壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)教程文件課件

1、壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)主講人：XXX壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)一、前言焊接技術(shù)，又稱連接工程，是一種重要的材料加工工藝，它廣泛地應(yīng)用于石油化工、電力、航天航空、海洋工程、微電子技術(shù)，橋梁、船舶、潛艇，以及各種金屬結(jié)構(gòu)等工業(yè)部門。凡是用焊縫連接的構(gòu)件都可稱為焊接結(jié)構(gòu)。壓力容器是一種焊接結(jié)構(gòu)，壓力容器設(shè)計(jì)就是焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因此壓力容器設(shè)計(jì)人員了解和掌握一些焊接基本知識(shí)，不僅有利于壓力容器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、而且也有利于壓力容器的安全運(yùn)行。今天主要介紹壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中常用焊接基本概念、焊接方法、焊接坡口、WPS、PQR、常用材料易產(chǎn)生的焊接缺陷及其設(shè)計(jì)方面的預(yù)防措施及目前壓力容器焊接新技術(shù)。二、焊接基本知識(shí)2.

2、1 焊接壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn) 概念：通過(guò)加熱或加壓或兩者并用，使被焊材料達(dá)到原子間的結(jié)合，從而形成永久性連接的工藝。 包括三方面的含義：是焊接的途徑，即加熱或加壓或二者并用；是焊接的本質(zhì)，即微觀上達(dá)到原子間的結(jié)合；是焊接的結(jié)果，即宏觀上形成永久性連接。 實(shí)現(xiàn)焊接的途徑：加壓或加熱加壓二者并用：壓力焊；加熱：熔化焊（重點(diǎn)介紹）。2.2 焊接接頭 焊接接頭：被焊材料經(jīng)焊接之后發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域； 組成：焊縫、熱影響區(qū)、熔合區(qū)； 焊縫：由熔化的被焊材料和填加材料經(jīng)凝固以后所形成的；壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn) 熱影響區(qū)：是被焊材料受焊接熱影響發(fā)生組織和性能改變的母材區(qū)域； 熔合區(qū)：是介于焊縫和熱影響區(qū)

3、之間的狹小的過(guò)渡區(qū)，由部分熔化的母材和部分未熔化的母材組成； 焊接接頭的形成過(guò)程： 焊接熱過(guò)程 固-液狀態(tài)演變過(guò)程 焊接化學(xué)冶金過(guò)程 固態(tài)相變過(guò)程2.3 焊接應(yīng)力與變形 殘余應(yīng)力：不均勻溫度場(chǎng)所造成的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極 限，局部產(chǎn)生了塑性變形。溫度恢復(fù)原始的均勻狀態(tài)后，就 產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力是溫度均勻后殘存在物體中。相 變應(yīng)力也是殘余應(yīng)力的一種。是三維的，是拉伸應(yīng)力。壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn) 焊縫與載荷平行的側(cè)面角焊縫。 焊縫與載荷傾斜的斜向角焊縫。 接頭的基本形式有四種： 對(duì)接，搭接，丁字，角接； 對(duì)接接頭是較理想的接頭形式；2.5 焊接材料的選用原則： 根據(jù)母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、

4、可焊性，并結(jié)合壓力容器 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用條件及焊接方法綜合考慮選用焊接材料。 必要時(shí)可通過(guò)試驗(yàn)確定。 總體要求應(yīng)該保證焊縫金屬的性能應(yīng)高于或等于相應(yīng)母材標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定值的下限，或滿足圖樣規(guī)定的技術(shù)條件要求。 碳素鋼、低合金鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能，且其抗拉強(qiáng) 度不應(yīng)超過(guò)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限加30MPa。壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn) 耐熱型低合金鋼焊縫金屬在保證力學(xué)性能外，還應(yīng)保證化學(xué) 成分。 高合金鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能和耐腐蝕性能。 不銹鋼復(fù)合鋼： 基層的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能。 復(fù)層的焊縫金屬應(yīng)保證耐腐蝕性能，當(dāng)有力學(xué)性能要求時(shí) 還應(yīng)保證力學(xué)性能。 復(fù)層焊縫與基層焊縫以及復(fù)層焊縫與基層鋼板的交界處

5、宜 采用過(guò)渡焊縫。 不同強(qiáng)度鋼號(hào)的碳素鋼、低合金鋼之間的異種鋼焊縫金屬應(yīng) 保證力學(xué)性能且其抗拉強(qiáng)度不應(yīng)超過(guò)強(qiáng)度較高母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 的上限值。壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn) 奧氏體不銹鋼與碳素鋼、低合金鋼之間的異種鋼焊縫金屬應(yīng) 保證抗裂性能和力學(xué)性能。宜采用鉻鎳含量較高的奧氏體不 銹鋼焊材。三、常用焊接方法及其適用的坡口形式3.1 焊條電弧焊：設(shè)備較為簡(jiǎn)單，便攜帶，不適于焊接活性材料，由于焊條長(zhǎng)度和藥皮過(guò)熱脫落的限制，降低了焊接生產(chǎn)率。3.2 埋弧焊：消除飛濺，焊縫潔凈，熔敷效率率高,僅限于平焊；3.3 等離子弧焊：電弧挺直，對(duì)弧長(zhǎng)變化不敏感，焊接速度快，缺點(diǎn)設(shè)備費(fèi)用高；3.4 CO2氣體保護(hù)焊：它具有相當(dāng)

6、高的熔敷率。缺點(diǎn)是受焊槍尺寸的限制，難于達(dá)到狹小的區(qū)域或角落，飛濺大，氧氣性大；3.5 鎢極氣體保護(hù)焊：適用于焊接薄板，焊接活性材料，其缺點(diǎn)是熔敷效率低，過(guò)大的焊接電流易造成焊縫夾鎢。壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)3.6 焊接坡口開(kāi)坡口的根本目的：是為了確保接頭的質(zhì)量及其經(jīng)濟(jì)性，坡口型式必須考慮一下問(wèn)題： 焊材的消耗量； 可焊到性； 坡口加工的難易程度； 焊接變形；四、WPS及PQR4.1 WPS：焊接工藝規(guī)程（welding procedure specification）;為驗(yàn)證性試驗(yàn)所擬定的、經(jīng)評(píng)定合格的、用于指導(dǎo)產(chǎn)品施焊的焊接工藝評(píng)定文件。 焊接工藝規(guī)程是壓力容器制造單位必須自行編制的重要工藝

7、文件。壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn) 工藝規(guī)程必須已經(jīng)過(guò)焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證其正確性和合理性。 編制焊接工藝規(guī)程的主要依據(jù)是相對(duì)應(yīng)的焊接工藝評(píng)定報(bào)告。焊接工藝評(píng)定的定義：是指為驗(yàn)證所擬定的焊件焊接工藝的正確性而進(jìn)行的試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果評(píng)價(jià)。4.2 WPQ：焊接工藝評(píng)定（welding procedure qualification）；為使焊接接頭符合標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)所擬定的焊接工藝進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)及結(jié)果評(píng)價(jià)過(guò)程。4.3 PQR：焊接工藝評(píng)定報(bào)告（procedure qualification record）；記載驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)擬定焊接工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)的報(bào)告。壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)五、常用材料易產(chǎn)生的焊接缺陷及其設(shè)計(jì)方面

8、的預(yù)防措施 珠光體耐熱鋼的焊接冷裂紋，再熱裂紋 奧氏體不銹鋼的焊接熱裂紋 復(fù)合板結(jié)構(gòu)焊接5.1 珠光體耐熱鋼的焊接 以Cr-Mo為基加入少量V W Nb Ti 的低中合金鋼，具有很好的抗氧化性和熱強(qiáng)性。 主要問(wèn)題是HAZ的硬化、冷裂紋以及再熱裂紋和回火脆化現(xiàn)象。 常用的焊接方法有手弧焊、窄間隙埋弧焊等。焊接材料US521-PF200,CMA-106N;H08Cr2.25-Mo1A+SJ602SJ603，R407B壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn) 正確選擇預(yù)熱溫度和焊后退火溫度以防止冷裂和消除近縫區(qū)硬化。 冷裂紋：是焊后冷至較低溫度產(chǎn)生的，對(duì)于低合金高強(qiáng)鋼，大約在Ms附近，由于應(yīng)力、淬硬組織和氫的共同作用產(chǎn)

9、生。主要發(fā)生在中碳鋼、高碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接接頭，特別易于出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)。 冷裂紋有三種：延遲裂紋：不在焊后立即出現(xiàn)，有一定的孕育期、具有延遲現(xiàn)象。主要決定于鋼種的淬硬、傾向、接頭應(yīng)力狀態(tài)、熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量。淬硬脆化裂紋：一些淬硬傾向很大的鋼種，即沒(méi)有氫的誘發(fā)，僅在拘束應(yīng)力的作用下也能開(kāi)裂。完全由冷卻時(shí)M相變產(chǎn)生脆性造成，沒(méi)有延遲現(xiàn)象，可在焊縫也可在熱影響區(qū)。壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)低塑性脆化裂紋：某些塑性較低的材料，焊接后冷卻至低溫時(shí)，由于收縮力而引起的應(yīng)變超過(guò)了材質(zhì)本身所具有的塑性的儲(chǔ)備或材質(zhì)變脆而產(chǎn)生裂紋。鑄鐵補(bǔ)焊、硬質(zhì)合金堆焊、高Cr合金的焊接。無(wú)延遲現(xiàn)象。加氫設(shè)備設(shè)計(jì)制造中避免

10、延遲裂紋應(yīng)注意的焊接問(wèn)題。 機(jī)理：內(nèi)部缺陷提供了潛在裂源，在應(yīng)力的作用下缺陷的前沿形成了三向應(yīng)力區(qū)，氫向該區(qū)擴(kuò)散并積聚，達(dá)到一定濃度時(shí)，產(chǎn)生較大應(yīng)力阻礙位錯(cuò)移動(dòng)，所以變脆形成裂紋； 低合金高強(qiáng)鋼易產(chǎn)生： 防止措施：（1）冶金措施1）改進(jìn)母材的化學(xué)成分2）嚴(yán)格控制氫的來(lái)源壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)3）適當(dāng)提高焊縫韌性4）選用低氫焊材和焊接方法（2）工藝措施1）適當(dāng)預(yù)熱2）嚴(yán)格控制焊接熱輸入3）焊后低溫?zé)崽幚?）采用多層焊5）合理安排焊縫及焊接次序主體焊縫的焊接 縱縫的焊接（錯(cuò)邊） 環(huán)縫的焊接（錯(cuò)邊，環(huán)縫的位置） 封頭拼版的焊接（成型方法，拼縫的位置，后熱的性能）壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn) 主體焊縫可能是多種

11、焊接方法焊接（反應(yīng)器的兩個(gè)封頭焊縫，裙座焊縫） 三熱：預(yù)熱、后熱、最終熱 階冷試驗(yàn) 不同部位用不同焊接方法進(jìn)行耐熱層堆焊 充氫試驗(yàn)裝置5.2 奧氏體不銹鋼的焊接熱裂紋 熱裂紋是在較高溫度下產(chǎn)生的； 熱裂紋有三種結(jié)晶裂紋：焊縫結(jié)晶過(guò)程中，在固相線附近，由于凝固金屬的收縮，殘余液體金屬不足而不能及時(shí)填充，在拉應(yīng)力作用下發(fā)生沿晶開(kāi)裂。斷面有氧化色，含雜質(zhì)較多的合金和單相A、鎳基合金、鋁合金。壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)高溫液化裂紋：在熔合線附近的熱影響區(qū)或多層焊的層間部位，在焊接熱循環(huán)峰值溫度的作用下，低熔共晶被重新熔化，在拉應(yīng)力的作用下沿A晶界發(fā)生開(kāi)裂。主要發(fā)生在含有CrNi的高強(qiáng)鋼、A鋼、Ni基合金的熱

12、影響區(qū)或多層焊的層間。SPSiC偏高時(shí)，裂紋傾向高。多邊化裂紋：焊接時(shí)，當(dāng)焊縫或熔合區(qū)溫度處于固相線稍下的高溫區(qū)間時(shí)，剛凝固的金屬存在很多缺陷，在一定的溫度和應(yīng)力作用下，這些晶格缺陷發(fā)生遷移和聚集，形成了二次邊界多邊化邊界，輕微的拉伸應(yīng)力就會(huì)沿多邊化的邊界開(kāi)裂。主要發(fā)生在純金屬或單相A合金的焊縫或熱影響區(qū)。 應(yīng)力腐蝕裂紋 ：金屬在某種特定的腐蝕介質(zhì)與相應(yīng)的水平的拉伸應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的裂紋。 應(yīng)力腐蝕裂紋的防止措施：采用雙相不銹鋼代替奧氏體不銹鋼；壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)控制焊接殘余應(yīng)力的生產(chǎn)，可以防止應(yīng)力腐蝕裂紋。5.3 復(fù)合板結(jié)構(gòu)焊接的設(shè)計(jì) 保證錯(cuò)邊量1.5mm 先焊基板一側(cè) 接近復(fù)層的過(guò)渡

13、部分選用過(guò)渡層焊材 過(guò)渡層焊后熱處理 最后焊不銹鋼層 基層焊后RT、堆焊層PT6 目前壓力容器焊接新技術(shù) 雙相不銹鋼的焊接雙相組織比例 鎳基合金的焊接熱裂紋 鈦合金的焊接焊接保護(hù) 換熱器管與管板焊接結(jié)構(gòu)的新型設(shè)計(jì)壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)6.1 鈦材復(fù)合板結(jié)構(gòu)焊接的設(shè)計(jì) 鈦密度?。?.5g/cm3 ），在海水及大多數(shù)酸、堿、鹽介質(zhì)中具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，良好的低溫沖擊性能；我國(guó)鈦資源豐富，得以廣泛應(yīng)用； 鈦和任何金屬液態(tài)不能互溶，因此不能實(shí)現(xiàn)熔化焊； 鈦從250開(kāi)始吸收氫，從400開(kāi)始吸收氧，從600開(kāi)始吸收氮，所以焊接時(shí)，不僅要保護(hù)熔池，還要保護(hù)高溫固態(tài)金屬及背保護(hù)；每條焊縫應(yīng)設(shè)計(jì)檢查孔；壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)壓力容器焊接技術(shù)培訓(xùn)6.2 雙相不銹鋼的焊接雙相組織比例點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)條件 焊接規(guī)范：I=60A U=14V V=90mm