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1、压力容器焊接技术培训压力容器焊接技术培训压力容器焊接技术培训一、前言一、前言焊接技术，又称连接工程，是一种重要的材料加工工艺，它广焊接技术，又称连接工程，是一种重要的材料加工工艺，它广泛地应用于石油化工、电力、航天航空、海洋工程、微电子技泛地应用于石油化工、电力、航天航空、海洋工程、微电子技术，桥梁、船舶、潜艇，以及各种金属结构等工业部门。凡是术，桥梁、船舶、潜艇，以及各种金属结构等工业部门。凡是用焊缝连接的构件都可称为焊接结构。用焊缝连接的构件都可称为焊接结构。压力容器是一种焊接结构，压力容器设计就是焊接结构的设计，压力容器是一种焊接结构，压力容器设计就是焊接结构的设计，因此压力容器设计人员
2、了解和掌握一些焊接基本知识，不仅有因此压力容器设计人员了解和掌握一些焊接基本知识，不仅有利于压力容器的优化设计、而且也有利于压力容器的安全运行。利于压力容器的优化设计、而且也有利于压力容器的安全运行。今天主要介绍压力容器设计过程中常用焊接基本概念、焊接方今天主要介绍压力容器设计过程中常用焊接基本概念、焊接方法、焊接坡口、法、焊接坡口、WPS、PQR、常用材料易产生的焊接缺陷及其、常用材料易产生的焊接缺陷及其设计方面的预防措施及目前压力容器焊接新技术。设计方面的预防措施及目前压力容器焊接新技术。二、焊接基本知识二、焊接基本知识2.1焊接焊接压力容器焊接技术培训3.6焊接坡口焊接坡口开坡口的根本目
3、的：是为了确保接头的质量及其经济性，坡口开坡口的根本目的：是为了确保接头的质量及其经济性，坡口型式必须考虑一下问题：型式必须考虑一下问题：焊材的消耗量；焊材的消耗量；可焊到性；可焊到性；坡口加工的难易程度；坡口加工的难易程度；焊接变形；焊接变形；四、四、WPS及及PQR4.1WPS：焊接工艺规程（焊接工艺规程（weldingprocedurespecification）;为验证为验证性试验所拟定的、经评定合格的、用于指导产品施焊的焊接工性试验所拟定的、经评定合格的、用于指导产品施焊的焊接工艺评定文件。艺评定文件。焊接工艺规程是压力容器制造单位必须自行编制的重要工艺焊接工艺规程是压力容器制造单位
4、必须自行编制的重要工艺文件。文件。压力容器焊接技术培训工艺规程必须已经过焊接工艺评定验证其正确性和合理性。工艺规程必须已经过焊接工艺评定验证其正确性和合理性。编制焊接工艺规程的主要依据是相对应的焊接工艺评定报告。编制焊接工艺规程的主要依据是相对应的焊接工艺评定报告。焊接工艺评定的定义：是指为验证所拟定的焊件焊接工艺的焊接工艺评定的定义：是指为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。正确性而进行的试验过程及结果评价。4.2WPQ：焊接工艺评定（焊接工艺评定（weldingprocedurequalification）；为使）；为使焊接接头符合标准要求，对所拟定的焊接工艺进行验
5、证性试验焊接接头符合标准要求，对所拟定的焊接工艺进行验证性试验及结果评价过程。及结果评价过程。4.3PQR：焊接工艺评定报告（焊接工艺评定报告（procedurequalificationrecord）；记）；记载验证性试验结果，对拟定焊接工艺进行评价的报告。载验证性试验结果，对拟定焊接工艺进行评价的报告。压力容器焊接技术培训五、常用材料易产生的焊接缺陷及其设计方面的预防措施五、常用材料易产生的焊接缺陷及其设计方面的预防措施珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢的焊接冷裂纹，再热裂纹冷裂纹，再热裂纹奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接热裂纹热裂纹复合板结构焊接复合板结构焊接5.1珠光体耐热钢的焊接珠光
6、体耐热钢的焊接以以Cr-Mo为基加入少量为基加入少量VWNbTi的低中合金钢，具有很好的低中合金钢，具有很好的抗氧化性和热强性。的抗氧化性和热强性。主要问题是主要问题是HAZ的硬化、冷裂纹以及再热裂纹和回火脆化现的硬化、冷裂纹以及再热裂纹和回火脆化现象。象。常用的焊接方法有手弧焊、窄间隙埋弧焊等。焊接材料常用的焊接方法有手弧焊、窄间隙埋弧焊等。焊接材料US521-PF200,CMA-106N;H08Cr2.25-Mo1A+SJ602SJ603，R407B压力容器焊接技术培训正确选择预热温度和焊后退火温度以防止冷裂和消除近缝区正确选择预热温度和焊后退火温度以防止冷裂和消除近缝区硬化。硬化。冷裂纹
7、：是焊后冷至较低温度产生的，对于低合金高强钢，冷裂纹：是焊后冷至较低温度产生的，对于低合金高强钢，大约在大约在Ms附近，由于应力、淬硬组织和氢的共同作用产生。主附近，由于应力、淬硬组织和氢的共同作用产生。主要发生在中碳钢、高碳钢及合金结构钢的焊接接头，特别易于要发生在中碳钢、高碳钢及合金结构钢的焊接接头，特别易于出现在焊接热影响区。出现在焊接热影响区。冷裂纹有三种：冷裂纹有三种：延迟裂纹：不在焊后立即出现，有一定的孕育期、具有延迟现延迟裂纹：不在焊后立即出现，有一定的孕育期、具有延迟现象。主要决定于钢种的淬硬、倾向、接头应力状态、熔敷金属象。主要决定于钢种的淬硬、倾向、接头应力状态、熔敷金属中
8、扩散氢含量。中扩散氢含量。淬硬脆化裂纹：一些淬硬倾向很大的钢种，即没有氢的诱发，淬硬脆化裂纹：一些淬硬倾向很大的钢种，即没有氢的诱发，仅在拘束应力的作用下也能开裂。完全由冷却时仅在拘束应力的作用下也能开裂。完全由冷却时M相变产生脆相变产生脆性造成，没有延迟现象，可在焊缝也可在热影响区。性造成，没有延迟现象，可在焊缝也可在热影响区。压力容器焊接技术培训低塑性脆化裂纹：某些塑性较低的材料，焊接后冷却至低温时，低塑性脆化裂纹：某些塑性较低的材料，焊接后冷却至低温时，由于收缩力而引起的应变超过了材质本身所具有的塑性的储备由于收缩力而引起的应变超过了材质本身所具有的塑性的储备或材质变脆而产生裂纹。铸铁补
9、焊、硬质合金堆焊、高或材质变脆而产生裂纹。铸铁补焊、硬质合金堆焊、高Cr合金合金的焊接。无延迟现象。的焊接。无延迟现象。加氢设备设计制造中避免延迟裂纹应注意的焊接问题。加氢设备设计制造中避免延迟裂纹应注意的焊接问题。机理：内部缺陷提供了潜在裂源，在应力的作用下缺陷的前机理：内部缺陷提供了潜在裂源，在应力的作用下缺陷的前沿形成了三向应力区，氢向该区扩散并积聚，达到一定浓度时，沿形成了三向应力区，氢向该区扩散并积聚，达到一定浓度时，产生较大应力阻碍位错移动，所以变脆形成裂纹；产生较大应力阻碍位错移动，所以变脆形成裂纹；低合金高强钢易产生：低合金高强钢易产生：防止措施：防止措施：（1）冶金措施）冶金
10、措施1）改进母材的化学成分）改进母材的化学成分2）严格控制氢的来源）严格控制氢的来源压力容器焊接技术培训3）适当提高焊缝韧性）适当提高焊缝韧性4）选用低氢焊材和焊接方法）选用低氢焊材和焊接方法（2）工艺措施）工艺措施1）适当预热）适当预热2）严格控制焊接热输入）严格控制焊接热输入3）焊后低温热处理）焊后低温热处理4）采用多层焊）采用多层焊5）合理安排焊缝及焊接次序）合理安排焊缝及焊接次序主体焊缝的焊接主体焊缝的焊接纵缝的焊接（错边）纵缝的焊接（错边）环缝的焊接（错边，环缝的位置）环缝的焊接（错边，环缝的位置）封头拼版的焊接（成型方法，拼缝的位置，后热的性能）封头拼版的焊接（成型方法，拼缝的位置
11、，后热的性能）压力容器焊接技术培训主体焊缝可能是多种焊接方法焊接（反应器的两个封头焊缝，主体焊缝可能是多种焊接方法焊接（反应器的两个封头焊缝，裙座焊缝）裙座焊缝）三热：预热、后热、最终热三热：预热、后热、最终热阶冷试验阶冷试验不同部位用不同焊接方法进行耐热层堆焊不同部位用不同焊接方法进行耐热层堆焊充氢试验装置充氢试验装置5.2奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接热裂纹热裂纹热裂纹是在较高温度下产生的；热裂纹是在较高温度下产生的；热裂纹有三种热裂纹有三种结晶裂纹：焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的结晶裂纹：焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而不能及时填充
12、，在拉应力作用下发收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在拉应力作用下发生沿晶开裂。断面有氧化色，含杂质较多的合金和单相生沿晶开裂。断面有氧化色，含杂质较多的合金和单相A、镍、镍基合金、铝合金。基合金、铝合金。压力容器焊接技术培训高温液化裂纹：在熔合线附近的热影响区或多层焊的层间部位，高温液化裂纹：在熔合线附近的热影响区或多层焊的层间部位，在焊接热循环峰值温度的作用下，低熔共晶被重新熔化，在拉在焊接热循环峰值温度的作用下，低熔共晶被重新熔化，在拉应力的作用下沿应力的作用下沿A晶界发生开裂。主要发生在含有晶界发生开裂。主要发生在含有CrNi的高强的高强钢、钢、A钢、钢、Ni基合金的热影响区或多层
13、焊的层间。基合金的热影响区或多层焊的层间。SPSiC偏高偏高时，裂纹倾向高。时，裂纹倾向高。多边化裂纹：焊接时，当焊缝或熔合区温度处于固相线稍下的多边化裂纹：焊接时，当焊缝或熔合区温度处于固相线稍下的高温区间时，刚凝固的金属存在很多缺陷，在一定的温度和应高温区间时，刚凝固的金属存在很多缺陷，在一定的温度和应力作用下，这些晶格缺陷发生迁移和聚集，形成了二次边界力作用下，这些晶格缺陷发生迁移和聚集，形成了二次边界多边化边界，轻微的拉伸应力就会沿多边化的边界开裂。主多边化边界，轻微的拉伸应力就会沿多边化的边界开裂。主要发生在纯金属或单相要发生在纯金属或单相A合金的焊缝或热影响区。合金的焊缝或热影响区
14、。应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹：金属在某种特定的腐蚀介质与相应的水平的：金属在某种特定的腐蚀介质与相应的水平的拉伸应力的共同作用下产生的裂纹。拉伸应力的共同作用下产生的裂纹。应力腐蚀裂纹的防止措施：应力腐蚀裂纹的防止措施：采用双相不锈钢代替奥氏体不锈钢；采用双相不锈钢代替奥氏体不锈钢；压力容器焊接技术培训控制焊接残余应力的生产，可以防止应力腐蚀裂纹。控制焊接残余应力的生产，可以防止应力腐蚀裂纹。5.3复合板结构焊接的设计复合板结构焊接的设计保证错边量保证错边量1.5mm先焊基板一侧先焊基板一侧接近复层的过渡部分选用过渡层焊材接近复层的过渡部分选用过渡层焊材过渡层焊后热处理过渡层焊后热处理最后焊不锈
15、钢层最后焊不锈钢层基层焊后基层焊后RT、堆焊层、堆焊层PT6目前压力容器焊接新技术目前压力容器焊接新技术双相不锈钢的焊接双相不锈钢的焊接双相组织比例双相组织比例镍基合金的焊接镍基合金的焊接热裂纹热裂纹钛合金的焊接钛合金的焊接焊接保护焊接保护换热器管与管板焊接结构的新型设计换热器管与管板焊接结构的新型设计压力容器焊接技术培训6.1钛材复合板结构焊接的设计钛材复合板结构焊接的设计钛密度小（钛密度小（4.5g/cm3），在海水及大多数酸、碱、盐介质中），在海水及大多数酸、碱、盐介质中具有优良的抗腐蚀性能，良好的低温冲击性能；我国钛资源丰具有优良的抗腐蚀性能，良好的低温冲击性能；我国钛资源丰富，得以广
16、泛应用；富，得以广泛应用；钛和任何金属液态不能互溶，因此不能实现熔化焊；钛和任何金属液态不能互溶，因此不能实现熔化焊；钛从钛从250开始吸收氢，从开始吸收氢，从400开始吸收氧，从开始吸收氧，从600开始开始吸收氮，所以焊接时，不仅要保护熔池，还要保护高温固态金吸收氮，所以焊接时，不仅要保护熔池，还要保护高温固态金属及背保护；属及背保护；每条焊缝应设计检查孔；每条焊缝应设计检查孔；压力容器焊接技术培训压力容器焊接技术培训6.2双相不锈钢的焊接双相不锈钢的焊接双相组织比例双相组织比例点腐蚀试验条件点腐蚀试验条件焊接规范：焊接规范：I=60AU=14VV=90mm/min试验温度：试验温度：501
17、试验试剂：试验试剂：6%三氯化铁溶液三氯化铁溶液试验时间：试验时间：24小时小时双相不锈钢焊接应注意的问题双相不锈钢焊接应注意的问题材料国产和进口的问题（钢锭进口国内轧制）材料国产和进口的问题（钢锭进口国内轧制）焊接时控制冷却速度焊接时控制冷却速度加入适量的氮气可以促进加入适量的氮气可以促进A化化严格控制相比例严格控制相比例压力容器焊接技术培训6.3换热器管与管板焊接结构的设计换热器管与管板焊接结构的设计管头焊接质量影响管束寿命管头焊接质量影响管束寿命细节决定成败细节决定成败芯头材质会影响焊缝质量芯头材质会影响焊缝质量坡口质量的影响坡口质量的影响尺寸公差的影响尺寸公差的影响尺寸公差的检测尺寸公差的检测打底焊缝的影响打底焊缝的影响焊缝表面质量的影响焊缝表面质量的影响检测精度决定焊缝质量检测精度决定焊缝质量结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！22
