散氢 素, &!$$ 焊条为钛钙型药皮焊条, 含量高, 抗裂性差, 不宜用于受压设备焊接。 (待续)
收稿日期: $))! ; )+ ; )( 作者简介: 戈兆文 (#:!) ; ) , 男, #:,! 年清华大学焊接专业毕 业, 教授级高工, 通讯地址: 安徽省合肥市长江西路 *** 号。

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