壓力容器焊接技術(shù)培訓教程文件課件

1、壓力容器焊接技術(shù)培訓主講人：XXX壓力容器焊接技術(shù)培訓一、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)，壓力容器設計就是焊接結(jié)構(gòu)的設計，因此壓力容器設計人員了解和掌握一些焊接基本知識，不僅有利于壓力容器的優(yōu)化設計、而且也有利于壓力容器的安全運行。今天主要介紹壓力容器設計過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計方面的預防措施及目前壓力容器焊接新技術(shù)。二、焊接基本知識2.

2、1 焊接壓力容器焊接技術(shù)培訓 概念：通過加熱或加壓或兩者并用，使被焊材料達到原子間的結(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 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； 焊接接頭的形成過程： 焊接熱過程 固-液狀態(tài)演變過程 焊接化學冶金過程 固態(tài)相變過程2.3 焊接應力與變形 殘余應力：不均勻溫度場所造成的內(nèi)應力達到材料的屈服極 限，局部產(chǎn)生了塑性變形。溫度恢復原始的均勻狀態(tài)后，就 產(chǎn)生的內(nèi)應力。這種內(nèi)應力是溫度均勻后殘存在物體中。相 變應力也是殘余應力的一種。是三維的，是拉伸應力。壓力容器焊接技術(shù)培訓 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： 對接，搭接，丁字，角接； 對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)母材的化學成分、力學性能、

4、可焊性，并結(jié)合壓力容器 的結(jié)構(gòu)特點、使用條件及焊接方法綜合考慮選用焊接材料。 必要時可通過試驗確定。 總體要求應該保證焊縫金屬的性能應高于或等于相應母材標 準規(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保證力學性能，且其抗拉強 度不應超過母材標準規(guī)定的上限加30MPa。壓力容器焊接技術(shù)培訓 耐熱型低合金鋼焊縫金屬在保證力學性能外，還應保證化學 成分。 高合金鋼的焊縫金屬應保證力學性能和耐腐蝕性能。 不銹鋼復合鋼： 基層的焊縫金屬應保證力學性能。 復層的焊縫金屬應保證耐腐蝕性能，當有力學性能要求時 還應保證力學性能。 復層焊縫與基層焊縫以及復層焊縫與基層鋼板的交界處

5、宜 采用過渡焊縫。 不同強度鋼號的碳素鋼、低合金鋼之間的異種鋼焊縫金屬應 保證力學性能且其抗拉強度不應超過強度較高母材標準規(guī)定 的上限值。壓力容器焊接技術(shù)培訓 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 保證抗裂性能和力學性能。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：設備較為簡單，便攜帶，不適于焊接活性材料，由于焊條長度和藥皮過熱脫落的限制，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，對弧長變化不敏感，焊接速度快，缺點設備費用高；3.4 CO2氣體保護焊：它具有相當

6、高的熔敷率。缺點是受焊槍尺寸的限制，難于達到狹小的區(qū)域或角落，飛濺大，氧氣性大；3.5 鎢極氣體保護焊：適用于焊接薄板，焊接活性材料，其缺點是熔敷效率低，過大的焊接電流易造成焊縫夾鎢。壓力容器焊接技術(shù)培訓3.6 焊接坡口開坡口的根本目的：是為了確保接頭的質(zhì)量及其經(jīng)濟性，坡口型式必須考慮一下問題： 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）;為驗證性試驗所擬定的、經(jīng)評定合格的、用于指導產(chǎn)品施焊的焊接工藝評定文件。 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 工藝規(guī)程必須已經(jīng)過焊接工藝評定驗證其正確性和合理性。 編制焊接工藝規(guī)程的主要依據(jù)是相對應的焊接工藝評定報告。焊接工藝評定的定義：是指為驗證所擬定的焊件焊接工藝的正確性而進行的試驗過程及結(jié)果評價。4.2 WPQ：焊接工藝評定（welding procedure qualification）；為使焊接接頭符合標準要求，對所擬定的焊接工藝進行驗證性試驗及結(jié)果評價過程。4.3 PQR：焊接工藝評定報告（procedure qualification record）；記載驗證性試驗結(jié)果，對擬定焊接工藝進行評價的報告。壓力容器焊接技術(shù)培訓五、常用材料易產(chǎn)生的焊接缺陷及其設計方面

8、的預防措施 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性。 主要問題是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 正確選擇預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，對于低合金高強鋼，大約在Ms附近，由于應力、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、接頭應力狀態(tài)、熔敷金屬中擴散氫含量。淬硬脆化裂紋：一些淬硬傾向很大的鋼種，即沒有氫的誘發(fā)，僅在拘束應力的作用下也能開裂。完全由冷卻時M相變產(chǎn)生脆性造成，沒有延遲現(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，由于收縮力而引起的應變超過了材質(zhì)本身所具有的塑性的儲備或材質(zhì)變脆而產(chǎn)生裂紋。鑄鐵補焊、硬質(zhì)合金堆焊、高Cr合金的焊接。無延遲現(xiàn)象。加氫設備設計制造中避免

10、延遲裂紋應注意的焊接問題。 機理：內(nèi)部缺陷提供了潛在裂源，在應力的作用下缺陷的前沿形成了三向應力區(qū)，氫向該區(qū)擴散并積聚，達到一定濃度時，產(chǎn)生較大應力阻礙位錯移動，所以變脆形成裂紋； 低合金高強鋼易產(chǎn)生： 防止措施：（1）冶金措施1）改進母材的化學成分2）嚴格控制氫的來源壓力容器焊接技術(shù)培訓3）適當提高焊縫韌性4）選用低氫焊材和焊接方法（2）工藝措施1）適當預熱2）嚴格控制焊接熱輸入3）焊后低溫熱處理4）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（錯邊） 環(huán)縫的焊接（錯邊，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 主體焊縫可能是多種

11、焊接方法焊接（反應器的兩個封頭焊縫，裙座焊縫） 三熱：預熱、后熱、最終熱 階冷試驗 不同部位用不同焊接方法進行耐熱層堆焊 充氫試驗裝置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填充，在拉應力作用下發(fā)生沿晶開裂。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，在拉應力的作用下沿A晶界發(fā)生開裂。主要發(fā)生在含有CrNi的高強鋼、A鋼、Ni基合金的熱

12、影響區(qū)或多層焊的層間。SPSiC偏高時，裂紋傾向高。多邊化裂紋：焊接時，當焊縫或熔合區(qū)溫度處于固相線稍下的高溫區(qū)間時，剛凝固的金屬存在很多缺陷，在一定的溫度和應力作用下，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，輕微的拉伸應力就會沿多邊化的邊界開裂。主要發(fā)生在純金屬或單相A合金的焊縫或熱影響區(qū)。 應力腐蝕裂紋 ：金屬在某種特定的腐蝕介質(zhì)與相應的水平的拉伸應力的共同作用下產(chǎn)生的裂紋。 應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)培訓控制焊接殘余應力的生產(chǎn)，可以防止應力腐蝕裂紋。5.3 復合板結(jié)構(gòu)焊接的設計 保證錯邊量1.5mm 先焊基板一側(cè) 接近復層的過渡

13、部分選用過渡層焊材 過渡層焊后熱處理 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 換熱器管與管板焊接結(jié)構(gòu)的新型設計壓力容器焊接技術(shù)培訓6.1 鈦材復合板結(jié)構(gòu)焊接的設計 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；我國鈦資源豐富，得以廣泛應用； 鈦和任何金屬液態(tài)不能互溶，因此不能實現(xiàn)熔化焊； 鈦從250開始吸收氫，從400開始吸收氧，從600開始吸收氮，所以焊接時，不僅要保護熔池，還要保護高溫固態(tài)金屬及背保護；每條焊縫應設計檢查孔；壓力容器焊接技術(shù)培訓壓力容器焊接技術(shù)培訓6.2 雙相不銹鋼的焊接雙相組織比例點腐蝕試驗條件 焊接規(guī)范：I=60A U=14V V=90mm