施工員焊接及熱處

1、施工員焊接及熱處理知識學(xué)習(xí)材料2006年10月1第一部分 熱處理熱處理概念：熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，保溫一定的時(shí)間，然后以預(yù)定的方式冷卻到室溫的一種熱加工工藝。焊后熱處理（PWHT）概念可由此衍生。2熱加工工藝：根據(jù)鋼在加熱和冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律制定的鋼在熱處理時(shí)的具體加熱、保溫和冷卻的工藝參數(shù)。 分為：普通熱處理（退火、正火、淬火和回火） ，表面熱處理（表面淬火和化學(xué)熱處理等），特殊熱處理（形變熱處理、磁場熱處理等）。 3 我們所用到的焊后熱處理屬于普通熱處理 -回火（GB50236-98條文說明）。 回火又分為低溫回火（150-250），中溫回火（350-500），高溫回

2、火（500-650）（施工現(xiàn)場）。 說明一點(diǎn)：焊縫屬于鑄造組織，很容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，所以消除焊接殘余應(yīng)力就是PWHT的最主要目的。4焊后熱處理（PWHT）的目的：（1）松弛焊接殘余應(yīng)力（2）穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，減少畸變（3）改善母材、焊接區(qū)的性能（4）提高抗應(yīng)力腐蝕能力（5）進(jìn)一步釋放焊縫金屬中的有害氣體，特別是氫氣，防止延遲裂紋的發(fā)生。5其中第（3）條說改善性能主要包括：提高焊縫金屬的塑性，降低熱影響區(qū)的硬度，提高斷裂韌性，改善疲勞強(qiáng)度，改善蠕變特性，恢復(fù)和提高冷成型中降低的屈服強(qiáng)度。 降低熱影響區(qū)的硬度，這也就是我們采用硬度檢測方法來檢驗(yàn)熱處理效果的理論依據(jù)。 6理論分析指出：應(yīng)力的降低

3、起因于 高溫下的蠕變。 在碳剛中，蠕變從450時(shí)開始出現(xiàn)；在含鉬的鋼中，從550時(shí)開始出現(xiàn)（值得注意這兩個(gè)溫度值都處在常規(guī)PWHT的升溫階段，也就是說PWHT的消應(yīng)力行為在升溫階段就開始了）。各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范都規(guī)定了PWHT的升溫速度就是基于此點(diǎn)考慮的，當(dāng)然降溫階段同樣進(jìn)行著消應(yīng)力行為）。 7理論分析指出；在焊件的內(nèi)應(yīng)力中，是伴隨著拉應(yīng)力與壓應(yīng)力的，應(yīng)力與彈性變形同時(shí)存在，當(dāng)鋼材的溫度升高時(shí)，蠕變其屈服強(qiáng)度下降，原有的彈性應(yīng)變會轉(zhuǎn)化成塑性應(yīng)變，從而使應(yīng)力松弛（值得注意：此處提到屈服強(qiáng)度降低了，就是說PWHT是依靠高溫下材料強(qiáng)度的降低來實(shí)現(xiàn)消除應(yīng)力的）。 8程序控制文件規(guī)定： 熱處理工藝文件由熱處理

4、責(zé)任人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣和用戶要求、現(xiàn)場實(shí)際及裝備情況進(jìn)行編制。 9熱處理工藝文件至少要包括以下內(nèi)容： 1）需熱處理的材質(zhì)及主要規(guī)格；在確定材料焊接工藝的同時(shí)得出了需要熱處理的材質(zhì)及規(guī)格，然后依據(jù)圖紙統(tǒng)計(jì)工作量。2）熱處理的種類；按照焊接工藝評定執(zhí)行。我認(rèn)為這個(gè)種類不是指我前面的分類，而是預(yù)熱、后熱、焊后熱處理（PWHT）或者是消應(yīng)力熱處理、穩(wěn)定化熱處理（后面講）。3）熱處理的方法及所用設(shè)備和溫度檢測儀表；電加熱、繩式加熱器、熱電偶。104）熱處理的加熱速度、恒溫溫度、恒溫時(shí)間和冷卻速度； 恒溫溫度可以按照工藝評定給出的數(shù)據(jù)執(zhí)行也可以按照規(guī)范要求確定，恒溫時(shí)間、升降溫速度按規(guī)范確定。 GB5023

5、6-98規(guī)定：升溫速度，當(dāng)溫度升至400以上時(shí)，加熱速率不應(yīng)大于（205*25/）/h，且不得大于330/h；恒溫時(shí)間，焊后熱處理的恒溫時(shí)間應(yīng)為每25mm壁厚恒溫1h，且不得少于15min，在恒溫期間內(nèi)最高與最低溫差應(yīng)低于65；冷卻速度，恒溫后的冷卻速率不應(yīng)大于（60*25/）/h，且不得大于260/h，400以下可自然冷卻；恒溫溫度，列了一個(gè)表。11SH3501-2002中規(guī)定：a)加熱升溫至300后，加熱速度應(yīng)按5125/h計(jì)算，且不大于220/h；b)恒溫時(shí)間應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算，且總恒溫時(shí)間均不得少于30min。在恒溫期間內(nèi)，各測點(diǎn)的溫度均應(yīng)在熱處理溫度規(guī)定的范圍內(nèi)，其差值不得大于50：1

6、）非合金鋼為每毫米壁厚2.min25vmin；2）合金鋼為每毫米壁厚3min；c)恒溫后的冷卻速度應(yīng)按6500/h計(jì)算，且不大于260/h。冷至300后可自然冷卻。125）熱電偶的安裝數(shù)量、位置及固定方法；L加熱器保溫區(qū)進(jìn)行局部熱處理時(shí)，加熱寬度L不得小于5 ，R代表管子半徑，T 代表管壁厚度，任何情況下都不得小于100MM。13熱處理時(shí)DN12焊縫應(yīng)至少安放一支測溫?zé)犭娕迹?224焊縫對稱安放2支熱電偶，24焊縫應(yīng)對稱安放4支熱電偶。熱電偶應(yīng)在檢定有效期內(nèi)。146）熱處理的安全防護(hù)；焊前預(yù)熱時(shí)，需對所有預(yù)熱用電纜接頭進(jìn)行檢查，確認(rèn)絕緣良好后方可通電加溫。施焊過程中，應(yīng)確保加熱器的所有接頭均遠(yuǎn)

7、離作業(yè)人員或用保溫棉進(jìn)行有效隔離。進(jìn)行消應(yīng)力熱處理時(shí)，應(yīng)在熱處理區(qū)周圍設(shè)置警戒標(biāo)志，以防觸電或燙傷。夜間進(jìn)行熱處理作業(yè)時(shí)，應(yīng)在保溫區(qū)上方搭設(shè)防雨棚，以防突然下雨導(dǎo)致熱處理過程中斷影響消應(yīng)力效果。熱處理時(shí)電阻絲應(yīng)盡量用新的，以防熱處理過程中燒毀。 157）熱處理的檢驗(yàn)要求GB50235-97中規(guī)定：對要求熱處理的焊縫，熱處理后應(yīng)測量焊縫及熱影響區(qū)的硬度值，其硬度值應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件規(guī)定。當(dāng)設(shè)計(jì)文件無明確規(guī)定時(shí)，碳素鋼不宜大于母材硬度值的120%；合金鋼不宜大于母材硬度值的125%。檢驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于熱處理焊口總數(shù)的10%。(GB50236-98中有相同的規(guī)定)16SH3501-2002中規(guī)定：焊接接頭

8、熱處理后，首先應(yīng)確認(rèn)熱處理自動記錄曲線，然后在焊縫及熱影響區(qū)各取一點(diǎn)測定硬度值。抽檢數(shù)量不得少于20%，且不少于一處。熱處理后焊縫的硬度值，不宜超過母材標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度值加100HB，且應(yīng)符合下列規(guī)定：a)合金總含量小于3，不大于270HB； b）合金總含量310，不大于300HB； c）合金含量大于10%，不大于350HB。17GB50236-98第11章，第11.3節(jié)，第11.3.11款，第11.3.11.1條規(guī)定：焊縫焊后熱處理應(yīng)在焊縫外觀檢查及規(guī)定的無損檢驗(yàn)合格后進(jìn)行。程序控制文件規(guī)定： 熱處理前應(yīng)對焊縫進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)項(xiàng)目至少包括：a)焊接工作以完成；b)焊縫外觀符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；c)其他要求

9、檢驗(yàn)項(xiàng)目以檢驗(yàn)合格，并取得檢驗(yàn)合格通知；d)除鉻鉬耐熱鋼以外焊縫經(jīng)無損檢驗(yàn)已合格，并已取得檢驗(yàn)合格通知單。18為了省略PWHT，以往經(jīng)常采用高鉻、鎳的奧氏體焊材，這樣的焊縫，會產(chǎn)生鉻的碳化物層和母材的脫碳現(xiàn)象。高溫下使用時(shí)，會因熱膨脹的差異（二者熱膨脹系數(shù)不同）而導(dǎo)致失效。另外，用奧氏體鋼焊材焊接低碳鋼會產(chǎn)生很高的殘余應(yīng)力。19當(dāng)熱處理已達(dá)到保溫溫度時(shí)過程中斷（斷電），應(yīng)進(jìn)行重新加熱，待再次達(dá)到保溫溫度后，前后保溫時(shí)間要累計(jì)。對于閥門等在熱處理過程中可采用圍繞閥體加銅制盤管通水的方法對閥體進(jìn)行保護(hù)，以免在熱處理過程中損壞閥門的密封裝置。 20預(yù)熱：主要目的是為了降低鋼材的淬硬程度，延緩焊縫的冷

10、卻速度，以利于氫的逸出和改善應(yīng)力條件，通常會降低熱影響區(qū)的硬度，防止產(chǎn)生淬硬組織，從而降低接頭的延遲裂紋傾向。后熱(低溫后熱150-250;消氫處理300-400)降低焊縫區(qū)的硬度，排除焊縫區(qū)內(nèi)氫等有害氣體。使焊縫區(qū)冷卻速度降低，促進(jìn)氫的逸出，避免出現(xiàn)硬度升值。需在焊縫區(qū)處在較高的溫度時(shí)進(jìn)行方才有效。 21晶間腐蝕：即奧氏體不銹鋼焊接接頭處在450850敏化溫度區(qū)間內(nèi)，焊接的快速連續(xù)加熱過程使金屬晶粒內(nèi)部過飽和固溶的碳原子會逐步向晶粒邊緣擴(kuò)散，與晶粒邊緣層的鉻原子結(jié)合而成碳化物（Gr.Fe）23C6,并沿晶界沉淀淅出。由于鉻原子的擴(kuò)散速率要比碳原子的擴(kuò)散慢的多，來不及補(bǔ)充形成碳化物所消耗的鉻，

11、于是晶粒邊緣貧鉻而喪失了耐腐蝕性能，在渣油類介質(zhì)工作的情況下，將產(chǎn)生晶間腐蝕。焊縫上的晶間腐蝕通常在多層多道焊的情況下出現(xiàn)，前一焊道金屬受到后道焊接的熱影響而處于敏化溫度的區(qū)間，出現(xiàn)貧鉻的區(qū)域，增加了在腐蝕介質(zhì)中產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性。22穩(wěn)定化熱處理的目的：使Gr23C6溶解工藝參數(shù)： 在0400范圍內(nèi)，以120/h的速度，進(jìn) 行應(yīng)力消除；在40090010范圍內(nèi)，隨 施工現(xiàn)場情況，提高升溫速度，盡量減少升溫 時(shí)間，以減少焊縫在敏化溫度區(qū)間停留的時(shí) 間；在90010溫度范圍內(nèi)，恒溫2h，并 隨管道壁厚的增加而增加，增加數(shù)量為4.7分鐘/mm；恒溫結(jié)束后，即刻進(jìn)行空氣冷卻。（海南煉化）說明：穩(wěn)定

12、化熱處理的同時(shí)也在進(jìn)行著消應(yīng)力行為。23第二部分：焊接質(zhì)量控制控制內(nèi)容及措施焊接：通過對工件加熱或加壓，或同時(shí)加熱加壓，填充或不填充焊接材料使工件達(dá)到永久性連接（原子或分子之間的結(jié)合和擴(kuò)散）的一種連接成型方法。 包括熔焊（電弧焊、氣焊、激光焊等）、壓焊（鍛焊-兵器、電阻焊、爆炸焊等）、釬焊（火焰釬焊-銅、感應(yīng)釬焊等）。我們用的是熔焊中 的電弧焊和氣焊，其中電弧焊有焊條電弧焊、手 工鎢極氬弧焊、CO2半自動氣體保護(hù)焊（長輸）。24 焊接質(zhì)量的優(yōu)劣，主要由接頭設(shè)計(jì)、材質(zhì)、焊接工藝和焊接檢驗(yàn)四個(gè)方面決定，即所謂焊接質(zhì)量控制的四要素。相互關(guān)聯(lián)，相互制約接頭設(shè)計(jì)因素的控制 主要表現(xiàn)在接頭型式和焊縫布置的

13、合理性上。焊接結(jié)構(gòu)的破壞大多起源于接頭區(qū)的裂紋，它與接頭形式的合理性有關(guān)。不合理易造成應(yīng)力集中，或使工件易變形。25在施工過程中，管對接、角接坡口都是按照焊接工藝指導(dǎo)書規(guī)定的坡口形式進(jìn)行焊接作業(yè)的，有焊接工藝評定試驗(yàn)為依據(jù)。而管支吊架的焊接往往被忽視，它是宏觀力的承受者，應(yīng)當(dāng)予以重視，嚴(yán)格按照管支吊架標(biāo)準(zhǔn)圖制作、安裝、焊接是必要的。26材質(zhì)因素控制包括母材和焊材（焊絲、條、鎢極、氣體） 母材的控制 母材對焊接質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在金屬材料的焊接性上。焊接工程師在進(jìn)行焊接工藝評定時(shí)，在制定焊接工藝評定工藝指導(dǎo)書之前，要對材料的焊接性進(jìn)行評估?？赏ㄟ^碳當(dāng)量、冷裂紋敏感指數(shù)的計(jì)算進(jìn)行間接評估。另外，最

14、可靠的評估方法是通過一系列的焊接裂紋試驗(yàn)，最高硬度試驗(yàn)對材料的焊接性進(jìn)行直接評估。（也常用）無論是直接還是間接評估，都應(yīng)該由具備一定的焊接專業(yè)知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人來完成。施工員能做到的，就是發(fā)現(xiàn)母材顯性的缺陷（層皮、褶皺、裂紋等），供應(yīng)往往漏掉，及時(shí)提出退貨。272 焊材的控制 焊材對焊接質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在焊接材料的選擇上。理論上選材要遵循一系列的要求。施工員可根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和公司已有的焊接工藝評定進(jìn)行選擇。說明一點(diǎn)，規(guī)范中都有規(guī)定，同類同組的材料的評定可相互代用。我建議，一般不要替代，有時(shí)侯代用評定的焊材不是最佳的選擇.可以把規(guī)范和評定結(jié)合起來選擇。28工藝因素的控制焊接工藝中，對焊接質(zhì)

15、量影響較大的有焊前準(zhǔn)備、焊接順序和焊接工藝參數(shù)。1 焊前準(zhǔn)備的控制 1）坡口的制備 碳鋼可采用火焰切割加工；合金鋼原則采用機(jī)械方法加工坡口，因條件所限無法采用機(jī)械加工時(shí)，也可采用等離子焰切割或火焰的方法進(jìn)行加工，坡口打磨時(shí)將切割的熱影響區(qū)打磨掉，并修整出所要求的坡口。 2） 接頭的裝配（組對） 焊口組對應(yīng)使內(nèi)壁齊，內(nèi)壁錯(cuò)邊量不超過壁厚的10%，且不大于0.5mm；29 3） 焊前清理 組對前用角向磨光機(jī)、棒式砂輪機(jī)、鋼銼等將坡口及內(nèi)外兩側(cè)不小于10mm范圍內(nèi)的母材表面清理干凈，直到露出金屬光澤。 套詞，方案都這樣寫。應(yīng)注意的是焊前清理很重要，油漆內(nèi)含有多種化學(xué)元素、化合物，一旦進(jìn)入焊接區(qū)受熱將

16、分解成多種有害氣體和合金元素，使焊縫產(chǎn)生氣孔和裂紋。2焊接順序的控制 應(yīng)盡量使焊縫處于比較自由地收縮狀態(tài)。303 焊接工藝參數(shù)的控制 包括工藝參數(shù)、預(yù)熱溫度、后熱、焊后熱處理等。1） 線能量：單位長度上的熱量，E=UI/v（電流（I）是主要因素，決定線能量的大小）。對某些低合金鋼與不銹鋼的焊接質(zhì)量影響很大。焊接低合金鋼時(shí)，線能量過大，會降低接頭的韌性和強(qiáng)度；焊接不銹鋼時(shí)，過高-晶間腐蝕。 控制線能量的方法：圍繞三個(gè)參數(shù)，主要是小電流，短弧焊（控制電弧電壓）多層多道焊、減小擺動幅度等。 2）電弧電壓（U） 過高易產(chǎn)生氣孔和未焊透等缺陷。3）焊接速度（v） 快了：成型不良、未焊透、夾渣、咬邊；慢了：燒穿。31檢驗(yàn)因素的控制控制焊接質(zhì)量的重要手段。依據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求靈活選用。提一點(diǎn)：GB50236-98中規(guī)定：設(shè)計(jì)文件規(guī)定焊縫系數(shù)為1的焊縫或規(guī)定進(jìn)行100%射線照相檢驗(yàn)或超聲波檢驗(yàn)的焊