焊接及NDE.docx

焊接及NDE.docx

《焊接及NDE.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《焊接及NDE.docx（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

焊接及NDE

第一节焊接的基本知识

焊接在承压类特种设备制造中占重要地位，在容器制造中，焊接工作量占整个工作量的30%以上。

焊接质量对承压设备产品质量和使用安全可靠性有直接影响许多承压类设备事故都源于焊接缺陷。

因此在承压类特种设备制造中焊接占重要地位。

一、承压类特种设备常用的焊接方法

1、焊条电弧焊

（1）定义：

是利用焊条与焊件之间的电弧热，将焊条及部分焊件熔化而形成焊缝的焊接方法

（2）特点：

设备简单，便于操作，适用于室内外各种位置的焊接，可以焊接碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢等各种材料。

在承压设备中应用非常广泛。

同时它的缺点是生产效率低，劳动强度大，对焊工的技术水平及操作要求较高。

2、埋弧自动焊

（1）定义：

焊接过程中，主要的焊接操作如引燃及熄灭电弧、送进焊条（焊丝）、移动焊条（焊丝）或工件等都是由机械自动完成者，叫自动电弧焊。

自动电弧焊中，电弧被埋在焊剂层下面燃烧并实施焊接的，叫埋弧自动焊。

（2）与手工焊条电弧焊相比，埋弧自动焊有下列优点：

（a）生产效率高

（ｂ）焊接接头获得良好的组织与性能，同时焊缝外形光滑美观。

（ｃ）节省金属材料和电能。

（ｄ）劳动强度得到很大的改善。

缺点：

（ａ）设备比较昂贵

（ｂ）焊接位置受限，一般总是在平焊位置焊接。

（ｃ）接头加工与安装较为严格。

３、氩弧焊

（１）定义：

以惰性气体作为保护气体的一种电弧焊接方法。

根据电极是否熔化又分为不熔化极氩弧焊及熔化极氩弧焊；不熔化极氩弧焊又称为钨极氩弧焊，（是我们常用的一种焊接方法）它以钨棒作电极，在氩气保护下，靠钨极与工件间产生的电弧热，熔化基本金属进行焊接。

钨极氩弧焊电弧稳定，可使用小电流焊接薄工件，并可单面焊双面成型，避免根部未焊透。

因此在特种设备制造中常用于焊接薄工件和单面焊接时的打底焊。

（ＧＢ１５０１０．２．３条规定：

对容器直径不超过８００ｍｍ的圆筒与封头的最后一道环向封闭焊缝，当采用不带垫板的单面焊对接接头，且无法进行ＲＴ或ＵＴ时，允许不检测，但需采用气体保护焊打底。

）

（２）优点：

适用于焊接各种钢材、有色金属及合金，焊接质量优良；电弧和熔池用气体保护，清晰可见，便于实现全位置自动化焊接；电弧在保护气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小，焊接速度较快，热影响较小，工件焊接变形较小；电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，成型美观。

缺点：

成本高，设备和控制系统比较复杂，生产效率较低。

４、ＣＯ２气体保护焊、等离子弧焊及电渣焊（略）

二、焊接接头

1、定义：

焊接接头：

由两个或两个以上零件要用焊接组合或已经焊合的接头。

（GB/T3375焊接术语）

检验焊接接头性能时，应考虑焊缝，熔合区及热影响区，甚至母材等不同部位的相互影响。

2、接头形式

在压力容器中，焊接接头作为整个受压部件一起承受工作压力、载荷、温度和化学介质的腐蚀。

因此，焊接接头作为整个受压部件或压力容器不可分割的组成部分，在不同的工作环境下的抗断裂性能、抗疲劳性能、抗高温蠕变及回脆性、抗氢脆及应力腐蚀性能等，对压力容器的运行可靠性和工作寿命起着决定性的影响。

控制压力容器的焊接质量，就是为了获得质量优良的焊接接头，而压力容器焊接接头的设计是获得优质焊接接头的先决条件

焊接接头设计的基本准则如下：

（a）焊接接头与母材的等强性

（b）焊接接头与母材的等塑性

（c）焊接接头的工艺性

（d）焊接接头经济性。

焊接接头形式分对接、搭接、角接及T型接头，每一种接头又有不同的坡口形式。

2.1对接接头：

将两金属件放置于同一平面内（或曲面内）使其边缘相对，沿边缘直线（或曲线）进行焊接的接头

（a）对接接头是最常见，最合理的接头形式，因为对接接头处结构基本是连续的，承载后应分布比较均匀，压力容器常用对接接头。

（b）对接接头的坡口形式分为：

不开坡口（SMAW3mm以下SAW14mm以下）V形、X型、Y、双U

压力容器焊接中多用不开坡口I，

V形坡口加工方便，由于沿厚度方向焊缝不对称，焊后常造成变形较大，相对同厚度的X型坡口，多消耗近1倍的焊材

X型坡口，加工较为复杂，由于结构对称，角变形小，焊材消耗也少。

2.2搭接接头：

（略）

2.3.角接接头及T字接头

两构件成直角或一定角度，而在其连接边缘焊接的接头称为角接头接头，两构件成T字形焊接在一起的叫T字接头。

常用于特种设备的接管、法兰、管子、管板等焊接。

角接接头及T字接头，在接头处构件结构是不连续的，承载后应力分布比较复杂，应力集中较为严重，因而管板、平封头与管体连接时，常将角接接头转化为对接接头。

2.4压力容器焊接结构特点：

GB150-98《钢制压力容器》将容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类。

焊接接头分类见图1：

A类焊接接头：

⑴、圆筒部分的纵向接头；

⑵、凸形封头的拼接接头；

⑶、球形封头与圆筒连接的环向接头；

⑷、嵌入式接管与壳体对接连接的接头。

B类焊接接头

⑴、壳体部分除A类外的环向接头；

⑵、锥形封头小端与接管连接的接头；

⑶、长颈法兰与接管连接的接头。

C类焊接接头

⑴、平盖、管板与圆筒非对接连接的接头；

⑵、法兰与壳体、接管连接的接头；

⑶、内封头现圆筒的搭接接头。

D类焊接接头

接管、人孔、凸缘补强圈等与壳体连接的接头，但规定为A、B类的焊接接头除外。

A、B类焊接接头的焊接结构应采用全焊透的双面对接接头形式。

如因结构只能从单面焊接时，也可采用单面开坡口的接头形式，但必须保证形成相当于双面焊的全焊透对接形式。

为此，采用氩弧焊打底焊接工艺或在焊缝背面加临时衬垫或固定衬垫，采用经评定合格证的焊接工艺保证根部全焊透。

C类焊接接头

（a）此类焊接接头分局部焊透T形接头和全焊透的T形接头两种类型。

其中局部焊透这种结构主要用于法兰与圆筒或法兰与接管的连接。

但这种焊接必须在法兰内外双面进行封焊，因为这样一是可以防止变形，二是保证了法兰所要求的刚度;全焊透的结构主要用于封头与圆筒或管板与圆筒相接的C类接头

（b）C类焊接接头的焊接结构特点要求：

全焊透要求双面焊背面须清根，单面焊根部要氩弧打底或加垫方式。

GB150-98要求C类焊缝应与母材圆滑过渡，焊角高度在图样无规定时，取焊件的较薄者。

D类焊接接头

在压力容器结构中，D类焊接接头的受力条件要比A、B类接头复杂得多。

壳体上开孔不仅造成壳体强度的削弱，而且开孔边缘还会引起相当高的应力集中。

受结构及尺寸的原因，D类焊缝进行内部无损检测通常比较困难。

所以对此类接头焊接工艺要求更高。

在JB4708-2000对此类焊缝的焊评，要求不仅有确保接头的力学性能的对接焊评，当无法进行检测内部缺陷，而制造单位又没有足够力确保焊接质量时，而且还要求增加制作型式试验。

D类焊接接头的典型结构通常分如下几种结构：

插入式接管全焊透T形接头；插入式接管非全焊透T形接头带补强圈的插入式接管全焊透T形接头；安放式接管角接头；凸缘与壳体角焊接接头。

GB150-98要求D类焊缝应与母材圆滑过渡，焊角高度在图样无规定时，取焊件的较薄者。

补强圈的厚度不小于8mm时，其焊脚等于补强圈厚度的70%

3、焊接接头的组成：

3.1焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区

焊接接头是焊接结构中最落弱的环节：

（a）焊缝金属存在缺陷；破坏金属的连续性和致密性

（b）接头区性能下降；塑性韧性下降造成脆性破坏

（c）结构应力水平提高；焊后残余拉伸应力的局部集中，使应力水平升高，造成断裂。

3.2焊接接头的组织和性能

焊接接头从液态冷却到固态，期间经历两次结晶组织成分不均匀，性能不稳定。

提示：

焊缝余高不能增加整个焊接接头的强度，余高造成结构的不连续性，导致应力集中，使焊接接头的疲劳强度下降。

4、焊接应力与变形

4.1焊接应力与变形的定义（略）

4.2焊接应力与变形的危害

（a）降低装配的焊接质量

（b）降低接头性能及结构的承载能力，缩短使用寿命

（c）增加制造成本

（d）导致裂纹和低应力，脆性破坏事故的产生

4.3焊接变形和应力的形成

焊接变形和应力是由许多因素同时造成的，其中最主要因素：

（1）焊件上温度分布不均匀

（2）熔敷金属收缩

（3）焊接接头组织转变及工件的刚性约束等

4.4焊接应力的控制措施

控制内应力的方法其基本要点有两个：

使焊接件上热量尽量均匀和尽量减少对焊缝自由收缩

通常采用的工艺措施

（a）合理的装配与焊接顺序（对于板先短后长，先纵后环）

（b）焊前预热（预热既能减少各个部位的温差，又能减缓冷却速度，是降低焊接残余应力的有力措施之一）

（c）结构设计合理（对称布置焊缝倒退焊等）

4.5消除焊接应力的方法：

a、热处理法（焊后消除应特种设备常用）

b、机械法

c、振动法

三、承压设备常用钢材的焊接：

1、焊接性的定义；

钢材的焊接性：

被焊钢材在采用一定的焊接方法，焊接材料、焊接规范参数及焊接结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难易程度。

所谓优质焊接接头包括制造上和使用上两方面的意义，从制造上说，所形成的焊接接头是完整的，没有裂纹等缺陷；从使用上来说，焊接接头的力学性能符合设计要求，能够满足使用。

即焊接性能包括2个方面

（1）工艺焊接性（又称抗烈性）是指焊接接头出现各种裂纹的可能性

（2）使用焊接性：

是指焊接接头在使用中的可靠性包括焊接接头的力学性能（强度、塑性、韧性硬度及抗裂扩展能力等）和其他特殊性能（如耐热、耐腐蚀、耐低温、抗疲劳、抗时效等）

2、影响焊接性的因素

（1）钢材的化学成分

（2）焊接方法

（3）构件类型及使用要求等因素

3、控制焊接质量的工艺措施

承压类特种设备使用最多是低合金高强度钢，低合金高强度钢的焊接最重要的原则是：

避免淬硬组织和控制冷裂纹，所采用的措施除了合理选用焊接材料外，主要是控制焊接工艺，常用工艺措施有：

（1）.预热降低各区的冷却速度减少淬硬组织的形成

降低残余应力，减少应力集中，有利于氢从焊缝中逸出

（SA387Gr12。

20MnMnS=100焊接）

（2）.焊接线能量：

Q=UI/V

能量参数是指V、I、U

能量参数通常以热输入线能量即单位长度焊缝上的热能来表达，线能量影响焊缝和热影响区的冷却速度，由此也影响低合金钢和中合金的淬硬程度和氢的扩散速度以及焊接残余应力水平，最终影响到接头的冷裂倾向。

低合金钢焊接时，适当增大线能量，可以提高接头抗裂性，但要注意避免奥氏体晶粒粗化

低温钢及铬镍奥氏体不锈钢焊接时要尽量采用小焊接线能量尽可能的降低焊接热输入量。

（3）.多层多道焊

（4.）紧急后热（有延迟裂纹倾向的）

冷裂纹存在一定的潜伏期（延迟裂纹）后热温度300~600℃（消氢处理）不同于焊后热处理

（5）焊条烘烤和坡口清洁

主要是为了减少气孔的形成

4、低碳钢的焊接

用于承压类特种设备制造的低碳钢，主要有：

Q235B钢管20#及专用20R、20

4.1低碳钢的焊接性

（1）低碳钢含碳量低WC〈０.４％除冶炼时脱氧加入SiMn等，不含其他元素，焊接工艺性好，有一定塑性韧性。

（2）塑性好，无淬硬组织，对焊接加热及冷却不敏感，焊缝和热影响区不易产生冷裂纹。

（3）焊前一般不预热，但对于大厚度结构或在低温时施焊可适当预热

（4）杂质少，偏析很小，不易形成低熔点共晶，所以对热裂纹不敏感。

（5）工艺不当时，可能会使热影响区晶粒长大。

易出现魏式组织造成钢冲击韧性断面收缩降低

4.2焊接方法及焊材

常用SMAW、SAW

SMAW常配E43型焊条，20#通常用E4303；Q235B、20R通常用E4315

SAW常配H08A配HJ430或HJ431焊剂

4.3工艺措施

焊接工艺措施

焊前一般不预热，焊后不进行热处理；但在低温及大厚度条件下施焊可以预热，预热温度一般为100℃左右。

5、低合金钢的