奥氏体不锈钢压力容器焊接变形控制
06Cr19Ni10奥氏体不锈钢球罐的焊接word资料6页
06Cr19Ni10奥氏体不锈钢球罐的焊接随着我国经济的飞速发展，对各类压力容器储罐的质量要求也不断提高，压力容器储罐的制造技术也随之不断创新和进步。
扬子石化的400 m3环氧乙烷球罐是我国第一台06Cr19Ni10奥氏体不锈钢球罐，重量32 126 kg，壳体厚度12 mm，设计压力0.5 MPa，壳体内径Φ9 200 mm。
球罐属于赤道正切式支撑、混合瓣式单层球罐，由赤道带、上温带、上下极板等4带组成，共有38块球壳板，其中赤道带板16块，上温带板16块，上、下极带板各3块，对接焊缝长度约228 m，焊缝100%无损检测。
06Cr19Ni10属于奥氏体不锈钢，其组织为奥氏体（A）加3%~5%铁素体（F），具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，用于制造压力容器储罐，既能保证储罐的使用强度，又能满足储罐对耐蚀性的特殊要求；但如果焊接材料选择不当或焊接工艺不正确，极易出现应力集中、夹渣、气孔与焊接热裂纹等缺陷。
此外，因其导热性能差，线膨胀系数大，焊接变形也较大。
1焊接性分析06Cr19Ni10不锈钢球壳板是由大连金鼎石油化工机器有限公司制造，单片球皮压制而成，化学成分及机械性能见表1。
由表1可知，其基本化学成分是C：0.044%，Cr：18%，Ni：9.05%。
其中Cr是决定不锈钢抗腐蚀性能的主要元素，因为钢中含铬就能使不锈钢在氧化介质中产生钝化现象，即在表面形成一层致密的氧化膜，从而使钢材具有抗氧化性和抗渗碳性能，并对钢材的机械性能和工艺性能都能起到很好的强化作用。
Ni与Cr配合使用时，可使金相组织由单相的铁素体变为奥氏体和铁素体双相组织，经过热处理，可以提高强度，从而使其具有更强的不锈耐蚀性和良好的形变性能。
而P、S为钢中的有害物质，含量稍高就会严重影响钢的塑性和韧性，P能够使钢产生冷脆性，S则产生热脆性。
1.1热裂纹热裂纹的产生主要是因为奥氏体不锈钢在焊接熔池结晶过程中，导热系数小、线膨胀系数比较大，容易出现晶界偏析，偏析出现的物质多为低熔点共晶和杂质，它们在结晶过程中，形成抗变形能力很低的液态薄膜，最后结晶凝固，当焊接拉应力足够大时，就会发生开裂。
GB150中关于奥氏体不锈钢冷成型后热处理的探讨
GB150中关于奥氏体不锈钢冷成型后热处理的探讨李建国【摘要】GB150-2011中规定,盛装毒性为极度或高度危害介质的不锈钢容器,或图样证明有应力腐浊的不锈钢容器,在一定的变形量下,需要进行固溶处理,以恢复不锈钢的性能,在一定高温下或一定低温下,允许的变形量更小.笔者分析了这样规定的合理性,指出在一定高温下或一定低温下,不需要其他限制条件,变形量超过一定值,就应该进行固溶处理.【期刊名称】《吉林化工学院学报》【年(卷),期】2016(033)001【总页数】5页(P35-39)【关键词】冷成型;热处理固溶处理;变形率【作者】李建国【作者单位】石油化工工程质量监督总站,北京100728【正文语种】中文【中图分类】TG142.71;TG156.94奥氏体不锈钢大量用于石油化工工程的设备和管道中，在设备制造过程中的封头成型，筒节成型均涉及到钢的冷成型(奥氏体不锈钢一般不进行热成型)，管道工程施工过程遇到的奥氏体不锈钢冷成型越来越少，但是在管件制造时涉及到不锈钢的成型.管件体积小.成型后容易进行固溶处理，在管件制造标准中也规定了管件的供货状态为固溶处理，在本文中不讨论，只讨论压力容器制造中奥氏体不锈钢冷成型后的热处理.奥氏体不锈钢使用的情况有四种，高温、低温、耐腐蚀、洁净.显然奥氏体不锈钢的冷成型对于不锈钢的高温、低温和耐腐蚀使用状况有不同程度的影响，奥氏体不锈钢冷成型后，什么情况热处理，什么情况不进行热处理，监督工程师在监督实践中也感到困惑.1.1 GB150-2011的规定GB150-2011《压力容器》中第8.1条，规定了成型受压元件的恢复性能热处理[1-2]，内容如下：钢板冷成型受压元件，当符合下列(a)—(e)中任意条件之一，且变形率超过下表规定的范围，应于成型后进行相应热处理恢复材料的性能.(a)盛装毒性为极度或高度危害介质的容器；(b)图样注明有应力腐蚀的容器(c)—(e)是对碳钢、低合金钢的规定,与本文讨论无关.奥氏体不锈钢冷成型件变形率控制指标参见表1.a 当设计温度低于—100 ℃，或高于675 ℃时，变形率控制值为10%从GB150的规定可以看出，热处理要同时具备两个条件：一个条件是盛装毒性为极度危害或高度危害介质或有应力腐蚀的介质；另一个条件为变形率大于一定值. 按照GB150的规定，设计温度的高低将只改变变形率的限制，也就是说单纯的低温或高温容器，不管变形率多大，都不需要进行热处理.1.2 ASME Ⅷ -1 压力容器制造规则的规定ASME Ⅷ -1《压力容器监造规则》UHA-44(a)(1)规定：如果存在下述情况，以奥氏体合金制造的受压元件的冷成型区应进行固溶退火处理[3].(a)终成型温度低于表UHA-44给定的最低热处理温度；(b)设计金属温度和成型应变超过UHA-44的限制.奥氏体不锈钢加工后的热处理要求参见表2.由此可以看出，ASME Ⅷ -1规定的奥氏体不锈钢冷成型后的热处理有两个条件：一个条件是设计金属温度高于一定值，一个条件为变形率大于一定值.而没有其他附加要求.BS PD 5500《非直接受火焊接压力容器规范》第4.2.2.3冷成型中规定[4]：冷成型的奥氏体不锈钢，当最小设计温度大于等于-196 ℃，且符合下面a),b)或c)时，不需要进行软化热处理.特定的腐蚀或其买方要求除外.(1)冷变形率不超过15%，标准的最小延伸率A是30%，或者冷变形后的残余延伸率显示大于15%.即当标准要求的延伸率小于30%，而实际材料的延伸率大于30%.(2)冷变形率大于15% ，证据表明冷变形后的残余延伸率大于15%.(3)冷成型封头，母材冷成型之前的可接受的延伸率A为：厚度≤15 mm时，A≥40%厚度>15 mm时，A≥45%注：这样的封头材料能保证冷成型后的延伸率至少为15%.这样看，BS PD 5500标准中奥氏体冷成型后的热处理，基本只需一个条件，即冷成型后的延伸率小于15%，以保证不锈钢材变形后仍有一定水平的塑性，对于超低温(小于-196 ℃)容器，未作规定.3.1 介质性质要求的热处理GB150 规定的热处理，盛装毒性为极度危害或高度危害介质的容器，变形率达到一定程度时，需要热处理，这主要从容器失效的后果来考虑的.GB150 规定的热处理，有应力腐蚀的介质变形率达到一定程度时，需要热处理，这主要从形变应力的角度考虑的.需要说明的是，由于应力腐蚀是水成环境的腐蚀，设计温度低于-100 ℃和大于675 ℃时(不可能存在水)，对变形率程度的改变，并不适用于这种条件.3.2 高温工作环境要求的热处理奥氏体不锈钢受压件在制造过程中进行的冷成型加工，当部件工作于蠕变温度范围(超过540 ℃)时，会造成使用性能的损伤，这种损伤伴有以下两个问题之一[5]：再结晶成细小的晶粒，从而导致蠕变速率的增加，以及持久强度的降低；韧性降低使部件生成裂纹，特别是在附件和应力集中处容易受到损伤而过早失效. 关于第一种损伤机理，控制再结晶动力学的主要因素是冷加工的程度、温度、时间和合金组成.对于一定量的冷加工，再结晶在高温下短时间内(几分钟到几小时)生成，在较低温度下长时间内(几百或几千小时)生成.如果温度足够低(对于304H或316这类简单合金大约在≤565℃，对于较为复杂的材料如800H合金在大约≤620℃)，当成形应变率小于约20%时，在使用寿命内不太可能发生再结晶.但在足够高的冷成型应变水平及使用温度下，则由于运行中发生再结晶威胁到合金的长期工作能力.这是因为晶粒尺寸和蠕变断裂强度之间的关系，细晶粒的再结晶材料的应力-断裂强度较低，蠕变速率较高.因此在使用过程中发生再结晶的材料将会过早失效.在冷成型后进行热处理可以恢复材料的与其性能.关于第二种损伤机理，奥氏体合金经冷加工后，其硬度和强度升高、而韧性降低.在低于蠕变范围的温度下，这一强度和韧性之间的转换可以利用.当在蠕变范围运行时，则除了再结晶外，还会涉及由于应力断裂韧性受损导致的失效.这一现象实在低于再结晶临界界限处起作用.特征是在冷加工过的材料上，过早地发生蠕变裂纹生长，并由于应力集中的存在而加剧.因此，只要奥氏体钢在蠕变范围的温度下工作，冷变形达到一定值时应进行固溶处理.3.3 低温工作环境要求的热处理奥氏体不锈钢在固溶处理温度时，碳在奥氏体基体中的溶解度约为0.1%[6].常用低碳级牌号C≤0.08%、超低碳级牌号C≤0.03%.室温时碳的溶解度低于0.02%.固溶快冷时过饱和的碳来不及析出，在室温时几乎全部碳含量都过饱和地溶于奥氏体基体中.由于室温下原子已不能扩散，碳过饱和溶于奥氏体基体中的这种非稳定状态可以保持.但在低于某一温度后，面心立方晶格的奥氏体会开始无扩散性地相变成为马氏体，这一相变的起始温度称为马氏体点Ms.随着温度的降低，马氏体相的量会逐渐增多，但在某一低温下保持时马氏体的量并不明显增多.奥氏体不锈钢的马氏体点Ms一般低于室温.有些牌号可低于-196 ℃，也有牌号直到-273 ℃绝对零度也不会仅由于低温而产生马氏体相变.奥氏体不锈钢的马氏体相变亦遵循相变热力学条件，相变驱动力为马氏体相与奥氏体相的化学自由能差.马氏体相变是一种无扩散的点阵畸变型组织转变，马氏体相和奥氏体相之间具有明显的晶体学取向关系，通过剪切机构产生大规模、有规则的原子排列的变化而迅速完成.相变时基体要产生均匀的切变，切变应力受应变能的控制.降温是相变驱动力的重要因素,形变促进马氏体的形成.压力容器构件的冷成形，包括应变强化处理一般均在室温进行.Md点为由冷变形诱发开始马氏体相变的最高温度.Md点温度应高于Ms点.并不是一开始冷变形都立刻产生马氏体相变，如有的试验对304L在室温进行了3.5%的变形时开始发生马氏体相变.对镍当量超过12%的18-8钢在室温下进行了冷轧变形量30%后仍未产生马氏体相变.在产生马氏体相变前的奥氏体相经受冷变形后，奥氏体相仍然会产生应变强化.冷变形对于降低奥氏体韧性的应变强化作用并不很大.实际上冷变形的韧性的影响主要体现在促进马氏体相变上.在奥氏体相变为α′马氏体时化学成分也无变化，碳含量也无变化.体心立方晶格的α′马氏体中碳的溶解度要比面心立方晶格的奥氏体小得多.在相同碳含量时，碳在α′马氏体中的过饱和度要比在奥氏体中的过饱和度高得多.α′马氏体大大增加了位错密度，产生严重的点阵畸变，导致明显的应变强化(或称相变强化)，致使强度提高，韧性、塑性下降.变形量与变形温度对18Cr-8Ni不锈钢中马氏体相变量的影响[7]参见图1.根据图1，在同一温度下冷变形，应变量越大，所形成的马氏体量越多.在同一应变量时，变形温度越低，形成马氏体的量也越多.马氏体含量越多，低温韧性也越低.由于压力容器的冷变形均在室温进行，可以不考虑低温变形的影响.因此，在低温工作的奥氏体不锈钢，变形率达到一定值时，应考虑形变马氏体的影响，进行固溶处理.GB150规定的冷成型后的热处理是“恢复性能热处理”，BS PD 5500规定的冷成型后的热处理是“软化处理”，这两个标准都没有给出具体的热处理温度，而ASME Ⅷ-1则要求进行固溶处理，并给出了具体的温度.我们前面谈到，奥氏体不锈钢冷成型后的热处理，主要是为了1)防止应力腐蚀，2)恢复高温性能，3)恢复低温性能(消除形变马氏体).如果是为了恢复高温性能或低温性能，应进行固溶处理.304不锈钢中碳化物M23C6的析出温度图参见图2[8].根据图2，如果是为了消除冷变形应力，可以选择550～650 ℃的热处理温度，这个温度处于碳化物M23C6析出的“鼻尖温度”以下.但长时间加热会导致不锈钢的耐腐蚀性能下降，因此奥氏体不锈钢冷成型后的热处理应采用固溶处理的方式. 从前面分析可以看出，奥氏体不锈钢冷成型的变形率超过一定值时，在应力腐蚀环境，高温工作环境，低温工作环境，都要进行固溶处理.ASME Ⅷ-1规定高温工作环境时，奥氏体不锈钢冷成型的变形率超过一定值要进行固溶处理.未规定低温工作的要求.BS PD 5500采取了规定剩余延伸率的方法，来规定是否进行热处理，应该是一种处理办法.并且对于工作温度低于-196 ℃时没有规定，应该有更严格的热处理要求. GB150要求当设计温度低于-100 ℃，或高于675 ℃时，变形率控制值大于10%应进行热处理，但附加了两个介质类型的条件，显然这样规定是不合理的.经过上述的分析和讨论，笔者认为GB150对于奥氏体不锈钢冷成型后的热处理规定应作如下修改：钢板冷成型受压元件，当符合下列(a)—(f) 中任意条件之一，且变形率超过下表规定的范围，应于成型后进行相应热处理恢复材料的性能.(a)盛装毒性为极度或高度危害介质的容器；(b)图样注明有应力腐蚀的容器(c)—(e) 是对碳钢、低合金钢的规定(f)奥氏体不锈钢，设计温度低于-100 ℃，或高于675 ℃时：【相关文献】[1] GB150-2011.钢制压力容器.[S][2] 白永国.热处理对65Mn锯片用钢组织及性能的影响[J].吉林化工学院学报,2015,32(4):30-34.[3] ASME Section Ⅷ-2007.Division 1 Pressure vessel.[S].[4] PD 5500:2009.Specification for unfired fusion welded pressure vessels.[S][5] ASME SectionⅡ-2007.Properties.[S][6] 黄嘉琥,陆戴丁.低温压力容器用不锈钢(一)[J].压力容器,2014,131(5):1-12[7] 肖纪美.不锈钢的金属学问题[M].北京：冶金工业出版社,2006:95-97[8] 利波尔德.不锈钢焊接冶金学及焊接性[M].北京：机械工业出版社,2008:134.。
焊工初级模拟练习题+参考答案
焊工初级模拟练习题+参考答案一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1.焊丝的化学成分应基本上与( )相符。
A、焊件B、过渡形式C、预热温度D、焊后热处理正确答案：A2.焊接过程中发生烫伤与（）无关。
A、工作服上衣塞在裤内B、工作服颜色浅C、工作服短小正确答案：B3.通过回火能提高钢的( )。
A、抗氧化性B、韧性C、化学稳定性D、耐腐蚀性正确答案：B4.可燃物，助燃物和（）是产生燃烧的三个必备条件。
A、着火源B、氯酸钾C、乙炔气正确答案：A5.低合金高强钢焊接时产生（）的原因除化学成分外，还有熔敷金属中扩散氢含量、焊接接头的拘束力等原因。
A、再热裂纹B、层状撕裂C、热裂纹D、冷裂纹正确答案：D6.为防止触电和火灾事故，焊接电缆的中间接头不得超过（）A、3个B、2个D、4个正确答案：B7.对于一般的焊接结构，推荐选用工艺性能较好的（）。
A、低温焊条B、耐蚀焊条C、碱性焊条D、酸性焊条正确答案：D8.下列钢中，属于奥氏体不锈钢的是( )。
A、0Crl3B、1Crl3C、06Cr19Ni10D、15MnVR正确答案：C9.在焊条药皮中，能促使电弧稳定燃烧的物质是（）。
A、白云石B、萤石C、碳酸钙正确答案：C10.电光性眼炎是电弧光中强烈的( )造成的。
A、紫外线B、可见光C、红外线正确答案：A11.所有高温的管道、容器等设备上都应有保温，保温层应保证完整。
当室内温度在( )℃ 时，保温层表面的温度-般不宜超过( )℃。
A、35，60B、25，50C、25，60D、35，50正确答案：B12.焊接坡口中的钝边是为了防止（）A、磁偏吹C、未焊透D、产生气孔正确答案：B13.焊工工作时，应穿（）帆布工作服，防止弧光灼伤皮肤。
A、灰色B、白色C、蓝色正确答案：B14.控制碳中氢的含量其目的是（）A、防止再热裂纹B、防止冷裂纹C、防止热裂纹正确答案：B15.根据《焊条规程》规定，焊条重复烘干的次数不宜超过（）A、4次B、3次C、5次D、2次正确答案：B16.焊缝和热影响区之间的过渡区域是（）。
奥氏体不锈钢的焊接工艺
奥氏体不锈钢的焊接工艺奥氏体不锈钢的焊接工艺一、焊接方法由于奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法和部分压焊方法都可以焊接。
但从经济、实用和技术性能方面考虑，最好采用焊条电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊和等离子焊等。
1. 焊条电弧焊厚度在2mm以上的不锈钢板仍以焊条电弧焊为主，因为焊条电弧焊热量比较集中，热影响区小，焊接变形小；能适应各种焊接位置与不同板厚工艺要求；所用[wiki]设备[/wiki]简单。
但是，焊条电弧焊对清渣要求高，易产生气孔、夹渣等缺陷。
合金元素过度系数较小，与氧亲和力强的元素，如钛、硼、铝等易烧损。
2. 氩弧焊有钨极弧焊和熔化极氩弧焊两种，是焊接奥氏体不锈钢较为理想的焊接方法。
因氩气保护效果好，合金元素过度系数高，焊缝成分易于控制；由于热源较集中，又有氩气冷却作用，其焊接热影响区较窄，晶粒长大倾向小，焊后不需要清渣，可以全位置焊接和[wiki]机械[/wiki]化焊接。
缺点是设备较复杂，一般须使用直流弧焊电源，成本较高。
TIG有手工和自动两种，前者较后者熔敷率低些。
TIG最适于3mm以下薄板不锈钢焊接，在奥氏体不锈钢[wiki]压力容器[/wiki]和管道的对接和封底焊等广为应用。
对于厚度小于0.5mm的超薄板，要求用10~15A电流焊接，此时电弧不稳，宜用脉冲TIG焊。
厚度大于3mm有时须开坡口和采用多层多道焊，通常厚度大于13mm，考虑制造成本，不宜再用TIG焊。
3. 等离子弧焊是焊接厚度在10~12mm以下的奥氏体不锈钢的理想方法。
对于0.5mm以下的薄板，采用微束等离子弧焊尤为合适。
因为等离子弧热量集中，利用小孔效应技术可以不开坡口，不加填充金属单面焊一次成形，很适合于不锈钢管的纵缝焊接。
焊接工艺参数的选择焊接时，为保证焊接质量，必须选择合理的工艺参数，所选定的焊接工艺参数总称为焊接工艺规范。
例如，手工电弧焊的焊接工艺规范包括：焊接电流、焊条直径、焊接速度、电弧长度（电压）和多层焊焊接层数等，其中电弧长度和焊接速度一般由操作者在操作中视实际情况自行掌握，其他参数均在焊接前确定。
06Cr19Ni10奥氏体不锈钢球罐的焊接
１ ． ３ 夹 渣
５ ％铁素体 （ Ｆ ） ， 具有 良好的耐蚀性 、 耐热性 、 低温强度 和机械 （ 稍大） 、 焊速 （ 稍慢 ） ， 正确 的极性 ， 注意母材熔化情况 ， 将坡 口
夹渣主要是 由于操作原 因，使熔池 中的熔渣来不及浮 出 ，
ｌ 焊接性分析
关键词 ： ０ ６ Ｃ ｒ ｌ ９ Ｎ ｉ ｌ ０ ； 不锈 钢 ； 球罐； 焊接
中图分类号 ： Ｔ Ｃ Ａ０ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号： １ ０ ０ ６ — ８ ９ ３ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ２ ０ — ０ ０ ８ ６ — ０ ２
随着我国经济 的飞速发展 ， 对各类压力容器储罐 的质量要 求也不断提高 ， 压力容器储罐 的制造技术也随之不断创新 和进 步。 扬子石化 的４ ０ ０ ｍ ３ 环氧 乙烷球罐是 我国第一台０ ６ Ｃ ｒ ｌ ９ Ｎ ｉ ｌ ０ 奥 氏体不锈钢球罐 ， 重量３ ２ １ ２ ６ ｋ ｇ ， 壳体厚度 １ ２ ｍ ｍ， 设计压力 ０ ． ５ ＭＰ ａ ， 壳体 内径 ９ ２ ０ ０ ｍ ｍ。 球罐属 于赤道正切 式支撑 、 混 合瓣式单层球罐 ， 由赤道带 、 上温带 、 上下极板等４ 带组成 ， 共有 ３ ８ 块球壳板 ， 其 中赤道 带板１ ６ 块， 上温带板 １ ６ 块， 上、 下极 带板 各３ 块， 对接 焊缝长度约２ ２ ８ ｉ ｎ ， 焊缝 １ ０ ０ ％无损检测 。 ０ ６ Ｃ ｒ ｌ ９ Ｎ ｉ ｌ ０ 属于奥氏体不锈钢 ， 其组织 为奥 氏体 （ Ａ） 加３ ％ 性能 ， 用 于制造压力容器储罐 ， 既能保证储罐 的使用强度 ， 又能
第３ ３卷第 ２ ０期
Ｖ０ １ ． ３ ３ Ｎｏ ． ２ ０
Байду номын сангаас
奥氏体不锈钢压力容器的应变强化技术
奥氏体不锈钢压力容器的应变强化技术摘要：承压设备在能源行业中处于核心地位，其稳定可靠运行影响着石油、核电等产业的发展，而在承压设备的设计构造中，压力容器的应变强化技术发挥着非常重要的作用。
奥氏体不锈钢本身具备良好的综合性能，一般作为极端环境下压力容器的结构材料，不过考虑到其本身的较低的屈服强度，需要运用应变强化技术来进行强化。
关键词：奥氏体不锈钢；压力容器；应变强化技术；奥氏体不锈钢材料本身具有良好的韧性，但它的屈服强度比较低，而应变强化技术能够显著提升奥氏体不锈钢材料的屈服强度，节约材料。
奥氏体不锈钢压力容器的应变强化具有两种不同的模式：常温应变强化模式和低温应变强化模式。
一、奥氏体不锈钢压力容器1.奥氏体不锈钢压力容器的分类。
根据应变强化技术的不同方式，可以将奥氏体不锈钢压力容器分为两类：一类是常温应变强化模式，另一类是低温应变强化模式。
（1）常温应变强化模式。
顾名思义，常温应变强化模式是在常温状态下对奥氏体不锈钢容器进行水压强化。
具体的实施过程是将奥氏体不锈钢压力容器固定在一个鞍座上，然后向容器中注满水，最后将增压泵与奥氏体不锈钢压力容器的一端连接起来。
当达到强化压力的标准时进行保压，直到奥氏体不锈钢压力容器发生充分的变形塑形后，再将其卸载下来。
（2）低温应变强化模式。
奥氏体不锈钢压力容器的低温应变强化模式，最初是从航空航天领域对深冷容器轻量化的要求中发展进化出来的。
这种低温应变强化模式始于20世纪的中后期。
应变容器的性能会受到材料的结构设计、自身成分等因素的影响。
但是，低温应变强化模式具有一个很大的弊端，即由于进行低温应变强化过程中需要将奥氏体不锈钢压力容器完全浸入液氮环境中，而液氮环境所需要的成本太高。
因此，这种环境要求一定程度限制了奥氏体不锈钢压力容器的低温应变强化模式的推广发展。
2.奥氏体不锈钢压力容器的结构。
在最初研制压力容器的过程中，压力容器是由上、下两个半圆形球体拼接而成的，这两个半圆形球体的两端分别连接着两条接管。
钢制压力容器焊接规程 JBT 4709-92
中华人民共和国行业标准钢制压力容器焊接规程JB/T 4709-921 主题内容与适用范围本标准规定了钢制压力容器焊接的基本要求.本标准适用于焊接、手弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊焊接的钢制压力容器.2 焊接材料2.1 焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、气体保护焊、电渣焊焊接的钢制压力容器.2.2 焊接材料选用原则应根据母材的化学成分、力学性能、焊接性能结合压力容器的结构特点和使用条件综合考虑选用焊接材料,必要时通过试验确定.焊缝金属的性能应高于或等于相应母材标准规定值的下限或满足图样规定的技术要求.对各类钢的焊缝金属要求如下:2.2.1 相同钢号相焊的焊缝金属2.2.1.1 碳素钢、碳锰低合金钢的焊缝金属应保证力学性能,且需控制抗拉度上限.2.2.1.2 相低合金钢的焊缝金属应保证化学成分和力学性能,且需控制抗拉强度上限.2.2.1.3 低温用低合金钢的焊缝金属应保证力学性能,特别应保证夏比(V型)低温冲击韧性.2.2.1.4 高合金钢的焊缝金属应保证力学性能和耐腐蚀性能.2.2.1.5 不锈钢复合钢板基层的焊缝金属应保证力学性能,且需控制抗拉强度的上限;复层的焊缝金属应保证耐腐蚀性能,当有力学性能要求时还应保证力学性能.复层焊缝与基层焊缝,以及复层焊缝与基层钢板交界处推荐采用过渡层. 2.2.2 不同钢号相焊的焊缝金属2.2.2.1 不同钢号的碳素钢、低合金钢之间的焊缝金属应保证力学性能.推荐采用与强度级别较低的母材相匹配的焊接材料.2.2.2.2 碳素钢、低合金钢与奥氏体高合金钢之间的焊缝金属应保证抗裂性能.推荐采用铬镍含量较奥氏体高合金钢母材高的焊接材料.2.3 焊接材料必须有产品质量证明书,并符合相应标准的规定,且满足图样的技术要求,进厂时按有关质保体系规定验收或复验,合格手方准使用.2.4 常用钢号推荐选用的焊接材料见表1,不同钢号相焊推荐选用的焊接材料见表2.3 焊接工艺评定和焊工3.1 施焊下列各类焊缝的焊接工艺必须按JB4708-92《钢制压力容器焊接工艺评定》标准评定合格.a. 受压元件焊缝;b. 与受压元件相焊的焊缝;c. 上述焊缝的定位焊缝;d. 受压元件母材表面堆焊、补焊.3.2 施焊下列各类焊缝的焊工必须按原劳动人事部颁发的《锅炉压力容器焊工考试规则》规定考试合格.a. 受压元件焊缝;b. 与受压元件相焊的焊缝;c. 熔入永久焊缝内的定位焊缝;d. 受压元件母材表面耐蚀层堆焊.4 焊前准备4.1 焊接坡口焊接坡口应根据图样要求或工艺条件选用标准坡口或自行设计.选择坡口形式和尺寸应考虑下列因素:a. 焊缝填充金属尽量少;b. 避免产生缺陷;c. 减少残余焊接变形与应力;d. 有利于焊接防护;e. 焊工操作方便;f. 复合钢板的坡口应有利于减少过渡层焊缝金属的稀释率.4.2 坡口置备4.2.1 碳素钢和标准抗拉强度不大于540MPa的碳锰低合金钢可采用冷加工,也可采用热加工方法置备坡口.4.2.2 标准抗拉强度大于540MPa的碳锰低合金钢、铬钼低合金钢和高合金钢宜采用冷加工法.若采用热加工方法,对影响焊接质量的表面层,应用冷加工方法去除.4.3 焊接坡口应保持平整,不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷,尺寸应符合图样规定.4.4 坡口表面及两侧(手弧焊各10mm,埋弧焊、气体保护焊各20mm,电渣焊各40mm)应将水、铁锈、油污、积渣和其它有害杂质清理干净.4.5 奥氏体高合金钢坡口丙侧各100 mm范围内应刷涂料,以防止沾附焊接飞溅.4.6 焊条、焊剂按规定烘干、保温;焊丝需去除油、锈;保护气体应保持干燥. 4.7 预热4.7.1 根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束程度、焊接方法和焊接环境等综合考虑是否预热,必要时通过试验确定.常用钢号推荐的预热温度见表3.4.7.2 不同钢号相焊时,预热温度按预热温度要求较高的钢号选取.4.7.3 采取局部预热时,应防止局部应力过大.预热的范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的3倍,且不小于100 mm.4.7.4 需要预热的焊件在整个焊过程中应不低于预热温度.4.7.5 当用热加工法下料、开坡口、清根、开槽或施焊临时焊缝时,亦需考虑预热要求.4.8 焊接设备等应处于正常工作状态,安全可靠,仪表应定期校验.4.9 定位焊4.9.1 焊接接头拘束度大时,推荐采用低氢型药皮焊条施焊.4.9.2 定位焊缝不得有裂纹,否则必须清除重焊.如存在气孔、夹渣时亦应去除.4.9.3 熔入永久焊缝内的定位焊缝两应便于接弧,否则应予修整.4.10 避免强行组装,组装后接头需经检验合格, 方可施焊.5 焊接要求5.1 焊工必须按图样、工艺文件、技术标准施焊.5.2 焊接环境5.2.1 焊接环境出现下列任一情况时,须采取有效防护措施,否则禁止施焊.a. 风速:气体保护焊时大于2m/s,其它焊接方法大于10 m/s;b. 相对湿度大于90%;c. 雨雪环境;d. 焊件温度低于-20℃.5.2.2 当焊件温度为0～-20℃时,应在始焊处100mm范围内预热到15℃以上.5.3 应在引弧板或坡口内引弧,禁止在非焊接部位引弧.焊缝应在引出版上收弧,弧坑应填满.5.4 防止地线、电缆线、焊钳与焊件打弧.5.5 电弧擦伤处的弧坑需经打磨,使基均匀过渡到母材表面,若打磨后的母材厚度小于规定值时,则需补焊.5.6 受压元件的角焊缝的根部应保证焊透.5.7 双面焊须清理焊根,显露出正底的焊缝金属.对于自动焊,若经试验确认能保证焊透,亦可不作清根处理.5.8 接弧处应保证焊透与熔合.5.9 施焊过程中应控制层间温度不超过规定的范围.当焊件预热时,应控制层间温度不得低于预热温度.5.10 每条焊缝应尽可能一次焊完.当中断焊拉旮,对冷却纹敏感的焊件应及时采取后热、缓冷等措施.重新施焊时,仍需按规定进行预热.5.11 采用锤击改善焊接质量时,第一层焊缝和盖面焊缝不宜锤击.5.12 引弧板、引出板、产品焊接试板和焊接工艺纪律检查试板不应锤击打落.6 后热6.1 对冷裂纹敏感性较大的低合金钢和拘束度较大的焊件应采取后热措施. 6.2 后热应在焊后立即进行.6.3 后热温度一般为200～350℃,保温时间可参照表4回火最短保温时间的规定.6.4 若焊后立即进行热处理可不作后热.7 焊后热处理7.1 根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束程度、容器使用条件和有关标准综合确定是否需要进行焊后热处理.7.2 常用钢号推荐的焊后热处理规范见表4.7.2.1 调质钢焊后热处理应低于调质处理时的回火温度.7.2.2 不同钢相焊时,焊后热处理规范应按焊后热处理温度要求较高的钢号执行,但温度不应超过两者中任一钢号的下临界点A C1.7.2.3 非受压元件与受压元件相焊时,应按受压元件的焊后热处理规范.7.2.4 采用电渣焊焊缝、焊后必须进行正火+回火的热处理.7.3 对有再热裂纹倾向的钢,在焊后热处理时应注意防止产生再热裂纹.7.4 奥氏体高合金钢制压力容器一般不进行焊后消除应力热处理.7.5 焊后热处理应在补焊后和压力试验前进行.7.6 应尽可能采取整体热处理.当分段热处理时,热重叠部份长度至少为1500mm,加热区以外部份应采取措施,防止产生有害的温度梯度.7.7 补焊和筒体环缝采取局部热处理时,焊缝每侧加热带宽度不得小于容器厚度的2倍;接管与容器相焊整圈焊缝热处理时,加热带宽度不得小于壳体厚度的6倍.加热区以外部位采取措施,防止产生有害的温度梯度.7.8 焊后热处理工艺7.8.1 焊件进炉时炉内温度不得高于400℃.7.8.2 焊件升温至400℃后,加热区升温速不得超过5000/δ℃/h(δ----厚度, mm),且不得超过200℃/h,最小可为50℃/h.7.8.3 焊件升温期间,加热区内任意长度为5000mm内的温差不得大于120℃. 7.8.4 焊件保温期间,加热区最高与最低温度之差不宜大于65℃.7.8.5 升温和保温期间应控制加热区气体,防止焊件表面过度氧化.7.8.6 焊件出炉时,炉温不得高于400℃,加热区降温速度不得超过6500/δ℃/h,且不得超过260℃/h.最小可为50℃/h.7.8.7 焊件出炉时,炉温不得高于400℃,出炉后应在静止的空气中冷却.8 焊缝返修8.1 对需要焊接返修的缺陷应当分析产生原因,提出改进措施,按标准进行焊接工艺评定,编制焊接返修工艺.8.2 焊缝同一部位返修次数不宜超过2次.8.3 返修前需将缺陷清除干净,必要时可采用表面探伤检验确认.8.4 待补焊部位应开宽度均匀、表面平整、便于施焊凹槽,且两端有一定坡度.8.5 如需预热,预热温度应较原焊缝相同.8.7 要求热处理的容器如在热处理后返修补焊时,必须重作热处理.9 焊接检验9.1 焊接检验主要方面9.1.1 焊前a. 母材、焊接材料;b. 焊接设备、仪表、工艺装备;c. 焊接坡口、接头装置及清理;d. 焊工资格;e. 焊接工艺文件.9.1.2 施焊过程中a. 焊接规范参数;b. 执行焊接工艺情况;c . 执行技术标准情况;d. 执行图样规定情况.9.1.3 焊后a. 实际施焊记录;b. 焊缝外观及尺寸;c. 后热、焊后热处理;e. 产品焊接试板、焊接工艺纪律检查试板;f. 无损检验;g. 致密性试验.附加说明:本标准由全国压力容器标准化技术委员会提出,由全国压力容器标准经技术委员会制造分委员会归口.本标准由机械电子工业部合肥通用机械研究所负责起草.本标准主要起草人戈兆文.附件:国家技术监督局文件技监局标发[1992]122号关于压力容器行业标准归口管理及编号的批复机电部、化工部、中国石化总公司、劳动部:压力容器产品的科研、设计、生产、使用及监督检验涉及部门较多,根据目前情况,压力容器行业标准难以确定某一个部门归口管理.为了不影响行业标准的制、修订工作,经反复研究协商,现对压力容器行业标准归口管理、编号等有关问题规定如下:1.压力容器行业标准由机电部、化工部、中国石化总公司、劳动部共同审批发布.2.压力容器行业标准代号,使用机械行业标准代号(JB)3.机电部从机械行业标准(JB)编号中划出一段(JB4700-4999)作为压力容器行业标准编号,并委托“全国压力容器标准化技术委员会”代四部门管理.4.压力容器行业标准制定过程中的协调问题、组织技术审查、办理标准的报批等工作由“全国压力容器标委会”与以上四个部门联系.5.“全国压力容器标准化技术委员会”受国家技术监督局直接领导,由机电部、化工部、中国石化总公司、劳动部四部共同管理.压力容器行业标准的规划、计划,由“全国压力容器标委会”负责协调,通过后提出建议,分别列入标准起草单位的主管部门的计划.标准送审稿必须通过“全国压力容器标委会”审查通过后上的四个部门共同审批、发布,并报国家技术监督局备案.国家技术监督局一九九二年三月十一日。
奥氏体不锈钢制压力容器制造质量控制
奥氏体不锈钢制压力容器制造质量控制1 概述本部分着重介绍奥氏体不锈钢制压力容器在制造过程中的质量操纵的内容、方法与要求。
奥氏体不锈钢不仅具有专门强的化学稳固性，同时也有足够的强度和极好的塑性，良好的焊接性，在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性能，在一定高温或低温下具有稳固的力学性能。
由于奥氏体不锈钢具有上述优点，因此被广泛用于石油化工、医疗、食品、电力、交通、军工、原子能、航天等领域的设备中，其中以18-8型铬镍奥氏体不锈钢最有代表性，它广泛用于制造耐腐蚀压力容器、耐高温压力容器、耐低温压力容器。
但奥氏体不锈钢也存在以下问题须引起关注：1〕奥氏体不锈钢对溶液中含有氯离子(Cl-)的介质专门敏锐，易发生应力腐蚀，严峻时会引起材料穿孔性腐蚀；2〕对某些还原性介质，如盐酸、稀硫酸等那么是不耐腐蚀的；3〕奥氏体不锈钢有晶间腐蚀倾向，当奥氏体不锈钢加热到400℃～850℃或自高温缓慢冷却(如焊接)时，碳会从过饱和奥氏体中以碳化铬〔CrFe〕23C6的形式沿晶界析出，使奥氏体晶界邻近的含铬量降低，当不锈钢晶界含铬量低于12%时〔贫铬〕，材料遇到腐蚀介质时电极电位迅速下降，在不锈钢晶界产生腐蚀——晶间腐蚀。
在奥氏体型不锈钢中添加钛或铌时，能提高其抗晶间腐蚀能力；添加钼、铜、钛，那么能提高其在还原酸(如稀硫酸)中的耐腐蚀性能，同时也提高其抗晶间腐蚀的能力。
降低含碳量也可减少晶间腐蚀倾向。
4〕奥氏体不锈钢交货状态一样为固溶处理后酸洗，酸洗的目的是使钢材表面形成氧化膜、对钢材表面进行钝化处理，使钢材具有耐腐蚀性。
但奥氏体不锈钢较软，表面极易在生产过程被划伤而使钝化膜遭到破坏。
钝化膜遭到破坏后，在使用中可能显现以下问题：a) 在低温介质中，会降低材料的韧性；b) 在腐蚀介质中，降低耐腐蚀性；c) 在高温介质中，在钝化膜遭到破坏处发生氧化。
5〕奥氏体不锈钢在剪切、焊接、卷圆、装配、运送过程中专门容易受到铁离子和其他杂质的污染，奥氏体不锈钢被污染后在污染处形成原电池，造成腐蚀，从而会阻碍奥氏体不锈钢制压力容器的使用质量和安全。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
奥氏体不锈钢压力容器焊接变形控制
作者：王丽思徐井伟刘英学
来源：《现代企业文化》2019年第33期
中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2019）11-191-01
摘要文中通过对奥氏体不锈钢容器典型焊缝进行分析，提出奥氏体不锈钢容器对接焊缝变形的形式、影响焊接变形的关键因素和控制焊接变形的几点措施。
根据分析结果提出现场不锈钢容器焊接管理的控制要点，为工程质量把关。
关键词奥氏体不锈钢压力容器焊接变形控制
压力容器作为一种焊接结构，运行条件苛刻，制造工艺较为复杂。
核电厂的部分低压容器（如核岛含硼水储存容器、冷却剂储存容器）由奥氏体不锈钢经过焊接加工而成，而焊接的主要技术问题是焊接变形，如何控制焊接变形或出现焊接变形怎样矫正是焊接结构生产的关键问题。
因此，要对焊接变形问题加以重视，并对易出现变形问题的制造环节进行防范与控制，从而保证产品的质量与安全。
一、焊接变形分析
（一）结构分析
核岛含硼水储存容器为奥氏体不锈钢容器，其主要作用是在反应堆更换燃料时，将容器内的含硼水提供给换料水池，换料结束后，再将换料水池内的含硼水储存在含硼水储存容器内；失水事故时，为堆芯提供含硼水。
含硼水储存容器主要由下底板、下封头、筒体、上封头、附件焊接而成，而筒体作为主要部分，由2块奥氏体不锈钢钢板卷制后对接焊成环板，整个筒体由4段环板通过焊接而成一个高5615±8mm、直径6450±10mm的环状腔体。
（二）焊接变形机理
焊接时，由于电弧的热作用，电弧附近的金属温度显著提高，而离电弧较远的金属温度较低，这样使焊接件出现不均匀的热膨胀，从而出现焊接变形。
焊接变形分为纵向收缩变形、横向收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形等。
1.横向收缩变形分析
对接接头横向收缩比较复杂，如果两平板对接中间留有间隙，焊接时，坡口边缘可以无拘束的移动，热源扫过之后的坡口横向闭合。
在没有坡口间隙（或存在定位焊或坡口楔块使间隙活动的可能性很小）时，板材受热后的膨胀将造成横向挤压使厚度增厚，冷却后向外侧膨胀的
部分可以恢复，而厚度方向上的变形不可恢复，最终仍将产生横向变形，但变形量比带间隙情况小。
2.角变形分析
对接接头角变形的根本原因是横向收缩在板厚度上的分布不均匀所造成的。
焊缝正面的横向收缩量大，背面的收缩量小，这样就会造成构件平面的偏转，产生角变形。
对接接头的角变形β随坡口角度增大而增大。
多层焊比单层焊的β大。
层数、道数越多，β越大。
焊接X型坡口，先焊的那一面的角变形β一般大于后焊面的角变形β。
二、焊接变形控制措施
（一）焊接变形防控措施
基于奥氏体不锈钢容器筒体结构、材质及焊接变形机理的分析，结合容器制作经验，对于容器筒体纵向焊缝和环向焊缝的焊接，可采取以下方法对其进行焊接变形控制。
1.预变形法或反变形法
结合横向收缩量公式及施工经验，预先估计好焊接变形量为2.88mm，变形方向为横向收缩变形。
所以，组对时对压力容器筒节施加一个大小相等方向相反的变形与焊接变形相抵消，使构件焊后保持设计要求。
2.选择适当的施焊次序和方向
先焊筒体的纵向短焊缝，后焊环向长焊缝。
两纵向焊缝间的距离至少应为100mm；对于选用的X型坡口，先焊内侧，后焊外侧，使焊缝向内侧角变形；环向焊缝由2名焊工采用对称焊，避免长焊缝局部受热变形过大。
3.刚性固定
该方法是经常采用的一种方法。
这种方法是在没有反变形的情况下，通过将构件加以固定来限制焊接变形。
这种方法可以防止角变形和波浪变形。
（二）焊接变形矫正措施
不锈钢筒体壁板焊接后若产生的残余变形超过允许的限度，应采取适当的措施予以矫正。
筒体壁板环缝与纵缝处产生局部变形，可采用多点支压或锤击的机械矫正法，对变形构件局部施加外力，使其产生反方向塑性变形以抵消原有的残余变形。
三、焊接管理
现场焊接管理大致分为焊前、焊接过程中与焊后三个阶段。
（一）焊前管理
监管施工单位应分析施工图纸焊口信息规划工艺评定，监管施工单位应按照标准制作工艺评定，应能够满足产品焊缝成型好、无缺陷及变形小的要求，理化试验机械性能应满足要求；监管施工单位应编制施工技术文件，对组对后的不锈钢容器筒体直径和高度进行检查确；监管施工单位合理选用焊材，不锈钢容器筒体焊接材料应选用不锈钢焊条，焊条应经入场验收合格，使用前焊条的烘干温度和烘干时间应满足要求。
（二）焊接过程中管理
监管焊工对工艺卡的执行情况，如：焊接过程中检查焊工使用的焊接参数是否超出工艺卡规定的要求，是否采用了对称焊接方法；監管焊接过程中是否有使用焊接防变形工装。
（三）焊后管理
焊接工作完成后，监管施工单位对筒体进行直径、垂直度及局部变形检查，对出现的不符合进行矫正；焊后对焊缝进行外观检验、缝液体渗透检验和射线探伤检验。
四、结语
本文通过对奥氏体不锈钢容器筒体对接焊缝焊接变形的种类及产生的因素分析，结合焊接变形常用控制方法，提出了筒体制作过程中应采取的控制措施和日常监督管理的控制要点。
参考文献；
[1]王元良.焊接及焊接结构[M].北京：中国铁道出版社，1986.
[2]方洪渊.焊接结构学.北京：机械工业出版社，2008.4.
[3]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第2卷）：材料的焊接[M].北京：机械工业出版社，2001.
[4]姬晶.奥氏体不锈钢焊接性分析[J].煤矿机械，2008，29（7）：85-86.。