钢制压力容器焊接工艺评定.ppt

钢制压力容器焊接工艺评定JB4708-2000讲义主讲人：石学军前言 焊接工艺评定是保证产品焊接质量的重要措施，世界各国均制订了有关于焊接工艺评定的规范和标准，规定了焊接工艺评定的内容和方法。如：欧洲的EN288，电力的SD340-89 机械工业、石油和化学工业的JB4708-2000 美国ASME标准第九卷焊接及钎接评定 通过焊接工艺评定，可以验证施焊单位拟订的焊接工艺的正确性，并评定施焊单位的生产加工能力。同时，焊接工艺评定为制订正式的焊接工艺规程和焊接工艺指导书提供了可靠的依据，这对于制订合理的焊接工艺，确保锅炉、压力容器生产的焊接质量有着重要的意义。焊接工艺评定的定义 在钢制压力容器焊接工艺评定（JB4708-2000）中，焊接工艺评定的定义是：为验证所拟订的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。所谓焊接工艺的正确性是指按拟定的焊接工艺生产的焊接接头是否能满足产品使用性能的要求。而影响锅炉压力容器使用性能的因素很多，如：强度、高温性能、耐腐蚀性等，但是材料的力学性能是影响其性能的最基本因素。通过工艺评定的各项试验，对其力学性能进行评估，以确定是否能满足要求。按照对焊接接头力学性能的影响，将焊接工艺因素分为重要因素、补加因素和次要因素。重要因素 重要因素是指影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能的焊接工艺因素。焊条电弧焊的重要因素有焊条牌号和预热温度等。预热温度比已评定的合格值降低50以上。埋弧焊的重要因素有药芯焊丝牌号（只考虑类别代号后两位数字）。焊丝钢号、焊剂牌号、混合焊剂的混合比例、添加或取消附加的填充金属和预热温度等。预热温度比己评定的合格值降低50以上。补加因素 补加因素是指影响焊接接头冲击韧度的焊接工艺因素。当规定进行冲击试验时，需要增加补加因素。焊条电弧焊的补加因素是用非低氢型药皮焊条代替低氢型药皮焊条；焊条的直径改为大于6mm；将评定合格的焊接位置改为向上立焊；最高层间温度比经评定的记录值高50以上；电流种类或极性；增加线能量或单位长度焊道的熔敷金属体积超过已评定的合格值。埋弧焊的补加因素有最高层间温度，它比经评定的记录值高50以上；电流种类或极性；增加线能量或单位长度焊道的熔敷金属体积超过已评定的合格值；由每面多道焊改为每面单道焊；单丝焊改为多丝焊，或反之。次要因素 次要因素是指对要求测定的力学性能无明显影响的焊接因素。一般来说，当变更次要因素时不需要重新评定焊接工艺，但需要重新编制焊接工艺指导书。焊接工艺评定的前提条件规程、标准要求在施焊该项产品前做焊接工艺评定。规程规定以下焊缝需做工艺评定 1）受压元件焊缝；2）与受压元件相焊的焊缝；3）熔入永久焊缝内的定位焊缝；4）受压元件母材表面堆焊、补焊；5）上述焊缝的返修焊缝。产品设计对生产有要求时，应做焊接工艺评定。产品在设计时对一些焊缝在生产，安装前就要求生产单位或安装单位进行焊接工艺评定，以确定企业的施焊能力和是否有能力制定合格的焊接工艺来保证产品要求焊接接头的使用性能。原有焊接工艺评定不能覆盖产品生产范围时，应做焊接工艺评定。基于焊接工艺评定主要是验证焊接接头的力学性能，所以在工艺评定规程中，都将母材化学成分、力学性能和焊接性进行分类分组，以减少评定数量。焊接工艺评定的程序和步骤 焊接工艺评定是根据拟定的焊接工艺指导书焊接试件，通过各种检验和试验，确定在这种工艺下焊接的焊接接头是否具备要求的使用性能的过程。具体的程序为：拟订焊接工艺指导书 焊接试件 检验并出具焊接工艺评定报告 编制焊接工艺规程和焊接工艺卡 拟定焊接工艺指导书 在编制焊接工艺指导书以前，焊接技术人员应根据产品制造或安装图样和有关的技术要求，对要求按评定合格工艺施焊的所有焊缝按照钢材类别组别进行分类汇总，再结合本企业原来已有的焊接工艺评定项目，然后根据焊接工艺评定规程，本着既不重复又不遗漏的原则，确定尚未评定的以及变更条件和要素后需要重新评定的项目，给出焊接工艺评定清单，并提出本产品的具体评定要求（如果有）。根据焊接工艺评定清单，焊接技术人员根据实践经验和相关技术数据以及企业具体的生产条件编制每一项的焊接工艺指导书，如需要可以在编制以前进行焊接性试验，确定材料的焊接性，为拟订焊接工艺指导书提供依据。焊接工艺指导书内容 单位名称。焊接工艺指导书编号和拟定日期。焊接工艺评定报告编号。焊接方法和自动化程度。接接头的坡口形式以及衬垫的材料和规格。用简图表示的接头形式，坡口形式与尺寸，焊层、焊道布置及顺序。母材的钢号与类别号和组别号。母材、熔敷金属的厚度范围。焊材的类别（指焊条，焊丝、焊剂等）；焊材的标准号；焊条、焊丝的直径；焊材的型号和牌号（或填写耐蚀堆焊金属的化学成分）。焊接工艺指导书内容焊接位置和焊接方向。焊后热处理温度范围和保温时间。预热温度（允许最低值）；层间温度（允许最高值）。保护气体种类、混合比、流量（如果有）。每层焊缝的焊接方法；填充材料的牌号、直径；电流极性、电流值、电压值；焊接速度；线能量。钨极类型及直径；喷嘴直径；熔滴过渡形式；焊丝送进速度。技术措施。摆动焊或不摆动焊；焊前清理和层间清理；背面清根方法；单道焊或多道焊；单丝焊或多丝焊等；导电嘴至工件的距离；有无锤击等。编制、审核、批准人员签字。焊接试件 1）焊接应在主管焊接工程师的主持下进行，以便及时处理在焊接过程中出现的一些意外情况。2）应选用操作技能水平较高的焊工焊接，把人为的因素减小。焊接工艺评定是验证预先制订的工艺焊接接头能否满足使用性能的要求，而不是考核焊工的操作技能。选择水平较高的焊工，可以有效地避免把焊工技能水平因素与工艺因素相混淆，从而导致不必要的修订工艺而重新评定。3）施焊前检查钢材、焊材的材质证明或复验单，以确保评定的有效性。4）检查焊条的烘干记录与烘干质量。5）确保所用焊接设备、控制装置处于完好状态。6）按工艺指导书要求清理试件，组对焊口，调整好工艺规范。7）严格按工艺指导书的要求施焊，做好评定原始数据的记录。检验及检验报告 在焊接完毕后，进行检验和试验，检验项目有：外观检查、无损检测、力学性能和弯曲性能试验；角焊缝试件的检验项目有外观检查和金相检查（宏观）。检验步骤：1）首先进行外观检查，然后按JB4730进行无损检测，要求试件不得有裂纹。2）按要求制备拉伸试样、弯曲试样和冲击试样（当规定时），取样时注意避开缺陷位置。3）按标准进行拉伸试验、弯曲试验和冲击试验，确认各项性能是否合格。检验要求：拉伸试验：试样母材为同种钢号时，每个试样的抗拉强度应不低于母材钢号标准规定的下限值。试样母材为两种钢号时，每个试样的抗拉强度应不低于两种母材钢号标准规定值下限的较低值。同一厚度方向上的两片或多片试样拉伸试验结果的平均值应符合上述要求，且单片试样如果断在焊缝或熔合线以外的母材上，其最低值不得低于母材钢号标准规定值下限的95（碳素钢）或97（低合金钢或高合金钢）。弯曲试验：试样弯曲到规定的角度后（180”），其拉伸面上沿任何方向不得有单条长度大于3mm的裂纹或缺陷，试样的棱角开裂一般不计，但由夹渣或其他焊接缺陷引起的棱角开裂长度则应计入；若采用两片或多片试样时，每片试样都应符合上述要求。冲击试验：每个区3个试样为一组的常温冲击吸收功平均值应符合图样或相关技术文件的规定，且不得小于27J，至多允许有1个试样的冲击吸收功低于规定值，但不低于规定值的70。焊接工艺评定报告 焊接工艺评定报告中的内容除包括工艺指导书中的内容外（应注意：报告中所填写的内容均为实际焊接试件时的实测值，而工艺指导书中为预先拟订值。两者可能相同，也可能存在差异），还应包括以下内容：拉伸试验记录。包括试验报告编号、试样编号、试样尺寸、断裂载荷、抗拉强度以及断裂部位和特征、试验值。弯曲试验记录。包括试样编号、试样类型（面弯、背弯或侧弯）、试样厚度、弯心直径、弯曲角度和试验结果。冲击试验记录（如果要求）。包括试样编号、试样尺寸、缺口类型、缺口位置、试验温度、冲击吸收功。金相检验（角焊缝），包括根部是否焊透，焊缝有无未熔合，焊缝、热影响区有无裂纹以及检验截面焊脚差。无损检验记录。包括无损检验报告编号以及评定试件无损检验后有无裂纹。金属化学成分（耐蚀堆焊）。结论部分。包括所做工艺评定依据的标准，最后的结论是否合格。焊工姓名、焊工代号和施焊时间。编制、审核、批准签字。焊接工艺评定报告 根据上述内容，形成一份完整的焊接工艺评定报告，如果所要求的各项性能均符合要求，则该项工艺评定合格，如有一项内容，或一个试样不合格，则判定评定为不合格。那么，焊接技术人员应修订工艺或重新拟定丁艺，重新进行该项目的焊接工艺评定，直至获得一份合格的焊接工艺评定报告，也即合格的焊接工艺。焊接工艺卡 焊接工艺评定合格后，焊接技术人员可以根据评定结果，具体地编制焊接工艺规程和焊接工艺卡。要说明的是，只要在规程允许的替代范围内，可以根据一份工艺评定编制多份焊接工艺卡（用于生产的焊接工艺指导书），也可以根据多项焊接工艺评定编制一份焊接工艺指导书。钢制压力容器焊接工艺评定 JB4708-2000Welding procedeure qualification for steel pressure vessels 1、范围 本标准规定了钢制压力容器焊接工艺评定规则、试验方法和合格指标。本标准适用于钢制压力容器的气焊，焊条电弧焊，埋弧焊，熔化极气体保护焊，钨极气体保护焊、电渣焊、耐蚀堆焊等的焊接工艺评定。2引用标准 GB 150-1998钢制压力容器 GB/T 228-1987金属拉伸试验方法 GB/T 229-1994金属夏比缺口冲击试验方法 GB/T 232-1988金属弯曲试验方法 GB 713-1997锅炉用钢板 GB/T912-1989碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带 GB 3087-1982低中压锅炉用无缝钢管 GB/T3 3274-1988碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带 GB/T 3280-1992不锈钢冷轧钢板 GH 3531-1996低温压力容器用低合金钢钢板（含第一号修改单）GB/T 4237-1992不锈钢热轧钢板 GB5310-1995高压锅炉用无缝钢管 GB6479-1986化肥设备用高压无缝钢管 GB 6654-1996压力容器用钢板（含第一、二号修改单）GBT8 8163-1987输送流体用无缝钢管 GB 9948-1988石油裂化用无缝钢管 GB13296-1991锅炉热交换器用不锈钢无缝钢管 GB/T l4976-1994流体输送用不锈钢无缝钢管 JB 4726-2000压力容器用碳素钢和低合金钢锻件 JB 4727一2000低温压力容器用低合金钢锻件 JB 4728-2000压力容器用不锈钢锻件JB 4730-1994压力容器无损检测3、术语3.1焊接工艺评定weldingprocedure qualification 为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。3.2焊接工艺指导书welding procedure specification 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。3.3焊接工艺评定报告procedure qualification record 按规定格式记载验证性试验结果，对拟定焊接工艺的正确性进行评价的记录报告。4、总则焊接工艺评定应以可靠的钢材焊接性能为依据，并在产品焊接之前完成。焊接工艺评定一般过程是：拟定焊接工艺指导书。施焊试件和制取试样、检验试件和试样。测定焊接接头是否具有所要求的使用性能。提出焊接工艺评定报告对拟定的焊接工艺指导书进行评定。焊接工艺评定验证施焊单位拟定的焊接工艺的正确性，并评定施焊单位能力。对于截面全焊透的T形接头和角接接头，当无法检测内部缺陷，而制造单位又没有足够的能力确保焊透时，还应增加制作型式试验件进行焊接工艺评定，经解剖试验确认方能允许施焊产品。焊接工艺评定所用设备、仪表应处于正常工作状态，钢材、焊接材料必须符合相应标准，由本单位技能熟练的焊接人员使用本单位焊接设备焊接试件。5、对接焊缝、角焊缝焊接工艺评定规则 评定对接焊缝焊接工艺时，采用对接焊缝试件。对接焊缝试件评定合格的焊接工艺亦适用于角焊缝。评定非受压角焊缝焊接工艺时，可仅采用角焊缝试件。试件形式示意如图1。板材对接焊缝试件评定合格的焊接工艺适用于管材的对接焊缝，反之亦可。管与板角焊缝试件评定合格的焊接工艺适用于板材的角焊缝，反之亦可。焊接工艺因素焊接工艺因素分为重要因素、补加因素和次要因素。重要因素是指影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能的焊接工艺因素。补加因素是指影响焊接接头冲击韧性的焊接工艺因素。当规定进行冲击试验时，需增加补加因素。次要因素是指对要求测定的力学性能无明显影响的焊接工艺因素改变焊接方法，需重新评定。a)当变更任何一个重要因素时都需要重新评定焊接工艺。b)当增加或变更任何一个补加因素时，则可按增加或变更的补加因素增焊冲击韧性试件进行试验。c)当变更次要因素时不需要重新评定焊接工艺，但需重新编制焊接工艺指导书。同一条焊缝使用两种或两种以上焊接方法，可按每种焊接方法或焊接工艺分别进行评定；亦可使用两种或两种以上焊接方法、焊接工艺焊接试件，进行组合评定。母材本标准根据母材的化学成分。力学性能和焊接性能对母材进行分类分组。a)当重要因素、补加因素不变时，某一钢号母材评定合格的焊接工艺可以用于同组别号的其它钢号母材。b)组别号为-2 母材的评定适用于组别号为一1的母材。c)在同类别号中，高组别号母材的评定适用于该组别号母材与低组别号母材所组成的焊接接头。d)除b)、c）规定情况外，母材组别号改变时，需重新评定。当不同类别号的母材组成焊接接头时，即使母材各自都已评定合格，其焊接接头仍需重新评定。但类别号为（或组别号为-1，-2）的同钢号母材的评定适用于该类别号（或该组别号）母材与类别号为I的母材所组成的焊接接头。未列入表2的钢号评定规则 a)已列入国家标准、行业标准的钢号，根据其化学成分、力学性能和焊接性能确定归入相应的类别、组别中，或另分类别、组别；未列入国家标准、行业标准的钢号，应分别进行焊接工艺评定。b)国外钢材首次使用时应按每个钢号（按该国标准规定命名）进行焊接工艺评定。，当已掌握该钢号焊接性能，且其化学成分、力学性能与表2 中某钢号相当，且某钢号已进行过焊接工艺评定时，该进口钢材可免做焊接工艺评定。改变焊后热处理类别，需重新评定焊接工艺。试件厚度与焊件厚度 评定合格的对接焊缝试件的焊接工艺适用于焊件厚度有效范围：若试件母材为一2组和标准抗拉强度下限值大于540 MPa的强度型低合金钢按表3、表4规定；除此之外，按表5、表6规定。对于焊条电弧焊，埋弧焊、钨极气体保护焊，熔化极气体保护焊，当焊件规定进行冲击试验时，试件评定合格后当T8mm时适用于焊件母材厚度的有效范围最小值一律为075T，如试件经高于上转变温度的焊后热处理或奥氏体母材焊后经固溶处理时仍按原规定执行。当焊件属于表7所列的情况时，试件评定合格后适用于焊件母材厚度的有效范闲最大值按表7规定 对接焊缝试件评定合格的焊接工艺用于角焊缝焊件时，焊件厚度的有效范围不限；角焊缝试件评定合格的焊接工艺用于非受压角焊缝焊件时，焊件厚度的有效范围不限。组合评定合格后，当作单一焊接方法（或焊接工艺）分别评定来确定适用于焊件母材的厚度有效范围。试件厚度与焊件厚度试件母材厚度T适用于焊件母材厚度的有效范围最小值最大值T1.5T2T1.5T81.52T，且不大于12T80.75T1.5T表3 试件母材厚度与焊件母材厚度6、耐蚀堆焊工艺评定规则改变堆焊方法，需重新评定。当试件基层厚度T小于25 mm时，评定合格的焊接工艺适用于焊件基层厚度大于或等于T；试件厚度T大于或等于25mm时，评定合格的焊接工艺适用于焊件基层厚度也大于或等于25 mm。7、试验要求和结果评价 对接焊缝试件尺寸：试件厚度考虑有效范围板角焊缝试件尺寸试验要求和结果评价 管材角焊缝试件尺寸（管-板或管-管）耐蚀堆焊试件尺寸 试件应不小于 150 mm*150 mm，堆焊宽度等于或大于38mm，长度应满足切取试样要求。对接焊缝试件和试样的检验 试件检验项目:外观检查、无损检测，力学性能和弯曲性能试验。外观检查和按JB 4730进行无损检测结果不得有裂纹。力学性能和弯曲性能试验项目包括拉伸试验、冲击试验（当规定时）和弯曲试验。力学性能和弯曲性能试验项目和取样数量应符合表11的规定。当试件采用两种或两种以上焊接方法（或焊接工艺）时：a)拉伸试样和弯曲试样的受拉面应包括每一种焊接方法（或焊按工艺）的焊缝金属；b)当规定做冲击试验时，对每一种焊接方法（或焊接工艺）的焊缝区和热影响区都要做冲击试验。力学性能和弯曲试验项目和数量力学性能和弯曲性能试验的取样要求：试件允许避开缺陷制取试样。试样去除焊缝余高前允许对试样进行冷校平。板材对接焊缝试件上试样取样位置见图4。管材对接焊缝试件上试样取样位置见图5。板材对接焊缝取样位置管材对接焊缝试样位置管材对接焊缝试样位置拉伸试验（GB/T228）取样和加工要求 a)试样的焊缝余高应以机械方法去除，使之与母材齐平。试样厚度应等于或接近试件母材厚度T.b)厚度小于或等于30mm的试件，采用全厚度试样进行试验。c)当试验机受能力限制不能进行全厚度的拉伸试验时，则可将试件在厚度方向上均匀分层取样，等分后制取试样厚度应接近试验机所能试验的最大厚度。等分后的两片或多片试样试验代替一个全厚 度试样的试验。试样形式 a)紧凑型板接头带肩板形试样（见图6）适用于所有厚度板材的对接焊缝试件。b)紧凑型管接头带肩板形试样型式I（见图7)适用于外径大于76mm的所有壁厚管材对接焊 缝试件。c)紧凑型管接头带肩板形试样型式（见图8）适用于外径小于或等于76mm的管材对接焊缝试件 d)管接头全截面试样（见图9)适用于外径小于或等于76mm的管材对接焊缝试件。拉伸试验合格指标试样母材力同种钢号时，每个试样的抗拉强度应不低于母材钢号标准规定值的下限值。试样母材为两种钢号时，每个试样的抗拉强度应不低于两种钢号标准规定值下限的较低值。同一厚度方向上的两片或多片试样拉伸试验结果平均值应符合上述要求，且单片试样如果断在焊缝或熔合线以外的母材上，其最低值不得低于母材钢号标准规定值下限的95（碳素钢）或97（低合金钢和高合金钢）。弯曲试验（GB/T232）试样加工要求 试样的焊缝余高应采用机械方法去除，面弯，背弯试样的拉伸表面应齐平。试样形式 a)面弯和背弯试样见图10。当试件厚度T10mm时，试样厚度S与T相等或接近；T10mm时，S10mm，从试样受压面加工去除多余厚度。b)横向侧弯试样见图11。当试件厚度T为1038 mm时，试样宽度等于试件厚度。当试件厚度T大于38mm时，允许沿试件厚度方向分层切成宽度为2038 mm等宽的两片或多片试样的试验代替一个全厚度侧弯试样的试验。合格指标 试样弯曲到规定的角度后，其拉伸面上沿任何方向不得有单条长度大于3mm的裂纹或缺陷，试样的棱角开裂一般不计，但由夹渣或其它焊接缺陷引起的棱角开裂长度应计入。若采用两片或多片试样时，每片试样都应符合上述要求。弯曲试验要求 a)弯曲试验按GB/T 232和表12规定的试验方法测定焊接接头的完好性和塑性。b)试样的焊缝中心应对准弯心轴线。侧弯试验时，若试样表面存在缺陷，则以缺陷较严重一侧作为拉伸面。c)弯曲角度应以试样承受载荷时测量为准。d)对于伸长率标准或技术文件规定值下限小于20的母材，若弯曲试验不合格而其实测值820%，则允许加大弯心直径重新进行试验，此时弯心直径等于S(200-)/2（力伸长率的规定值下限），支座间距离等于弯心直径加上（2S 3）mm。试件厚度弯心直径D，mm支座间距离，mm弯曲角度104S6S+3180104063表12 弯曲试验尺寸冲击试验(GB/T 229)试佯 a)试样取向：试样纵轴应垂直于焊缝轴线，缺口轴线垂直于母材表面。b)取样位置：在试件厚度上的取样位置见图12。焊缝区试样的缺口轴线应位于焊缝中心线上热影响区试样的缺口轴线至试样轴线与熔合线交点的距离大于零，且应尽可能多的通过热影响区。合格指标 每个区3个试样为一组的常温的冲击吸收功平均值应符合图样或相关技术文件规定，且不得小于27J，至多允许有1个试样的冲击吸收功低于规定值，但不低于规定值的70。角焊缝试件和试样的检验检验项目：外观检查、金相检验（宏观）。外观检查不得有裂纹。金相检验（宏观）板材角焊缝试样:a)试件两端各舍去20mm，然后沿试件纵向等分切取5块试样。b)每块试样取一个面进行金相检验，任意两检验面不得为同一切口的两侧面。管材角焊缝试样:a)将试件等分切取4块试样，焊缝的起始和终了位置应位于试样焊缝的中部。b)每块试样取一个面进行金相检验，任意两检验面不得为同一切口的两侧面。合格指标 a)焊缝根部应焊透，焊缝金属和热影响区不得有裂纹，未熔合。b)角焊缝两焊脚之差不宜大于3mm。耐蚀堆焊试件和试样的检验检验项目:渗透检测、弯曲试验和化学成分分析。渗透检测可采用着色法和荧光法，检验方法按JB 4730的规定，检测结果不得有裂纹。弯曲试验 a)在渗透检测合格的试件上切取4个侧弯试样，可在平行和垂直于焊接方向各切取之个，也可4个试样都垂直于焊接方向，取样位置如图13。b)试样宽度至少包括堆焊层全部、熔合线和基层 热影响区。c)当试件T25mm时，则试样宽度25mm；当试件T25mm时，则试样宽度等于 T。合格指标：弯曲试验后在试样拉伸面上的堆焊层不得有大于15mm的任一裂纹或缺陷；在熔合线上不得有大于3mm的任一裂纹或缺陷。耐蚀堆焊化学成分分析取样位置 在耐蚀堆焊试件中部堆焊层横截面上取样（见图14）。化学分析方法应符合相应标准和图样规走。合格指标按有关技术文件规定。堆焊层评定最小厚度（见图14）：a)当在焊态表面上进行分析时，则从熔合线至焊态表面的距离a 为堆焊层评定最小厚度。b)当在清除焊态表面层后的加工表面上进行分析时，则从熔合线至加工表面的距离b为堆焊层评定最小厚度。c）从侧面水平钻孔采取屑片进行分析时，则从熔合线至钻孔孔壁上沿的距离c为堆焊层评定最小厚度。