鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目的優(yōu)化和整合1

1、鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目的優(yōu)化和整合朱海鷹 辛忠智（中國(guó)化工裝備協(xié)會(huì) 100011）廖洋 楊鵬 辛忠仁（四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 610061）摘 要：本文根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程和JB4708-2000標(biāo)準(zhǔn)，提出對(duì)現(xiàn)有和新做的鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化和整合，減少焊接工藝評(píng)定的數(shù)量，以及避免出現(xiàn)焊接工藝評(píng)定不能覆蓋產(chǎn)品的情況等。關(guān)鍵詞：鋼制壓力容器 焊接工藝評(píng)定 優(yōu)化 整合經(jīng)過二十余年的努力和積累，國(guó)內(nèi)壓力容器制造企業(yè)對(duì)焊接工藝評(píng)定重要性的認(rèn)識(shí)不斷深入，焊接工藝評(píng)定工作也取得大的進(jìn)展。目前，企業(yè)做了上百個(gè)甚至幾百個(gè)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目的并不少見。但是由于對(duì)JB4708-2000標(biāo)準(zhǔn)

2、認(rèn)識(shí)和理解的偏差，也出現(xiàn)一些不可忽視的問題，如焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目的選擇無序，無計(jì)劃，隨意性大，以致焊接工藝評(píng)定覆蓋范圍重疊，評(píng)定項(xiàng)目相互重復(fù)；甚至有的企業(yè)所做評(píng)定項(xiàng)目數(shù)量雖不少，但卻不能覆蓋現(xiàn)有的壓力容器產(chǎn)品。因而急需對(duì)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化和整合。在確定焊接工藝因素時(shí)，盡量擴(kuò)大焊接工藝評(píng)定覆蓋范圍，避免和減少覆蓋范圍的重疊，減少焊接工藝評(píng)定數(shù)量，保證焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目能覆蓋全部壓力容器產(chǎn)品。根據(jù)固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程和JB4708-2000標(biāo)準(zhǔn)，按照鋼制壓力容器用材種類（碳鋼和低合金鋼、鉻鎳奧氏體不銹鋼）、焊接方法（焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊）、焊后熱處理類別，對(duì)各種鋼制壓力容

3、器的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目進(jìn)行分析和探討。1、碳鋼和低合金鋼制壓力容器1.1 不進(jìn)行焊后熱處理（As Weld）對(duì)于母材為標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值小于或等于540MPa及-2組以外的鋼材，為了充分利用焊接工藝評(píng)定的覆蓋范圍，減小焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目共同疊加的覆蓋范圍，達(dá)到減少焊接工藝評(píng)定數(shù)量的目的，在擬定焊接工藝指導(dǎo)書時(shí)，選擇焊接工藝評(píng)定試件的厚度分別為6mm、16mm、38mm。評(píng)定合格后，則它們的焊件母材厚度覆蓋范圍分別為1.512mm、1232mm、28.5200mm。這樣，選擇的三個(gè)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目則可不間斷地覆蓋1.5200mm的所有板厚，見表1。表1 序號(hào)焊接方法焊后熱處理類 別試件母材厚度mm焊

4、件母材厚度覆蓋范圍mm1SMAW（或SAW、GTAW）AW61.5-1221612-3233828.5-200注：AWAS WELD，即焊態(tài)，不進(jìn)行焊后熱處理。從表1可以看出，對(duì)于焊條電弧焊、埋弧焊和鎢極氣體保護(hù)焊，每種焊接方法各有三個(gè)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目。對(duì)于中厚板和厚板，如厚度16mm和38mm的試件，可以采用二種焊接方法（鎢極氣體保護(hù)焊和焊條電弧焊）或三種焊接方法（鎢極氣體保護(hù)焊、焊條電弧焊和埋弧焊）的組合評(píng)定代替分別評(píng)定，這樣一個(gè)工藝評(píng)定可以代替二個(gè)或三個(gè)評(píng)定，達(dá)到減少焊接工藝評(píng)定數(shù)量的目的。對(duì)于母材為-2組和標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值大于540MPa的強(qiáng)度型低合金鋼，擬定焊接工藝指導(dǎo)書時(shí)，選擇焊

5、接工藝評(píng)定的試件厚度分別為6mm、16mm、32mm、64mm、128mm，評(píng)定合格后，則它們的焊件母材厚度覆蓋范圍分別為1.512mm、1224mm、2448mm、4896mm、96192mm，這樣，選擇的五個(gè)焊接工藝評(píng)定就可不間斷地覆蓋從1.5192mm的所有板厚，而且沒有發(fā)生覆蓋范圍的重疊，見表2。表2 序號(hào)焊接方法焊后熱處理PWHT試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1SMAW（或SAW、GTAW）AW61.5-1221612-2433224-4846448-96512896-1921.2 高于上轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行焊后熱處理（Normalizing）這主要針對(duì)熱沖壓成形的碳鋼和低合金鋼凸

6、形封頭的拼接焊接接頭的焊接工藝評(píng)定。對(duì)于熱沖壓成形的碳鋼和低合金鋼制凸形封頭，應(yīng)充分考慮封頭拼接焊接接頭熱沖壓的熱過程，如果認(rèn)為熱沖壓的熱加工過程不屬于焊后熱處理，這樣的理解是不正確的。對(duì)于碳鋼和低合金鋼制凸形封頭，熱沖壓過程的加熱溫度已達(dá)到或超過910（鐵碳平衡圖上的臨界點(diǎn)A3），因而封頭的熱沖壓過程類似于正火熱處理過程（Normalizing），直接影響到封頭拼接焊接接頭的力學(xué)性能和彎曲性能，對(duì)于封頭拼接焊接接頭實(shí)際上也就是一次焊后熱處理過程。由于熱沖壓加熱溫度超過了碳鋼和低合金鋼的上轉(zhuǎn)變溫度，因而適用于焊件的最大厚度為試件厚度的1.1倍，按JB4708-2000的表8；而適用于焊件的最小

7、厚度按JB4708-2000中表5或表3（IV-2組和 b>540MPa強(qiáng)度型低合金鋼）。對(duì)于大多數(shù)壓力容器制造企業(yè)所需焊接工藝評(píng)定的項(xiàng)目推薦見表3。表3 序號(hào)焊接方法焊后熱處理PWHT試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1SMAWN385-41.82SAWN385-41.8從表3可以看出，在重要因素和補(bǔ)加因素不變的條件下，厚板評(píng)定合格的焊接工藝，其母材厚度覆蓋范圍將包容了較薄板。因此，此種情況下，應(yīng)做較厚板的焊接工藝評(píng)定。充分利用焊接工藝評(píng)定的覆蓋范圍，減少工藝評(píng)定次數(shù)。1.3 先高于上轉(zhuǎn)變溫度，繼之在低于下轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行焊后熱處理（Normalizing + Stress Reli

8、ef）這主要針對(duì)熱沖壓成形的碳鋼和低合金鋼凸形封頭的拼接焊接接頭的焊接工藝評(píng)定。對(duì)于焊后需整體熱處理消除應(yīng)力的壓力容器（如液化石油氣儲(chǔ)罐、液氯儲(chǔ)槽等），其熱沖壓成形的封頭的拼接焊接接頭也就要與容器一起再進(jìn)行一次消除應(yīng)力熱處理，因而這類壓力容器在制造過程中封頭拼接焊接接頭相當(dāng)于進(jìn)行了兩次焊后熱處理，正火+消除應(yīng)力熱處理（N+SR）。所需焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目見表4。表4 序號(hào)焊接方法焊后熱處理PWHT試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1SMAWN+SR385-41.82SAWN+SR385-41.8從表4可以看出，在重要因素和補(bǔ)加因素不變的條件下，厚板評(píng)定合格的焊接工藝，其母材覆蓋范圍包含了較薄

9、板。因此，此種情況下應(yīng)做較厚板的焊接工藝評(píng)定，充分利用焊接工藝評(píng)定的覆蓋范圍，減少評(píng)定的次數(shù)。1.4 進(jìn)行低于下轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理（Stress Relief）對(duì)于需要焊后進(jìn)行消除焊接應(yīng)力熱處理（SR）的壓力容器，其焊接接頭也就要進(jìn)行消應(yīng)處理（SR），當(dāng)焊件規(guī)定進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，該類壓力容器的焊接接頭焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目，推薦見表5。表5 序號(hào)焊接方法焊后熱處理PWHT試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1SMAW（或SAW、GTAW）SR61.5-1221612-3233828.5-200JB4708-2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“試件的焊后熱處理應(yīng)與焊件在制造過程中的熱處理基本相同，加熱溫度范圍不得

10、超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)文件規(guī)定”?！暗陀谙罗D(zhuǎn)變溫度進(jìn)行焊后熱處理（SR）時(shí)，試件的保溫時(shí)間不得少于焊件在制造過程中累計(jì)保溫時(shí)間的80%”。圖1 接管與殼體的角接頭組合焊縫當(dāng)試件較薄時(shí)，低于下轉(zhuǎn)變溫度焊后熱處理保溫時(shí)間相應(yīng)較短，但這類試件，尤其是小于或等于6mm的試件的工藝評(píng)定主要應(yīng)用于覆蓋壓力容器接管與殼體角接頭的組合焊縫（對(duì)接焊縫+角焊縫），見圖1。由于接管厚度較?。ㄒ话銥?.5mm）。當(dāng)容器進(jìn)行焊后整體消除應(yīng)力熱處理（SR）時(shí)，接管與殼體的組合焊縫也就要與較厚的殼體焊縫一樣經(jīng)過保溫時(shí)間較長(zhǎng)的下轉(zhuǎn)變溫度熱處理，充分考慮這些情況，擬定焊接工藝指導(dǎo)書時(shí)，就應(yīng)按較厚殼體焊件選取可能遇到的較長(zhǎng)保溫時(shí)間，

11、避免因熱處理保溫時(shí)間覆蓋不上，而另做一個(gè)保溫時(shí)間更長(zhǎng)的焊接工藝評(píng)定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，筆者推薦，對(duì)于壁厚小于或等于6mm的工藝評(píng)定試件，低于下轉(zhuǎn)變溫度焊后熱處理保溫時(shí)間至少2小時(shí)以上。當(dāng)試件較厚時(shí)，低于下轉(zhuǎn)變溫度焊后熱處理保溫時(shí)間相應(yīng)較長(zhǎng)，若有中間熱處理或焊縫多次返修，熱處理累積保溫時(shí)間還會(huì)更長(zhǎng)，充分考慮這些因素，擬定焊接工藝指導(dǎo)書時(shí)選取可能遇到的較長(zhǎng)保溫時(shí)間，就可避免因熱處理保溫時(shí)間覆蓋不上，而又要做另一個(gè)更長(zhǎng)保溫時(shí)間的焊接工藝評(píng)定。2、鉻鎳奧氏體不銹鋼制壓力容器2.1 不進(jìn)行焊后熱處理（As Weld）鉻鎳奧氏體不銹鋼制壓力容器，一般不進(jìn)行焊后熱處理，而且對(duì)于使用溫度大于或等于-196的鉻鎳奧氏體

12、不銹鋼母材可免做沖擊實(shí)驗(yàn)。但是應(yīng)考慮到用于設(shè)計(jì)溫度低于-100時(shí)的鉻鎳奧氏體不銹鋼制低溫壓力容器，按照GB150-1998的附錄C1.4條，鉻鎳奧氏體不銹鋼低溫容器，當(dāng)“設(shè)計(jì)溫度低于-100時(shí)，應(yīng)按JB4708進(jìn)行焊縫金屬的低溫夏比（V型缺口）沖擊試驗(yàn)，且符合C的要求”。這類容器如設(shè)計(jì)溫度為-196的液氧、液氮低溫絕熱容器和液化天然氣（LNG）罐式集裝箱等，其內(nèi)容器由奧氏體不銹鋼焊制而成，它們的焊接接頭的焊接工藝就需要焊縫金屬經(jīng)-196低溫夏比沖擊試驗(yàn)合格的焊接工藝評(píng)定支持。因此對(duì)于鉻鎳奧氏體不銹鋼制壓力容器，其焊接接頭的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目，則分為不要求焊縫金屬進(jìn)行沖擊試驗(yàn)（見表6）和要求焊縫金

13、屬進(jìn)行低于-100的低溫沖擊試驗(yàn)（見表7）兩種情況。表6 序號(hào)試件母材類別號(hào)P-No焊接方法焊后熱處理PWHT試件母材厚度Mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1VII(不要求焊縫金屬進(jìn)行沖擊試驗(yàn))SMAW（或SAW、GTAW）AW61.5-122385-200表7 序號(hào)試件母材類別號(hào)P-No焊接方法焊后熱處理PWHT試件母材厚度Mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1VII(要求焊縫金屬進(jìn)行低于-100低溫沖擊試驗(yàn))SMAW（或SAW、GTAW）AW61.5-1221612-3233828.5-2002.2 進(jìn)行焊后固溶熱處理（Solution Heat Treatment）這主要是針對(duì)熱沖壓成形的鉻鎳奧氏體不

14、銹鋼凸形封頭的拼接焊接接頭的焊接工藝評(píng)定。由于鉻鎳奧氏體不銹鋼在加熱過程中沒有相變發(fā)生，晶粒會(huì)漲大，而且加熱過程中有鐵素體析出，促使奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能降低。因此對(duì)有耐腐蝕性能要求的鉻鎳奧氏體不銹鋼封頭經(jīng)熱沖壓成形后，要進(jìn)行固溶熱處理（S），目的是得到單一的、均勻的奧氏體組織，保證其具有高的耐腐蝕性能。因此，對(duì)于此類封頭拼接焊接接頭的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目，則分為需要固溶熱處理的，按表8和表9選用；不需要進(jìn)行固溶熱處理的，按表6和表7選用。表8 序號(hào)試件母材類別號(hào)P-No焊接方法焊后熱處理PWHT試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1VII(不要求焊縫金屬進(jìn)行沖擊試驗(yàn))SMAW（或SAW、G

15、TAW）S61.5-122385-200表9 序號(hào)試件母材類別號(hào)P-No焊接方法焊后熱處理PWHT試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mm1VII(要求焊縫金屬進(jìn)行低于-100低溫沖擊試驗(yàn))SMAW（或SAW、GTAW）S61.5-122385-2003、鋼制壓力容器典型焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目一覽表根據(jù)固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程和GB4708-2000標(biāo)準(zhǔn)，按照常用鋼材組別、焊接方法、焊后熱處理種類，列出鋼制壓力容器典型焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目一覽表，見表10。表10 試件母材組別P-No焊接方法PWHT試件母材厚度mm焊件母材厚度覆蓋范圍mmWPQ項(xiàng)次I-ISMAWAW616381.52003N385

16、41.81SR616381.52003N+SR38541.81SAWAW143810.52002N38541.81SR143810.52002N+SR38541.81GTAWAW616381.52003SR616381.52003II-ISMAWAW616381.52003N38541.81SR616381.52003N+SR38541.81SAWAW143810.52002N38541.81SR143810.52002N+SR38541.81GTAWAW616381.52003SR616381.52003VII-I(不要求焊縫金屬進(jìn)行沖擊試驗(yàn))SMAWAW6381.52002S6381.52

17、002SAWAW3852001S3852001GTAWAW6381.52002S6381.52002VII-I(要求焊縫金屬進(jìn)行低于-100低溫沖擊試驗(yàn))SMAWAW616381.52003S6381.52002SAWAW143810.52002S3852001GTAWAW616381.52003S6381.52002綜上所述，不難看出：對(duì)于從事、組母材，采用焊條電弧焊、埋弧焊和鎢極氣體保護(hù)焊的壓力容器制造企業(yè)，按照法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，需要擁有約63個(gè)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目；從事、組母材的需要擁有約86個(gè)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目。對(duì)于上述企業(yè)如果所需封頭全部由封頭制造廠供給，則需要分別擁有約45個(gè)和58個(gè)焊接工藝評(píng)

18、定項(xiàng)目。壓力容器制造企業(yè)對(duì)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化和整合，可以避免焊接工藝評(píng)定覆蓋范圍的重疊，達(dá)到減少工藝評(píng)定數(shù)量的目的，優(yōu)化工藝評(píng)定；避免因工藝評(píng)定項(xiàng)目不當(dāng)選擇，覆蓋范圍不同，而需要多做或漏做產(chǎn)品焊接試板；避免因工藝評(píng)定項(xiàng)目選擇不當(dāng)，焊接工藝不相同，造成產(chǎn)品焊接試板以批代臺(tái)出現(xiàn)錯(cuò)誤；避免焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目數(shù)量雖多，但卻覆蓋不了產(chǎn)品等問題。Treatment and Rectity of Welding Procedure Qualification for Steel Pressure VesselsZhu Haiying Xin Zhongzhi Ying Xiao ping Liao Yang Yang Ping Xin ZhongrenAbstract: According to code of safety technical for pressure vessel and the JB4708-2000 standard, this paper raises treating and rec