低温钢焊接工艺标准.docx

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低温钢焊接工艺标准

1适用范围

本工艺标准适用于设计温度为-20℃～-196℃的低温设备、管道用的无镍低温合金钢和含镍钢的手工电弧焊、埋弧自动焊、手工钨极氩弧焊及熔化极气体保护焊的焊接施工。

2施工准备

2.1技术准备（施工标准、规范）

2.1.1《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235

2.1.2《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236

2.1.3《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501

2.1.4《石油化工低温钢焊接规程》SH3525

2.1.5《钢制低温压力容器设计规定》HG20585

2.1.6《钢制压力容器》GB150

2.1.7《压力容器安全技术监察规程》

2.1.8《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708

2.1.9《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709

2.1.10《压力容器无损检测》JB4730

2.1.11《焊条质量管理规程》JB3223

2.2作业人员

表2.2主要作业人员

序号

工种

技术鉴定证

安全操作证

其它资质

电焊工

中、高级

持证

低温钢项目焊工合格证

管工

中、高级

持证

铆工

中、高级

持证

气割工

中、高级

持证

热处理工

中、高级

持证

探伤检测人员

持证

操作持Ⅰ持证，评定持Ⅱ级证

注：

焊工合格证考核按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规侧》或《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236进行考试。

2.3材料检查验收

2.3.1低温钢钢板、钢管、管件及锻件

（1）低温钢钢板、钢管、管件及锻件应具有出厂合格证和质量证明书。

其检验项目及技术要求标准应符合国家标准或行业标准。

（2）低温钢钢板、钢管、管件及锻件材料入库前应核对材料牌号和质量证明书。

施工前应进行外观检查，其表面不得有裂纹、气泡、缩孔、重皮、夹渣等缺陷，否则应进行消除，消除深度不应超过材料的负偏差。

（3）用于制造压力容器受压元件的低温钢材，应进行复验，复验内容应按《钢制压力容器》GB150-98附录C规定。

（4）国外材料应符合合同规定的材料标准，并按相应材料标准进行复验。

（5）低温钢钢板、钢管及管件必须按要求进行低温夏比（V型缺口）冲击试验。

因材料截面尺寸太小无法制取5mm×10mm×55mm小尺寸试样可除外。

（6）低温夏比（V型缺口）冲击试验最低冲击功规定

表2.3.1（6）低温夏比（V型缺口）冲击试验最低冲击功规定

钢材标准抗拉强度下限值σbMpa

三个试样的冲击功平均值Akv.J

10mm×10mm×55mm

5mm×10mm×55mm

≤450

450＞σb≤515

515＜σb＜655

注：

试验温度下三个试样的冲击功平均值不得低于表中的规定；其中单个试样的冲击功可小于平均值，但不得小于平均值的70%

（7）低温钢钢板、钢管、管件及锻件的使用状态、冲击韧性试验及无损检测要求应符合国家标准或行业标准外还应符合设计文件的规定。

2.3.2焊接材料

（1）低温钢焊条应符合国家现行的《低合金钢焊条》GB5118。

（2）低温钢焊丝应符合国家现行的《气体保护电弧焊用碳钢,低合金钢焊丝》GB/T8110的规定，焊剂应符合国家现行规范标准。

（3）国外焊材应符合生产国相应的技术标准的要求。

（4）焊接材料入库时，应核查其质量证明书，同时检查包装状况，不得有破损、受潮、锈蚀等现象。

（5）焊条应按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量的复验，其检验方法按相应的焊条标准或技术要求。

（6）钨极气体保护焊所用的氩气应符合国家现行的标准《氩气》GB4842的规定，且纯度不应低于99.96%

2.4主要工机具

2.4.1设备

表2.4.1设备一览表

序号

机具名称

型号

备注

焊接电源

ZX5-（400-630）

可控硅式焊接或碳弧气刨用

焊接电源

ZX7-（250-400）

逆变式焊接使用

焊接电源

WS-（165-315）

可控硅式氩弧焊机

焊接电源

MZ-（500-1000）

埋弧焊用

焊材烘烤箱

ZYHC-（60-150）

烘烤和储藏焊条使用

空气等离子切割机

PS-99

切割厚度1～40mm

2.4.2各种设备性能应完好,电流电压等仪表应在检测周期内，焊接电源宜安放在通风的集装箱内。

2.4.3工具：

焊接面罩、焊条保温筒、清渣锤、钢丝刷、气割工具、角向磨光机。

2.5测量及计量器具

表2.5计量器具一览表

序号

器具名称

型号

备注

电流表

DM6056A

检测焊接电流、电压

温湿度表

JWS-A4

测量焊接区域及仓库温湿度

秒表

1/100sec

测量焊接速度用

风速计

AVM-01/03

测量焊接区域风速0～40m/s

红外测温仪

测量预热、后热温度0～1000℃

焊接检验尺

检测对口尺寸、焊缝外观尺寸

2.6作业条件

2.6.1焊接工艺评定覆盖率、焊工持证率应达到100%

2.6.2焊接环境应符合下列规定，否则应采取有效的预热和防护措施。

2.6.2.1环境温度＞0℃

2.6.2.2手工电弧焊时风速＜m/s、气体保护焊时风速＜2m/s

2.6.2.3相对湿度＜90%

2.6.2.4无雨、雪天气

3施工工艺

3.1工艺流程

3.1.1焊接施工工艺流程

3.1.2焊接工艺评定流程图

3.1.2.1低温钢压力容器、压力管道焊接工艺评定应执行《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708。

其余的也可执行《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236

3.1.2.2《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708和《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236中未包括的低温钢材，应按钢号分别进行评定。

3.1.2.3工艺评定的低温冲击试验合国家现行的标准《金属低温夏比冲击试验方法》，试验温度应低于或等于容器、管道的最低设计温度。

3.1.3焊工培训考核取证流程图

不合格

3.1.3.1从事低温钢压力容器、压力管道焊接的焊工，应按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》进行考试。

从事其它低温钢焊接的焊工也可按《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236第五条进行考试。

3.1.3.2焊工合格证的项目应覆盖该焊工参加焊接的工作内容。

且该焊工施焊工作必须在合格项目有效期内。

3.1.4焊材管理流程图

不合铬未用完焊条受潮二次烘干

3.1.4.1焊接材料入库时，应核查其质量证明书，同时检查包装状况，不得有破损、受潮、锈蚀等现象。

焊条应按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量的复验。

首次使用某厂或某牌号焊条宜进行焊接性能试焊，以鉴定焊材的工艺性能和探伤质量。

3.1.4.2焊材库应具备防潮、通风、保暖性能，并设温湿度计实施监控。

室内温度应在5℃以上，相对湿度不超过60％。

3.1.4.3焊材需分规格、型号及批号分列排放，做出标识。

焊材存放必须离地离墙300mm。

3.1.4.4焊材烘干设专职烘烤管理员

3.1.4.5焊接材料在烘干及保温时应严格按要求执行。

烘干焊条时应注意防止焊条因骤冷骤热而导致药皮开裂或脱落。

不同类型的焊接材料原则上应分别烘干，但烘干规范相同的不同类型焊接材料如同炉烘干时，必须间隔且有明显的标记。

3.1.4.6焊接材料的烘干规范可参照焊接材料说明书和焊接工艺的要求确定。

焊前要求烘干的焊接材料如烘干后在常温下搁置4小时以上，应再次烘干。

累计的烘干次数一般不宜超过2次。

3.1.4.7烘干后的焊接材料应存放在规定要求恒温温度的恒温箱内，并按不同型号、不同牌号、不同规格分别摆放，并设置明显标记。

3.1.4.8焊材烘烤管理员对焊接材料的烘干、保温、发放及回收应作详细记录。

3.1.4.9推荐焊接材料的烘干温度、保温时间。

表3.1.4.9推荐焊接材料的烘干温度、保温时间。

、

类别

牌号

温度（℃）

时间（h）

低温钢焊条

J507RH

400

W607

350

W607H

400

W707、W707Ni

350

W807、W907Ni

350

W107、W107Ni

350

烧结焊剂

SJ101

300~350

SJ102、SJ603

300~350

熔炼焊剂

HJ431

250

HJ250

300~350

3.2工艺操作过程

3.2.1焊材选用

3.2.2.1碳素钢、锰钢应选与母材成分份和性能相同或相近的（低氢型）高韧性材料，也可选用低镍合金焊材。

3.2.2.2含镍钢应选含镍量与母材成分（韧性）相同或稍高的焊接材料。

3.2.2.3异种低温钢焊接时，应选用低温韧性较高的钢材相匹配的焊条。

3.2.2.4常用低温钢推荐选用的焊条牌号

表3.2.2.4常用低温钢推荐选用的焊条牌号

钢号

手工电弧焊

埋弧焊

氩弧焊

焊条型号

焊条牌号

焊丝牌号

焊剂型号

焊丝牌号

09Mn2V

E5515-C1

W707Ni

H08Mn2MoVA

HJ250

ER55-C1

09Mn2VDR

E5515-C1

W707Ni

09MnD

E5015-G

W607

ER55-C1

09MnNiD

W707

H10Mn2A

YD507A

09MnNiDR

W707

H10Mn2A

YD507A

06MnNbDR

E5515-C2

W907Ni

ER55-C2

16MnD

E5015-G

J507RH

H10Mn2A

YD504A

ER55-C1

16MnDR

E5015-G

J507RH

H10Mn2A

YD504A

ER55-C1

15MnNiDR

E5015-G

W607

20MnMoD

E5516-G

J556RH

3.5Ni

E5015-C2L

W107/W107Ni

H05Ni3A

SJ603

ER55-C3

9Ni

Ni-Gr-Nb-Ti

InconeI82

70Ni-Mo-W-

3.2.2焊缝坡口形式、尺寸、加工方法及组对要求。

3.2.2.1焊缝坡口形式、尺寸应符合设计文件和焊接工艺指道书的规定。

3.2.2.2坡口面加工宜采用机械方法。

当采用火焰切割时，应清除过热层和氧化层，并将表面凹凸不平处打磨平整，火焰切割时环境温度应＞0℃，否则应进行预热。

3.2.2.3坡口表面应无裂纹、夹渣、分层等缺陷

3.2.2.4焊缝组对不得采用锤击等强制手段进行组装，不得在受压元件上刻划或敲打材料标记和焊工钢印。

3.2.2.5壁厚相同的管子、管件组对时，应使内壁平齐，其错边量应≤管壁厚度的10%，且≤0.5mm

3.2.2.6设备、容器筒体组对时A、B类焊接接头对口错边量b（见图）应符合下表规定。

表3.2.2.6设备、容器筒体组对时A、B类焊接接头对口错边量b的选择

对口处的名义厚度δn

按焊缝类别划分的对口错边量b

≤12

≤1/4δn

12＜δn≤20

≤3

≤1/4δn

20＜δn≤40

≤3

≤5

40＜δn≤50

≤3

≤1/8δn

＞50

≤1/6δn，且≯10

≤1/8δn，且≯20

注：

球形封头与圆筒连接的环向接头以及嵌入式接管与圆筒或封头对接连接的A类接头，按B类焊接接头的错边量要求。

3.2.2.7不同壁厚的管子或设备组对

当管道对口内壁错边量超过（本标准3.2.3.5条），或设备错边量超过（本标准3.2.2.6条）时，应按图规定削薄厚件边缘。

15°

δ1δ2δ1δ2

外壁尺寸不等内壁尺寸不等15°

3.2.2.8组装时卡具、临时支架、定位焊的工艺均应和正式焊接相同，

3.2.2.9手工电弧焊定位焊缝的尺寸见下表。

表3.2.2.8手工电弧焊定位焊缝的尺寸一览表

工件厚度（mm）

焊缝高度（mm）

焊缝长度（mm）

焊缝间距（mm）

≤4

＜4

＞5

50～100

5-20

≤0.7δn且≤6

＞10

100～300

＞20

＜8

＞50

250～400

3.2.2.10卡具、临时支架与母材接触部分材质应和母材相同或相近，夹具拆除应用砂轮磨除，严禁敲打。

3.2.2.11低温钢板、钢管下料时应做材料移置标识，以防止剩余材料错用。

3.3施工工艺参数

3.3.1预热

3.3.1.1焊前预温度应按设计要求或设计指定的施工验收规范及编制的焊接作业指导书规定进行。

3.3.1.2《石油化工低温钢焊接规程》SH3525推荐预热温度见下表

表3.3.1.2推荐预热温度

序号

厚度（mm）

钢材强度级别及预热温度

420MPa

490～530MPa

590MPa

690MPa

≤20

75～125℃

20＜δn＜25

50～100℃

100～150℃

25＜δn≤32

75～125℃

125～175℃

32＜δn≤38

50～100℃

100～150℃

150～200℃

＞38

75～120℃

125～175℃

150～200℃

注：

9镍钢＜50mm可不预热

3.3.1.3预热方法宜采用电加热法。

预热时应保证坡口两侧均匀受热。

3.3.1.4预热范围应以对口中心为基准，两侧各不小三倍焊件壁厚，且不小于100mm范围。

3.3.1.5低温钢焊前预热温度一般不宜过高，

3.3.1.6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。

3.3.1.7当焊件温度低于0℃时，所有未要求预热钢材的焊缝也应在始焊处100mm范围内预热15℃以上。

3.3.2焊接工艺参数

3.3.2.1焊接线能量的控制：

（1）焊接线能量公式为：

Q=IU/V×60

式中：

Q—焊接线能量（J/cm）；

I—焊接电流（A）；

U—电弧电压（V）；

V—焊接速度（cm/min）。

（2）低温钢焊接线能量控制范围应根据焊接工艺评定确定，一般推荐焊接铝镇静钢时线能量控制在20～40KJ/cm范围，焊接含镍钢时线能量控制在15～35KJ/cm范围。

3.3.2.2工艺参数

焊接工艺参数应根据焊接评定报告确定

表3.3.2.2

（1）推荐手工电弧焊焊接工艺参数

焊缝金属类型

焊条直径（mm）

焊接电流（A）

焊接电压（V）

电源极性

铁素体/珠光体

3.2

90～120

23～24

DC-

铁素体/珠光体

4.0

120～160

24～26

DC-

表3.3.2.2

（2）推荐埋弧自动焊的焊接工艺参数

温度级别

钢种

焊丝牌号

焊丝直径

焊剂

焊接电流（A）

焊接电压（V）

-40℃

16MnD

H10Mn2A

2.0

YD504A

260～400

36～42

H10Mn2A

5.0

YD504A

750～820

36～43

-70℃

09Mn2V

H08Mn2

MoV

3.0

HJ250

320～450

32～38

09MnTiCuR

表3.3.2.2（3）推荐手工钨极氩弧焊焊接工艺参数

钨极直径（mm）

焊接电流（A）

焊接电压（V）

电源极性

喷嘴直径（mm）

钨极伸出长度（mm）

氩气流量L/min

2.0

60～100

18～20

CD+

8～16

3～8

5～20

2.5

70～110

18～22

CD+

8～16

3～8

5～20

3.4施工过程应注意的问题

3.4.1焊接一般规定

3.4.1.1焊前应将坡口及两侧20mm范围内的油污、铁锈、污物清理干净。

3.4.1.2地线应于焊件接触牢固，焊接时在坡口内引弧，焊件表面不得有电弧擦伤等缺陷。

3.4.1.3焊接时应严格控制接线能量，在保证焊透及溶合良好的条件下，应选用小工艺规范，即小电流、短电弧、较快焊接速度和多层多道焊，层间温度不应过高。

3.4.1.4每道焊缝要尽量一次焊完，如因故中断应按工艺要求进行缓冷措施，重新焊接时应进行检查，确认无缺陷后方可按原工艺焊接。

3.4.1.5焊接收弧时应将弧坑填满，并用砂轮磨去弧坑缺陷。

多层焊时层间接头应错开30～50mm。

必要时焊缝完成后，宜对焊缝进行表面焊道退火处理。

3.4.1.6焊接时选用焊条直径不宜过大，焊接初层焊道焊条直径一般不超过3.2mm，填充和盖面直径一般不超过4mm。

3.4.1.7卡具、临时支架与母材接触部分材质应和母材相同或相近，夹具拆除应用砂轮磨除，严禁敲打。

3.4.1.8薄壁小直径低温钢管道采用钨极氩弧焊接，厚壁低温钢管道采用钨极氩弧焊打底。

当母材为含镍钢时宜在管内充氩保护或采用其它背面保护措施。

3.4.1.9根据钢材种类和焊接工艺规程需要进行后热处理的钢，焊缝完成后应立即后热，后热温度一般200℃～350℃，保温时间于壁厚有关，一般不低于0.5小时。

3.5施工环节及重要工序

3.5.1压力容器产品焊接试板

3.5.1.1低温压力容器每台至少应做产品焊接试板一块，试板的备制、数量、位置按GB150-98附录C《低温压力容器》第C4.5条款执行。

3.5.1.2产品试板的钢号、批号、规格、焊接及热处理工艺均应与容器壳板相同，试板应由施焊容器的焊工，在与容器焊接相同的条件下焊接（一般点固在容器筒体纵焊缝延线上焊接）；

3.5.1.3试板焊缝检验项目应和容器相同，容器有热处理要求的试板应与一起进行热处理。

3.5.1.4试样的尺寸、截取、试验方法及合格指标应符合《钢制压力容器焊接试板的力学性能检验》JB4744-2000的有关规定执行。

3.5.2焊缝内部缺陷的返修

3.5.2.1经射线或超声波检查的焊缝，发现超标缺陷时，应按检测结果分析缺陷性质、产生原因，并确定位缺陷所在部位（必要时可用超声复测），确定修补侧；

3.5.2.2内部缺陷的清除采用砂轮磨削或碳弧气刨的方法进行，当采用气刨清除时应用砂轮磨去渗碳层，修整刨槽至便于焊接形状，并经渗透探伤，确认缺陷完全清除后再进行焊补，

3.5.2.3压力容返修清除缺陷的深度不得超过容器厚度的2/3。

如达到2/3缺陷仍未完全清除时，应停止清除并进行焊补，然后从另一侧再次清除和焊补；修补焊缝的长度不得小于50mm，且返修后应按原探伤方法、要求检验合格；

3.5.2.4同一部位（焊缝内、外侧各作为一个部位）的修补不宜超过两次，对经过两次修补仍不合格的焊缝，应编制返修工艺，采取可靠的技术措施，经单位技术负责人批准后方可实施修补；

3.5.2.5焊接修补的部位、次数和检测结果应作好记录。

3.5.3焊后热处理

3.5.3.1焊后热处理应按设计要求或设计指定的施工验收规范及编制的焊接作业指导书规定进行。

3.5.3.2焊后热处理具体操作工艺执行《热处理施工工艺标准》的规定。

3.3.3.3同种材料不同的产品，不同的施工验收标准，焊后热处理稍有差别，这里只介绍《石油化工低温钢焊接规程》SH3525推荐焊后热处理条件下表。

表3.5.3.3《石油化工低温钢焊接规程》SH3525推荐焊后热处理条件

钢种

16MnR、16MnDR

09Mn2VDR

06MnNbDR

2.5Ni

3.5NI

9Ni

焊后热处理

温度（℃）

580-620

≥593

593-635

板厚小于等于50mm

不要求热处理

最少保温时间（h）

≥1/4

1/4

按厚度确定最少保温时间（h）

δ/25

4质量检验

4.1质量检验标准：

质量检验标准按设计要求或设计指定的施工验收规范的标准执行。

（一般情况可参照《钢制压力容器》GB150-98附录C和《石油化工低温钢焊接规程》SH3525）

4.2焊后检验。

（施焊前检验、焊接过程检验参照《通用部分焊接施工工艺标准》）。

4.2.1外观

4.2.1.1焊缝应与母材圆滑过度，焊缝表面不允许有裂纹、气孔、夹渣、飞溅、弧坑、咬边等缺陷。

4.2.1.2焊缝余高

（1）管道：

e≤1+0.1b,且≯3mm。

（2）压力容器：

A、B类焊缝余高不得大于焊件厚度10%，且不大于3mm。

4.2.1.3角焊缝焊脚高度不得低于设计要求，焊缝表面不得向外凸起，凸起部分应磨平。

4.2.1.4焊缝宽度以每侧超过坡口1～2mm为宜。

4.2.2硬度检验

4.2.2.1焊缝热处理后硬度检验的数量、合格标准应符合设计或设计指定规范标准的要求。

4.2.2.2硬度测定时应硬度计应选用无压痕式。

4.2.2.3一般情况下焊缝硬度值不宜超过母材布氏硬度值的25%。

4.3无损探伤

4.3.1无损探伤检测方法、检测数量、合格标准及要求应按设计规定或设计指定的检测标准（施工验收规范）执行。

4.3.2压力容器按GB150-98附录C《低温压力容器》第C4.6条款执行

4.3.3管道按《石油化工低温钢焊接规程》SH3525第6.2条款执行。

4.3.4设备或管道的表面探伤按《石油化工低温钢焊接规程》SH3525第6.2条款执行

4.3.5焊缝内部缺陷的无损检测应优先选用射线探伤方法，且符合国家现行的JB4730《压力容器无损检测》的规定。

4.3.6无损探伤检验应在焊接完成24小时后进行，且焊缝必须经外观检查合格；

4.4特殊工艺或关键控制点

表4.4特殊工艺或关键控制点

序号

关键控制点

主要控制方法

焊材

焊工使用焊条应携带保温筒，焊材使用、烘干、发放均应记录，做到有可追溯性。

风、雨、雪防护

室外作业，手工焊时风速＜8m/s、气体保护焊时风速＜2m/s、雨雪天应防搭设风棚

焊接线能量

严格遵循制定的焊接工艺参数施工，记录员随时测定并做，发现焊接线能量偏高立即通知焊工调整，同时层间温度不宜过高，防止焊接接接头晶粒长大，降低韧性。

焊缝返修

焊缝返应核准缺陷的位

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