承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目的優(yōu)化和整合

　　根據(jù)承壓設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，提出對(duì)現(xiàn)有和新編制的承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目?jī)?yōu)化和整合的方法，避免出現(xiàn)焊接工藝評(píng)定范圍覆蓋不全及覆蓋重疊等問(wèn)題，從而減少焊接工藝評(píng)定的數(shù)量。

1、概述

　　金屬材料焊接過(guò)程中受加熱和冷卻等影響，導(dǎo)致焊接部位產(chǎn)生殘余應(yīng)力或焊接缺陷。為了減少焊接對(duì)金屬件性能的影響，施焊前需進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。本文根據(jù)NB/T47014-2011標(biāo)準(zhǔn)和鍋爐及壓力容器相關(guān)的安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，對(duì)承壓設(shè)備的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目進(jìn)行了分析和優(yōu)化整合，以擴(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。

2、試件不進(jìn)行焊后熱處理

　　2.1、要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)

　　用焊條電弧焊(SMAW)、埋弧焊(SAW)、鎢極氣體保護(hù)焊(GTAW)、熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)、等離子弧焊(PAW)和氣電立焊(EGW)等焊接方法完成的試件，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)目的疊加范圍，從而達(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(shū)時(shí)，對(duì)于要求做沖擊試驗(yàn)的材料，選擇焊接工藝評(píng)定試件的厚度分別為4mm、8mm和38mm。評(píng)定合格后，焊件母材厚度和焊縫金屬厚度的覆蓋范圍見(jiàn)表1。

表1 要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的焊件母材厚度和焊縫金屬厚度的覆蓋范圍

　　從表1可以看出，試件厚度為4mm、8mm和38mm時(shí)，焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目可以適用于2～200mm厚度的所有工件，0～200mm所有焊縫金屬厚度�；�本做到了最大限度覆蓋母材厚度與焊縫金屬厚度，并且沒(méi)有覆蓋范圍重疊，從而減少了焊接工藝評(píng)定數(shù)量。

　　2.2、不要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)

　　當(dāng)材料標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)未要求對(duì)材料進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，或材料在特定溫度下可以免做沖擊試驗(yàn)。如鉻鎳奧氏體型不銹鋼制壓力容器，使用溫度大于或等于-196℃的母材可以免做沖擊試驗(yàn)(GB150-2011中規(guī)定用于設(shè)計(jì)溫度低于-100℃時(shí)，應(yīng)進(jìn)行焊縫金屬的低溫夏比V形缺口沖擊試驗(yàn))。對(duì)于不要求做沖擊試驗(yàn)的材料，推薦焊接工藝評(píng)定試件的厚度為4mm和38mm。評(píng)定合格后，焊件母材厚度和焊縫金屬厚度的覆蓋范圍見(jiàn)表2。

表2 不要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的焊件母材厚度和焊縫金屬厚度的覆蓋范圍

　　2.3、組合焊接方法

　　對(duì)于中厚板和厚板，可以采用二種焊接方法(如鎢極氣體保護(hù)焊和焊條電弧焊)或三種焊接方法(如鎢極氣體保護(hù)焊、焊條電弧焊和埋弧焊)的組合焊接工藝評(píng)定代替分別評(píng)定。每種焊接方法焊縫金屬厚度t≥20mm最優(yōu)，這樣每種焊接方法焊件母材厚度與焊件焊縫金屬厚度覆蓋上限可達(dá)到200mm(限于焊接方法為焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊、熔化極氣體保護(hù)焊)。以二種焊接方法組合焊評(píng)為例，但是要考慮每種焊接方法焊縫金屬厚度存在偏差，裕留5mm余量。推薦選擇焊接工藝評(píng)定試件的厚度為45mm，當(dāng)要求做沖擊試驗(yàn)時(shí)，評(píng)定合格后，每種焊接方法的焊件母材厚度、焊件焊縫金屬厚度的覆蓋范圍見(jiàn)表3。

表3 組合焊接方法焊件母材厚度和焊縫金屬厚度的覆蓋范圍

3、試件進(jìn)行焊后熱處理

　　3.1、低于下轉(zhuǎn)變溫度

　　對(duì)于碳鋼和低合金鋼最常用的是進(jìn)行低于下轉(zhuǎn)變溫度的熱處理(SR)，即熱處理的加熱溫度低于材料的下轉(zhuǎn)變溫度AC1，相當(dāng)于去應(yīng)力退火。主要目的是降低殘余應(yīng)力，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)尺寸。有淬硬傾向的材料，此類(lèi)熱處理還能消除焊接接頭中的淬硬組織，降低峰值硬度，改善焊接接頭的塑性和韌性。當(dāng)焊件規(guī)定進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，焊接工藝評(píng)定推薦試件厚度為4mm、8mm、38mm。評(píng)定合格后，焊件母材厚度、焊件焊縫金屬厚度的覆蓋范圍同表1。

　　3.2、溫度波動(dòng)

　　先拼板后成型的封頭或其他受壓元件，熱壓成型的加熱溫度已達(dá)到或超過(guò)910℃，類(lèi)似于正火處理(N)，會(huì)直接影響到封頭拼接接頭的力學(xué)性能。正火加回火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用的材料(如18MnMoNbR、15CrMoR等)所焊制的受壓元件，為了滿(mǎn)足使用狀態(tài)要求，通常要求正火或相當(dāng)于正火的熱成型后再進(jìn)行回火處理，即先高于上轉(zhuǎn)變溫度再低于下轉(zhuǎn)變溫度(N+SR)。按照NB/T47014-2011中規(guī)定評(píng)定合格后，適用于焊件的最大厚度為試件厚度的1.1倍(除氣焊、螺柱電弧焊、摩擦焊外)。所以做焊接工藝評(píng)定時(shí)，試件盡可能選擇最大厚度。推薦選擇焊接工藝評(píng)定試件的厚度為5mm、38mm，評(píng)定合格后，焊件母材厚度、焊件焊縫金屬厚度的覆蓋范圍見(jiàn)表4。

表4 高于上轉(zhuǎn)變溫度或波動(dòng)溫度焊件母材厚度和焊縫金屬厚度的覆蓋范圍

　　3.3、焊件固溶處理

　　為了使鉻鎳不銹鋼或鋁、鎳、鈦等合金材料中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體，并提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力，獲得適宜的晶粒度以便繼續(xù)加工或成型，通常將工件加熱到980～1250℃之間。此類(lèi)焊接接頭的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目需要進(jìn)行固溶熱處理(S)，推薦選擇焊接工藝評(píng)定試件的厚度為5mm和38mm，焊件母材厚度和焊件焊縫金屬厚度的覆蓋范圍同表4。

4、熱處理保溫時(shí)間

　　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(lèi)試件，尤其是其厚度小于或等于6mm試件的焊接工藝評(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。當(dāng)容器整體進(jìn)行焊后消應(yīng)力熱處理時(shí)，接管與殼體的組合焊縫要與較厚的殼體焊縫一樣經(jīng)過(guò)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(shū)時(shí)，應(yīng)按較厚殼體焊件選取可能遇到的較長(zhǎng)保溫時(shí)間。這類(lèi)焊接工藝評(píng)定，推薦熱處理保溫時(shí)間2h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接接頭多次返修，熱處理累計(jì)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(shū)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更長(zhǎng)保溫時(shí)間的焊接工藝評(píng)定。

5、焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目

　　推薦常用承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目見(jiàn)表5。

表5 常用承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目

6、特殊情況

　　對(duì)于NB/T47014-2011中規(guī)定的幾種特殊情況，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中并不多見(jiàn)，某一特殊情況只需按相應(yīng)規(guī)定單獨(dú)做一個(gè)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目即可。

　　(1)焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊、熔化極氣體保護(hù)焊和等離子弧焊用于打底焊，當(dāng)單獨(dú)評(píng)定時(shí)，試件母材厚度T≥13mm。

　　(2)部分焊透的對(duì)接焊縫焊件、返修焊、補(bǔ)焊，試件母材厚度T≥38mm。

　　(3)不等厚對(duì)接焊縫焊件，按照等厚的對(duì)接焊縫試件評(píng)定，試件母材厚度T≥6mm(類(lèi)別號(hào)為Fe-8、Ti-2、Ni-1～Ni-5不規(guī)定做沖擊試驗(yàn))，試件母材厚度T≥38mm(除類(lèi)別號(hào)為Fe-8、Ti-2、Ni-1～Ni-5的母材外)。

　　(4)除氣焊、螺柱電弧焊、摩擦焊外，試件經(jīng)超過(guò)上轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理(表5)。

　　(5)試件為單道焊或多道焊時(shí)，若其中任一焊道的厚度大于13mm。

　　(6)氣焊。

　　(7)短路過(guò)渡的熔化極氣體保護(hù)焊，當(dāng)試件厚度或焊縫金屬厚度小于13mm。

　　(8)對(duì)于異種鋼的焊接，當(dāng)焊縫兩側(cè)力學(xué)性能差距較大時(shí)，需要做縱向彎曲試驗(yàn)。

　　經(jīng)過(guò)分析，對(duì)于Fe-1～Fe-5A類(lèi)別母材，采用焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊或鎢極氣體保護(hù)焊的一般壓力容器制造，各類(lèi)別中每種組別約進(jìn)行≤6個(gè)焊評(píng)(其中Fe-1-2可以覆蓋Fe-1-1)。

7、結(jié)語(yǔ)

　　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，避免焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目選擇不當(dāng)、多做或漏做產(chǎn)品焊接試件，減少焊接工藝評(píng)定覆蓋范圍重疊，這樣既達(dá)到焊評(píng)覆蓋范圍連續(xù)、覆蓋范圍大，又能減少工藝評(píng)定數(shù)量的目的。