压力容器焊接知识 2

焊缝成型

焊缝成型系数是对焊缝截面形状的考核，指熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度（B）与焊缝计算厚度（H）的比值（φ=B/H）；焊缝系数是指对应焊接接头强度与母材强度之比值。用以反映由于焊接材料、焊接缺陷和焊接残余应力等因素使焊接接头强度被削弱的程度，是焊接接头力学性能的综合反映。

压力容器分类

压力容器分A、B、C、D四个级别。A级又分：超高压容器、高压容器（A1）、第三类低、中压容器（A2）、球形储罐现场组焊或球壳板制造（A3）、非金属压力容器（A4）、医用氧舱（A5）；B又分：无缝气瓶（B1）、焊接气瓶（B2）、特种气瓶（B3）；C级又分铁路罐车（C1）、汽车罐车或长管拖车（C2）、罐式集装箱（C3）；D级又分：第一类压力容器（D1）、第二类低、中压容器（D2）。

压力容器焊缝的分类

产品试板有关规定

1. 总则

本规定适用于碳素钢、低合金钢、不锈钢制Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类压力容器。

2. 凡符合以下条件之一者，A类的圆筒纵向焊接接头，应按每台容器制造产品焊接试板。

2.1 钢板厚度δs＞20mm的15MnVR；

2.2 钢板材料的标准抗拉强度下限值σb＞540MPa；

2.3 Cr-Mo低合金钢；

2.4 当设计温度小于-10℃时，钢板厚度δs＞12mm的20R；钢材厚度δs＞20mm 的16MnR；

2.5 当设计温度小于0℃，大于等于-10℃时，钢材厚度δs＞25mm的20R；钢材厚度δs＞38mm的16MnR；

2.6 制作容器的钢板凡需热处理以达到设计要求的材料力学性能指标者；

2.7 设计图样上或用户要求按台制作产品焊接试板的压力容器；

2.8 异种钢（不同组别）焊接的压力容器；

2.9 图样上注明盛装毒性为极度危害或高度危害介质的容器。

3. 除第2条之外的压力容器，如果能提供连续30台（同一台产品使用不同牌号材料的，或使用不同焊接工艺评定的，或使用不同的热处理规范的，可按两台产品对待）同牌号材料、同焊接工艺（焊接重要因素和补加重要因素不超过评定合格范围，下同）、同热处理规范的产品焊接试板测试数据（焊接试板试件和检验报告应存档备查），证明焊接质量稳定，由质保工程师批准，可以批代台制作产品焊接试板，具体规定如下：

3.1 以同钢号、同焊接工艺、同热处理规范的产品组批，连续生产（生产间断不

超过半年）每批不超过10台，从中抽一台产品制作产品焊接试板。

3.2 对设计压力不大于1.6MPa，材料为Q235系列、20R、16MnR的压力容器以同钢号的产品组批，连续生产每半年应抽一台产品制作产品焊接试板。

采用以批代台制作产品焊接试板，如有一块试板不合格，应加倍制作试板，进行复验并做金相检验；如仍不合格，此钢号应恢复逐台制作产品焊接试板，直至连续制造30台同钢号、同焊接工艺、同热处理规范的产品焊接试板测试数据合格为止。

4. 制备产品焊接试板的要求

4.1 产品焊接试板的材料、焊接和热处理工艺，应在其所代表的受压元件焊接接头的焊接工艺评定合格范围内；

4.2 当一台压力容器上不同的壳体纵向焊接接头（含封头、管箱、筒体上焊接接头）的焊接工艺评定覆盖范围不同时，应对应不同的纵向焊接接头，按相应的焊接工艺分别焊接试板；

4.3 有不同焊后热处理要求的压力容器，应分别制作产品焊接试板；

4.4 热套压力容器的内筒、外筒材料不同时，应各制作一块产品焊接试板，若材料相同以属同一厚度范围，只需制作一块；

4.5 圆筒形压力容器的纵向焊接接头的产品焊接试板，应作为筒节纵向焊接接头的延长部分（电渣焊除外），采用与施焊压力容器相同的条件和焊接工艺连续焊接。

4.6 产品焊接试板应由焊接产品的焊工焊接，并于焊接后打上焊工和检验员代号钢印。

4.7 产品焊接试板经外观检查和射线（或超声波）检测，如不合格允许返工。如不返工，可避开缺陷部位截取试样。

4.8 有热处理要求的容器，试板应随容器一起进行热处理。

4.9 试板的尺寸和试样的截取如图4.9。

图4.9

4.9.1 试板两端舍弃部分长度，手工焊不小于30mm；自动焊不小于40mm。4.9.2 试板焊缝应进行外观检查和无损检测，然后在部件截取试样。

4.9.3 试样的截取一般采用机械切割法，也可用火焰切割法，但须除去热影响区。

4.9.4 试样加工、检验合格后，打上钢印或其它永久性标记。标记打在试样的侧面。

标记内容为SQJXXXX——XX——1或2或3

产品编号试样编号

5. 产品焊接试板的检验和评定

5.1 试样的类别和数量如表5.1

表5.1

注：（1）当试板厚度δs≤30mm时，应采用全板厚单片试样；当δs＞30mm 时，根据试验条件可采用全板厚的单片试样，也可用多片试样。采用多片试样时，应将焊接接头全厚度的所有试样组成一组作为一个试样。

（2）试板厚度δs 为10~20mm 时，可用一个面弯，一个背弯，也可用两个侧弯试样代替面弯和背弯。

（3）对低温容器还应增加热影响区的冲击试验。 5.2 试样的加工、试验及合格指标。 5.2.1

注：(1)a 为试样厚度，当δs ≤30mm 时为试板厚度。hk 为焊缝宽度，实际测定。 （2）焊缝余高应采用机械方法去除，使之与母材料齐平。 （3）试样棱角应倒圆，圆角半径不得大于1mm 。 拉力试验方法及合格指标：

拉力试验按GB228-87《金属拉伸试验方法》的有关规定进行。拉伸试样的抗拉强度应等于或大于下列规定之一： a 、产品图样的规定值。

b 、钢材标准规定的最小抗拉强度。

C 、对不同强度等级的钢材组成的焊接接头，则为两种钢材标准抗拉强度下限值中的较小者。

d 、若采用多片试样，则将多片试样组成一组，并对每片进行试验。焊接试板全厚度焊接接头的拉力试验结果为该组试样的平均值，其平均值应符合上述要求。同时，该组单片试样的最低值，碳素钢不得低于钢材标准规定的最小抗拉强度

5.2.2.2 试样棱角应倒圆，圆角半径不得大于2mm。

5.2.2.3 对于面弯、背弯试样，当δs＞20mm时，应从试样的受压表面用机械方法去除多余厚度。

5.2.2.4弯曲试验方法及合格指标

5.2.2.4.1弯曲试验按GB/T232-1999《金属弯曲试验方法》的有关规定进行，焊缝中央应对准弯轴中心。当焊接接头两侧的母材或母材与溶敷金属强度相差≥120MPa或延伸率相差≥8%时，可用纵弯试样代替横弯试样进行试验，纵弯试样的尺寸同横弯试样，但当焊缝宽度hk≥25mm，试样宽度b可相应增大，最宽为40mm。

5.2.2.4.2 复合钢板和耐蚀堆焊的接头弯曲试验，取两个侧弯试样进行试验。5.2.2.5合格指标：

5.2.2.5.1弯曲试样按表5.2.2.5.1的要求弯到规定的角度后，其受担面上沿任何方

向不得有单条长度大于3mm的裂纹或缺陷。试样的棱角开裂不计，但确因夹渣或其他焊接缺陷引起试样棱角开裂的长度应计入评定。

5.2.2.5.2当采用多片试样时，多片试样组成一组，并对每片试样进行试验，均应满足上述要求。

表5.2.2.5.1 弯曲试验要求

5.3 冲击试样

图5.3

注：（1）焊缝金属的冲击试样应在后焊侧截取，试样应垂直于焊接方向，试样上表面距试板后焊侧表面约2mm。

（2）试样缺口轴线应垂直于试板表面，缺口位于焊缝金属中。

（3）根据技术条件规定或在无法切取标准试样的情况下，允许采用辅助的小尺寸试样5X10X55，但必须在试验报告中注明。

冲击试验方法及合格指标：常温冲击试验按GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》的有关规定进行。

合格指标：常温冲击功规定值按图样或有关技术文件的规定，但不得小于27J（三个标准试样冲击功）。

试验温度下三个试样冲击功平均值不得低于上述规定值，其中一个试样的冲击功值可小于规定值，但不得小于规定值的70%。

6. 复验

6.1 焊接试板的拉伸、弯曲性能试验如不合格，允许对不合格的项目取双倍试样进行复验，合格指标同原要求。

6.2 冲击试验如不能满足5.3的规定时，可再取一组（3个）试样进行试验。合格指标为：前后两组6个试样的冲击功平均值不得低于规定值，允许有两个试样小于规定值，但其中小于是规定值70%的只允许有1个。

焊接工艺评定概念

一、准备知识：

1、焊接方法：参照《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规

则》作为要考试的承压类焊工，其方法有，焊条电弧焊（SMAW、D）、气焊（OFW、Q）、钨极气体保护焊（GTAW、WS）、熔化极气体保护焊（GMAW、FCAW（药芯）、WZ）、埋弧焊（SAW、MZ）、电渣焊（ESW）、摩擦焊（FRW）、螺柱焊（SW）等。

简单介绍各种焊接方法原理。改变焊接方法，必须重新做焊接工艺评定。

手工焊：指用手操作焊钳、焊炬或焊枪，合焊条或焊丝运行以形成焊缝的焊接。

焊机操作工：焊机无需操作工调节或控制，或在操作工调节或控制下（也叫机械化焊）。

2、焊缝与焊接接头的区别：

（1）定义：

焊缝：熔化的母材和熔化的焊接材料组成的部分。

（2）

焊缝的形式：（只有五种）

对接焊缝、角焊缝、槽焊缝、塞焊缝、端焊缝。一般意义上只把焊缝分为对接焊缝和角焊缝。

（3）焊接接头：（12种）

主要有：对接接头、T型接头、十字接头、搭接接头、塞焊搭接头、槽接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头、锁底接头。

（4）焊接接头与焊缝的形式关系

焊接接头的使用性能由焊缝的焊接工艺来决定，因此焊接工艺评定试件分类对象是焊缝而不是焊接接头。不同的焊接接头原则上分为对接焊缝和角焊缝。（对接焊缝连接的不一定都是对接接头；角焊缝连接的不一定都是角接接头。）

3、焊件、试件、试样

（1）焊件：用焊接方法连接的锅炉、压力容器及其另部件，包括钢结构件等。

（2）试件：焊工按焊接工艺规程进行考试或进行产品试板或工艺评定的焊件。

（3）试样：在焊件上截取，用来进行力学性能试验的试件。

4、焊接性能、焊接工艺评定、焊接工艺规程：

焊接性能（可焊性）：指焊接方法的适应性、焊接材料的匹配性，焊接工艺的选择性等。指在一定工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它主要指对新出现或使用的一种材料，国内外没有焊接过，对其焊接性能一无所知，所以必须进行试验，它是解决钢材如何焊接的问题。但不能回答在具体工艺条件下焊接接头的使用性能是否满足要求（由工艺评定来实现）。

焊接工艺评定：为验证所拟定的焊接工艺的正确而进行的试验过程及结果评价。（正确性的标志是焊接接头的力学性能能否满足要求，焊接性能是焊接工艺评定的前提。＊焊接工艺评定必须是由制作单位自己进行，不能照搬其它单位的，由本单位的熟练焊工操作，在焊接性试验〖往往不用做焊接性试验，可通过查资料的方式〗的基础上找出本单位对某种材料在某种特定焊接方法下的适应性，如焊接电流最大，最小值、焊接速度、是否需要热处理及热处理规范等。）

焊接工艺规程：制造焊件有关的加工和实践要求的细则文件，可保证由熟练焊工或操作工操作时质量的再现性。根据评定合格的焊接工艺制定的焊接工艺参数。

5、焊缝位置和试件位置：

焊缝位置只有四种：平、横、立、仰

试件位置：对于板状也是平、横、立、仰；对于管状和管板状：垂直固定、水平固定等。

6、焊接工艺

电弧、焊接线能量、熔合比、焊缝形状系数等

焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度等参数的合理有效的组合。

（1）、焊条直径：由焊件厚度、焊缝空间位置、焊接层次决定。厚度大则直径大；平焊位比其它位置可选大一些，立焊时最大不应超过5mm，仰焊时最大不应超过4mm。第一层一般选择小直径焊条，其它层次可根据不同情况选择较大直径焊条。

表：焊件厚度与焊条直径的选用关系

焊接电流：大小主要决定于焊条直径和焊缝空间位置；其次是

焊件厚度、接头形式、焊接层数等。经验公式如下

I＝Kd I—焊接电流，A；K—经验系数；d焊条直径，mm

焊条直径与经验系数

立焊和横焊时电流比平焊时小10～15％；仰焊时比平焊小15～20％，第一层时相等。

电弧电压：焊条电弧焊的电弧电压由电弧长度决定，弧长则电弧电压高，反之亦然。一般电弧长度就控制在（0.5～1.0）d（焊条直径）。原则上咸性焊条电弧长度更应小一些。

焊接速度：焊条沿焊接方向移动的速度。

应尽是保持均匀（合适的线能量），保证每一层熔敷的厚度控制在（0.9～1.1）d（焊条直径）之间。

二、焊接工艺评定标准：

1、相关的焊接工艺评定

压力管道焊接工艺评定：GB 50236-98 现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范

压力容器焊接工艺评定：JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定

电站锅炉焊接工艺评定：DL/T 868－2004《火力发电厂焊接工艺评定规程》

锅炉焊接工艺评定：《蒸汽锅炉安全技术监察规程》附录一

2、焊接工艺评定概念

（1）焊接工艺评定是用以评定施焊单位是否有能力焊出符合本规程和产品技术条件所要求的焊接接头，验证施焊单位制订的焊接工艺指导书是否合适。

（2）焊接工艺评定是在焊接性试验基础上进行的生产前工艺验证试验，应在制订焊接工艺指导书以后，焊接产品以前进行。

焊接工艺评定是由施焊单位的熟练焊工（不允许外单位的焊工）按照焊接工艺指导书的规定焊接工艺试件，然后对工艺试件进行外观、无损探伤、力学性能和金相等项检验，同时将焊接时的实际工艺参数和各项检验结果记录在焊接工艺评定报告上，施焊单位规定的技术负责人应对该报告进行审批。

（3）对于产品上每种焊缝（按接头类型、母材、焊接材料、焊接材料、焊接方法和工艺等划分），施焊单位应编制焊接工艺指导书。如果改变其中某项条件或参数，应另行编制焊接工艺指导书。

3、焊接工艺指导书应有的内容：

（1）．焊接工艺指导书编号和日期；

（2）．相应的焊接工艺评定报告的编号；

（3）．焊接方法及自动化程度；

（4）．接头形式、有无衬垫及衬垫材料牌号；

（5）．用简图表明坡口、间隙、焊道分布和顺序；

（6）．母材的钢号、分类号；

（7）．母材、熔敷金属的厚度范围、管子直径范围；

（8）．焊条、焊丝的牌号和直径，焊剂的牌号和类型，钨极的类型、牌号和直径，保护气体的名称和成分；

（9）．焊接位置、立焊的焊接方向；

（10）．预热的最低温度、预热方式、最高的层间温度、焊后热处理的温度范围和保温时间范围；

（11）．每层焊缝的焊接方法，焊条、焊丝、钨极的牌号和直径，焊接电流的种类、极性和数值范围，电弧电压范围，焊接速度范围，送丝速度范围，导电嘴至工件的距离，喷嘴尺寸及喷嘴与工件的角度，保护气体、气体垫和尾部气体保护的万分和流量，施焊技术（有无摆动、摆动方法、清根方法、有无锤击等）；

（12）．焊接设备及仪表；

（13）．编制人和审批人的签字和日期。

4、焊接工艺评定报告参考格式：

焊接工艺评定报告

编号：

编制：

焊接责任工程师：

批准：

××××××××

××××××××

焊接工艺评定指导书（任务书）

注：试板长度300㎜

注：试板长度300㎜