1、固定式奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器焊接工藝評定方案 編制： 審核： 批準： 重慶中容石化機械制造有限公司2015年10月1、 總則奧氏體不銹鋼具有良好的綜合力學性能和優異的抗腐蝕性能及良好的低溫使用性能，是一種應用廣泛的壓力容器用鋼。通常奧氏體不銹鋼屈服強度較低，屈強比小，按照現行的安全系數，其許用應力由材料的屈服強度決定，由實際應用經驗證明，由此方法確定的材料許用應力與材料在低溫使用條件下的強度值較大，因而導致設計的低溫壓力容器壁厚較厚、設備笨重，材料浪費嚴重，制造和運輸成本較高。利用應變強化工藝，在確保奧氏體不銹鋼原有力學性能不受大的影響的前提下，使材料發生一部分塑性變形，可以有效提高奧氏

2、體不銹鋼的屈服強度。采用應變強化后材料新的屈服強度設計的容器，其壁厚通常可以減薄30%50%，有利于節省材料，降低制造成本及運輸中的能耗，經濟效益顯著。2、 編制依據奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器焊接工藝評定，針對奧氏不銹鋼應變強化前后力學性能的改變及本公司低溫容器焊接接頭的特點進行焊接工藝評定試驗。按照Q/TCZR4207-2014固定式奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器、GB150.1150.4-2011壓力容器、NB/T47014-2011承壓設備焊接工藝評定、NB/T47016-2011承壓設備產品焊接試件的力學性能檢驗的規定及要求進行編制。1、 焊接工藝評定一般要求1.1、焊接工藝評定試驗應

3、按NB/T47016-2011承壓設備產品焊接試件的力學性能檢驗規定；1.2、焊接工藝評定應在本單位進行。焊接工藝評定所用設備、儀表應處于正常工作狀態，金屬材料、焊接材料應符合相應標準，由本單位操作技能熟練的焊接人員使用本單位設備焊接試件；1.3、對接焊縫試件評定合格的焊接工藝適用于角焊縫；1.4、在焊接本工藝評定前，應首先對本工藝評定提出相應的預焊接工藝規程，焊接工藝評定合格后，提出相應的焊接工藝評定報告；1.5、焊接工藝評定方案的評定內容及結果應當由單位焊接責任工程師審核，技術負責人批準，經過監檢人員認可后方可進行。3、 焊接工藝評定目的1、本次焊接工藝評定，是為固定式奧氏體不銹鋼應變強化

4、低溫容器焊接施工提供依據；2、評定奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器的所采用的焊接方法，坡口型式等一系列焊接參數；3、驗證奧氏體不銹鋼應變強化后屈服強度較應變強化之前有較大的提高，為采用應變強化后新的屈服強度提供理論基礎。4、 焊接工藝評定項目 本次焊接工藝評定試驗材料將選取國產GB24511.S30408(=8和=12)和美國ASME材料SA-240.S30400(=8和=12)兩種材料進行，以檢驗美國ASME材料和國產材料焊接參數及焊接材料。 由于固定式奧氏體不銹鋼應變強化低溫容器在制作過程中焊接方法多樣（埋弧焊，焊條電弧焊，鎢極氬弧焊），且試驗又分為應變強化前和應變強化后。故決定了本次焊接工藝

5、評定項目多樣性與復雜性。下表1中，序號112為應變強化之前焊接工藝評定項目，序號1324為應變強化之后焊接工藝評定項目。表1 焊接工藝評定試驗項目序號焊接方法評定母材母材規格焊接位置應變強化前試驗項目1SAW(埋弧焊)S30408=8平焊2SAW(埋弧焊)S30408=12平焊3SMAW(焊條電弧焊)S30408=8平焊4SMAW(焊條電弧焊)S30408=12平焊5GTAW(鎢極氬弧焊)S30408=8平焊6GTAW(鎢極氬弧焊)S30408=12平焊7SAW(埋弧焊)S30400=8平焊8SAW(埋弧焊)S30400=12平焊9SMAW(焊條電弧焊)S30400=8平焊10SMAW(焊條電

6、弧焊)S30400=12平焊11GTAW(鎢極氬弧焊)S30400=8平焊12GTAW(鎢極氬弧焊)S30400=12平焊應變強化后試驗項目13SAW(埋弧焊)S30408=8平焊14SAW(埋弧焊)S30408=12平焊15SMAW(焊條電弧焊)S30408=8平焊16SMAW(焊條電弧焊)S30408=12平焊17GTAW(鎢極氬弧焊)S30408=8平焊18GTAW(鎢極氬弧焊)S30408=12平焊19SAW(埋弧焊)S30400=8平焊20SAW(埋弧焊)S30400=12平焊21SMAW(焊條電弧焊)S30400=8平焊22SMAW(焊條電弧焊)S30400=12平焊23GTAW(

7、鎢極氬弧焊)S30400=8平焊24GTAW(鎢極氬弧焊)S30400=12平焊5、 組織機構 本次工藝評定由技術、質量、生產、專業焊接管理人員、焊工、無損檢測人員組成專業小組，負責本次焊接工藝評定的組織實施。焊接工藝評定焊接人員，必須由本公司熟練焊工進行焊接，并邀請駐廠監檢人員現場監督指導。表2 焊接工藝評定試驗機構人員組成序號姓名職務單位備注1王輝總工程師重慶中容石化機械制造有限公司2萬天林技術工程師重慶中容石化機械制造有限公司3陳恩澤質保工程師重慶中容石化機械制造有限公司4牟紅梅焊接工程師重慶中容石化機械制造有限公司5郎鄂焊接工藝員重慶中容石化機械制造有限公司6謝祖華焊接技師重慶中容石化

8、機械制造有限公司7況小軍檢驗員重慶中容石化機械制造有限公司8楊濤無損檢測工程師重慶中容石化機械制造有限公司6、 焊接工藝評定1、母材 奧氏體不銹鋼應變強化焊接工藝評定試板(S30408 和S30400)，必須是按爐進行化學成分復驗和按批進行力學性能復驗合格的板材，且材料化學成分和力學性能分別符合表3表4規定。表3 材料的化學成分化學成分（%）CSiMnPSCrNiN0.080.752.000.0450.03018.0-20.08.0-10.50.10表4 材料的力學性能溫度力學性能0.2%屈服強度RP0.2(Mpa)1.0%屈服強度RP1.0(Mpa)抗拉強度RP1.0(Mpa)斷后伸長率A(

9、%)2020525051540-196300400125030以下表5表8為焊接工藝評定各種材料各種厚度化學成分與力學性能表。表5 S30408 8化學成份與力學性能表溫度力學性能0.2%屈服強度RP0.2(Mpa)1.0%屈服強度RP1.0(Mpa)抗拉強度RP1.0(Mpa)斷后伸長率A(%)20291/65157.5-196300400125030化學成分（%）CSiMnPSCrNiN0.050.481.210.0310.00118.128.040.05表6 S30400 8化學成份與力學性能表溫度力學性能0.2%屈服強度RP0.2(Mpa)1.0%屈服強度RP1.0(Mpa)抗拉強度R

10、P1.0(Mpa)斷后伸長率A(%)20270/65057-196300400125030化學成分（%）CSiMnPSCrNiN0.050.481.210.0310.00118.128.040.05表7 S30408 12化學成份與力學性能表溫度力學性能0.2%屈服強度RP0.2(Mpa)1.0%屈服強度RP1.0(Mpa)抗拉強度RP1.0(Mpa)斷后伸長率A(%)20254/62562-196300400125030化學成分（%）CSiMnPSCrNiN0.060.471.090.0250.00118.038.010.01表8 S30400 12化學成份與力學性能表溫度力學性能0.2%屈

11、服強度RP0.2(Mpa)1.0%屈服強度RP1.0(Mpa)抗拉強度RP1.0(Mpa)斷后伸長率A(%)20284/64961.0-196300400125030化學成分（%）CSiMnPSCrNiN0.030.411.130.0320.00118.148.120.05表5表8可看出所選取評定試板均符合要求。焊接工藝評定試件尺寸規格的選取根據NB/T47016的規定及實際情況綜合考慮，試件單邊板尺寸為550mm150mm（如圖1所示），根據表1得出各種母材規格厚度如下表9所示。焊接工藝評定試板下料后經外觀檢查應無咬邊、裂紋、表面氣孔、焊渣、凹坑、焊瘤等缺陷。表9 各種規格母材試板數量序號母

12、材規格(mm)數量1S30408550150812塊2S30400550150812塊3S304085501501212塊4S304005501501212塊 圖12、焊接材料 2.1 本次焊接工藝評定焊接材料包括：焊條、焊絲、焊劑、氬氣保護氣體。2.2 焊接材料選用原則：a) 、焊縫金屬的力學性能應高于或等于母材規定的下限值；b) 、焊接材料的選取應符合NB/T47018的規定。本焊接工藝評定相同焊接方法的兩種材料所選用的焊接材料均相同，且不分應變強化與否。具體見下表10。所選焊接材料化學成份與力學性能見表11表13.表10 焊接材料的選擇序號母材規格焊接方法焊接材料1S304088，12S

13、AWH08Cr21Ni10Si 4.0CFH260R2S304008，12SAW3S304088，12SMAWCHS107R 4.04S304008，12SMAW5S304088，12GTAWH08Cr21Ni10Si 2.06S304008，12GTAW表11 埋弧焊焊接材料化學成份與力學性能表焊接材料分學成分（質量分數%）CMnSiSPCrNiMoCuH08Cr21Ni10Si 4.00.0591.620.440.0170.02919.579.150.010.11力學性能抗拉強度(MPa)延伸率(A %)射線檢測彎曲試驗屈服強度(MPa)平均沖擊功(J)59039I級合格/表12 手工焊條

14、電弧焊焊接材料化學成份與力學性能表焊接材料分學成分（質量分數%）CMnSiSPCrNiMoCuCHS107R 4.00.0481.510.290.00420.01920.399.680.0530.027力學性能抗拉強度(MPa)延伸率(A %)射線檢測彎曲試驗屈服強度(MPa)平均沖擊功(J)69442.0I級合格/表13 鎢極氬弧焊焊接材料化學成份與力學性能表焊接材料分學成分（質量分數%）CMnSiSPCrNiMoCuH08Cr21Ni10Si 2.50.0541.830.490.0160.02819.629.08/力學性能抗拉強度(MPa)延伸率(A %)射線檢測彎曲試驗屈服強度(MPa)

15、平均沖擊功(J)59538I級合格/3、 焊接工具表14 所需焊接工具序號所需工具數量備注1榔頭12扁鏟13焊縫量規14鋼板尺15砂輪機16紅外測溫儀17面罩18氬弧焊面焊19保溫桶14、 焊接設備本次焊接工藝評定所選用的焊接設備為埋弧焊機，焊條電弧焊機，鎢極氣體保護焊機，焊接工藝評定焊接設備與應變強化低溫容器焊接設備為相同設備。具體見下表。表15 各種焊接設備序號設備名稱規格、型號數量備注1多功能弧焊整流器ZD5(D)-10001焊研威達2方波交直流氬弧焊機WSE-315S1廣州長勝焊接設備有限公司3逆變式整流弧焊機ZX7-500IGBT1華遠焊機5、 焊接工藝評定試件準備不銹鋼應變強化焊接

16、工藝評定試件是由兩塊鋼板對接組成（見圖1）。不同的焊接方法有不同的坡口型式，包括坡口角度，鈍邊，間隙等。坡口采用機械加工，且焊接坡口表面應保持平整，不應有裂紋、分層、夾雜物等缺陷。具體見表16。表16 不同焊接方法所對應的坡口型式序號焊接方法母材坡口型式1SAWS30408S304002SMAWS30408S304003GTAWS30408S30400坡口組對過程中要注意保護金屬表面，防止機械損傷。組對完成后，坡口間隙、錯邊量、棱角度等都應符合相關要求。組對完成定位焊須用手工焊點牢，定位焊縫不得有裂紋、氣孔、夾渣。否則應清除重焊。除鎢極氬弧焊外，其余兩種焊接方法焊件兩端都須引入60608和60

17、6012引弧板和引出板。6、 施焊1）、試件施焊前，應根據要求編制預焊接工藝規程。焊接時各參數的選取應按預焊接工藝規程。下表為各種焊接方法預焊接工藝規程部分參數。表17 埋弧焊參數表焊道焊層焊接方法填充金屬焊接電流電弧電壓(V)焊接速度(cm/min)線能量(KJ/cm)牌號直 徑(mm)極 性電 流(A)1(正)SAWH08Cr21Ni10SiCHF260R4.0DCEP50070038384245382(背)SAWH08Cr21Ni10SiCHF260R4.0DCEP5007003838424538表18 手工焊條電弧焊參數表焊道焊層焊接方法填充金屬焊接電流電弧電壓(V)焊接速度(cm/m

18、in)線能量(KJ/cm)牌號直 徑(mm)極 性電 流(A)1(打底)SMAWCHS107R4.0DCEP1501702228101428.5623(填充)SMAWCHS107R4.0DCEP1601802228101430.244(蓋面)SMAWCHS107R4.0DCEP1601802228101430.245(背)SMAWCHS107R4.0DCEP1601802228101430.241、板厚=8時，第2層為填充，第3層為蓋面，第4層為背面焊接。表19 氬弧焊參數表焊道焊層焊接方法填充金屬焊接電流電弧電壓(V)焊接速度(cm/min)線能量(KJ/cm)牌號直 徑(mm)極 性電 流

19、(A)1(打底)GTAWH08Cr21Ni10Si2.5DCEN1201401218101215.1224(填充)GTAWH08Cr21Ni10Si2.5DCEN1201401218101215.125(蓋面)GTAWH08Cr21Ni10Si2.5DCEN1201401218101215.126(背)GTAWH08Cr21Ni10Si2.5DCEN1201401218101215.121、板厚=8時，第2層為填充，第3層為蓋面，第4層為背面焊接。2） 、焊接環境出現下列任一情況時，應采用有效防護措施，否則禁止施焊；a) 、風速：氣體保護焊大于2m/s,其它焊接方法大于10m/s; b) 、相

20、對濕度大于90%；c) 、雨雪環境；d) 、焊件溫度低于-20。 焊接時，應在引弧板或坡口內引弧，禁止在非焊接部位引弧。焊接完成時應在引出板上收弧，弧坑應填滿。電弧擦傷處需經修磨，使其均勻過渡到母材表面，修磨的深度應不大于該部位母材厚度的5%，且不大于2mm，否則應進行補焊。焊接時，要嚴格控制試件的線能量。在焊接手工焊條電弧焊和鎢極氬弧焊時，應注意層間清理，將焊縫表面熔渣、氧化物、油脂、銹跡等清除干凈后再繼續施焊。7、 焊接工藝評定檢查1、 焊接完成對試件進行檢驗1.1 焊接試件檢驗項目：外觀檢查、無損檢測外觀檢查：焊接試件的焊縫表面不得有裂紋、未熔合、夾渣、夾鎢、氣孔、焊瘤、和未焊透，所有焊

21、縫均不得有咬邊和凹坑；焊縫背面凹坑，深度不大于20%T（T為母材厚度），且不大于2mm；試件焊縫外形尺寸見表20 表20焊接試件焊縫外形尺寸焊接方法焊縫余高焊縫余高差焊縫寬度焊道高度差平焊平焊比坡口每側增寬寬度差平焊手工焊0320.52.53/埋弧焊032242/無損檢測：焊接試件的射線檢測按照NB/T47013.2-2015承壓設備無損檢測標準進行，射線檢測技術不低于AB級，焊縫質量等級不低于級。2、 力學性能試驗和彎曲試驗2.1力學性能試驗和彎曲試驗項目和取樣數量按表20取樣表21 力學性能試驗和彎曲試驗項目和取樣數量試件母材的厚度T(mm)拉伸試驗(個)彎曲試驗(個)沖擊試驗(個)拉伸面

22、彎背彎側彎焊縫區熱影響區T=82122/3333T=1221/42331、未進行應變強化處理的拉伸試驗試樣為4個，2個常溫試驗，2個-196低溫試驗。2、試件T=12mm時，用4個橫向側彎試樣代替2個面彎和2個背彎試樣;3、試件T=8mm時，沖擊試驗尺寸為5mm10mm55mm.2.2力學性能試驗和彎曲試驗的取樣焊接試件取樣時，采用冷熱加工方法均可，但采用熱加工方法取樣時，則應去除熱影響區。圖2為焊接試樣樣坯位置及尺寸。2.3 拉伸試驗2.31取樣和加工要求：a)、未進行應變強化處理試樣：切取未進行應變強化處理拉伸試驗試樣的樣坯時應保留焊縫余高。之后將樣坯制成試樣時應以機械加工方法去除焊縫余高

23、使之與母材平齊，并滿足各種試樣對表面質量的要求，如圖4所示。b)、9%應變強化處理試樣：切取9%應變強化處理拉伸試驗試樣時先須保留焊縫余高，之后再將試樣樣坯逐件在拉伸試驗機上，通過原始標定作9%拉伸應變。卸載后靜默15min完成其應變強化過程。之后再將拉伸試樣樣坯以機械方法去除焊縫余高。并滿足各種試樣對表面質量的要求，如圖4所示。拉伸試驗試樣加工完成后，對未進行應變強化處理的試樣和9%應變強化處理的試樣分別打上永久性標志，以示區分。2.3.2 試驗方法：未進行應變強化試樣的拉伸試驗分為常溫拉伸和-196低溫拉伸，按照GB/T228規定的試驗方法分別測定焊接接頭的抗拉強度，0.2%屈服強度，1.

24、0%屈服強度，并計算斷后伸長率。應變強化后拉伸試驗只進行常溫拉伸，按照GB/T228規定的試驗方法測定焊接接頭的抗拉強度，0.2%屈服強度，1.0%屈服強度，并計算斷后伸長率。2.3.3 合格指標：每個試樣的抗拉強度應不低于Q/CZR4207-2014標準規定的母材抗拉強度最低值。2.4 彎曲試驗2.4.1 取樣和加工要求： a)、未進行應變強化處理試樣：試樣的焊縫余高采用機械方法去除，面彎、 背彎試樣的拉伸表面應加工齊平，試樣表面不得有劃痕和損傷，并滿足 各種表面要求。 b)、9%應變強化處理試樣：切取9%應變強化處理彎曲試驗試樣時先須保 留焊縫余高，之后再將試樣樣坯逐件在拉伸試驗機上，通過原始標定作 9%拉伸應變。卸載后靜默15min完成其應變強化過程。之后再將彎曲 試樣樣坯再以機械方法去除焊縫余高。并滿足各種表面要求。圖5為面彎、背彎樣坯圖；圖6為面彎、背彎二次加工后尺寸圖。當試件厚度T=12mm時，彎曲試驗為側彎試驗，圖7為橫向側彎試樣樣坯圖，圖8為橫向側彎試樣二次加工后尺寸圖。2.4.2 試驗方法：彎曲試驗按GB/T2653的試驗方法測定焊接接頭的完好性和塑性。2.4.3 合格指標：a)彎曲角度180，無裂紋；b)彎曲角度小于180出現裂紋時，單條裂紋長度不得大于3mm，同時應滿足以下條件，當彎曲角度大于等于90時，伸長率應