焊接工艺评定任务书.docx
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焊接工艺评定任务书
316LN焊接工艺试验报告
编制：
校对：
审核：
芜湖造船厂
二○○二年九月
前言
根据中科院HT-7U焊接工程需要，对材料316LN进行了一系列焊接工艺评定试验。
由于线圈盒是在超低温下运行，材料的选用和试验没有专用的标准指导和经验可循，试验内容和项目均与中科院商定后进行。
分别进行了如下试验：
一CO2药芯焊丝气保焊堆焊试验
试验目的：
评价N、C等元素的符合性
由于焊接中CO2气体保护焊具有较大的优势，所以优先选用该种焊接方法。
为了满足低温下性能的要求，我们对广泰焊接材料有限公司生产的AS-316LN和天泰焊接材料有限公司生产的TFW-316LN药芯焊丝（直径为Φ1.2）在母材为316LN超低碳不锈钢板上进行堆焊试验，检测到的焊缝金属化学成分如下表：
焊缝金属化学成分表一
施焊焊材
C
Mn
Si
P
S
Ni
Cr
Mo
N
要求
≤0.03
≤2.0
≤1.0
≤0.046
≤0.015
11.0～14.0
16.5～18.5
2.50～3.06
0.12～0.22
AS－316LN
G
0.021
1.2
0.25
0.030
0.004
13.0
21.0
2.5
0.074
TWE-316LM2
T
0.022
2.8
0.18
0.027
0.008
14.1
17.2
2.5
0.12
由上可以看出，焊丝AS-316LN主要指标N含量很低，不能满足要求，而TFW-316LN含Mn偏高，，可以进入下一步试验。
二CO2药芯焊丝焊接试验
试验目的：
评价拍片性能和磁导率
对焊接材料的焊接工艺性能及磁导率是否满足要求，有必要在订货前对焊缝金属及周边区域磁导率进行测试，在当时316LN材料相当紧张的情况下，我们采用焊丝TFW-316LM2焊接316LN，试板规格为δ20×80×390一付，经X光射线探伤，为Ⅰ级片，磁导率测试结果为μ＜1.01。
三CO2药芯焊丝气体保护焊焊接工艺试验
试验目的：
评价各项焊接性能
3.1焊接工艺规程
Ⅰ母材的钢种和厚度
钢种:
超低碳奥氏体不锈钢牌号:
316LN厚度:
33mm
Ⅱ焊接材料表二
焊接材料
牌号
规格
制造厂
焊丝
TFW-316LM2
Φ0.9
天泰焊材工业股份有限公司
Φ1.2
气体
CO2
≥99.9
Ⅲ焊接设备表三
设备名称
型号
特性
制造厂
气体保护焊机
PanaKRⅡ350
平特性
松下电器
XC500
日本大坂
Ⅳ.焊接接头
接头形式:
对接坡口型式:
X型.
坡口加工方法:
机械加工背面清根:
刨削.
试板尺寸:
33×160×510焊接位置:
平.
试板长度方向应与钢板的轧制方向一致。
接头图：
焊前对坡口区域进行了除油、水处理。
Ⅴ.各种焊接的规范参数如下：
表四
编号
焊接方法
焊缝层次
焊接程序
电源极性
焊接位置
焊丝直径（mm）
焊道
电弧电压（V）
焊接电流（A）
焊接速度（mm/min）
气体流量（L/min）
1
半自动CO2气体保护焊
多层单道焊
直流反极性
平
正面
Φ1.2
1--
8
31－33
180-210
160—210
20
反面
Φ1.2
1’—5’
2
多层多道焊
正面
Φ0.9
1—13
14
30－32
130-160
300—360
200
18
反面
Φ0.9
1’
2’—12’
300
300—360
3.2试验项目
由于线圈盒是在超低温下状态运行，试验按照JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》要求进行了常态下试验和检测，但部分常温状态下试验根据实际情况采取减量测试，超低温性能由中科院进行测试。
3.2.1试验与检查项目（每付试板）表五
试验与检查种类
试验温度
数量
备注
外观检查
全长
射线探伤
全长
横向拉力试验
常温
2
弯曲试验
侧弯
常温
4
冲击试验
焊缝区
常温
3
热影响区
常温
3
横向拉伸试验
4K
（-269℃）
3
磁导率
μ≤1.01.
化学成分
测定C、Mn、Si、P、S、Ni、Cr、Mo、N
注：
①半自动CO2气体保护焊中对多层多道焊各项性能指标预先测试，多层单道焊暂缓执行。
由于在后面的测试结果多层多道焊性能指标未能通过，因此多层单道焊机械性能测试也就没有继续进行。
②由于受我厂目前探伤设备所限，试板焊后再加工成23mm板厚。
3.2.2试样取样
上述取样图为示意图，仅供参考。
3.2.3试样尺寸
a.横向拉力试样
6.3
hk───焊缝最大宽度mm;
S───试样厚度mmS=23mm;
W───试样受拉平行侧面宽度，大于或等于25mm;
h------夹持部分长度，根据试验机夹具而定，mm。
注：
超低温纵向位伸和横向位伸试样与上类似，S=1.5～3mm,W=15mm
b.侧弯试样
B-----试样宽度（试件厚度方向）mm，23mm
c.冲击试样
3.3试验检查结果
各试验项目结果具体见下表六、表七。
表六
检查项目
检查结果
外观检查
焊缝表面成形均匀，平滑地向母材过渡，无裂、焊瘤和咬边等有害缺陷。
（焊缝未加工前检查）
Ｘ射线探伤
按GB3323-87标准执行，均为Ⅰ级合格片。
多层单道焊试板编号01-1、01-2；多层多道焊试板编号02-1、02-2。
横向拉力试验
（常温）
抗拉强度
（N/mm2）
635；635。
弯曲试验（常温）
d=40;α=180°
侧弯
断裂。
冲击试验（常温）
Akv（J）
焊缝中心
46．
热影响区
270；285。
横向拉伸试验（超低温）
抗拉强度
σb（Mpa）
1117;1119;1142.
屈服强度σ0.2（Mpa）
858;832;873.
延伸率
δ（%）
8.5;7.8;11.0.
磁导率
μ<1.01。
焊缝金属化学成分表七
施焊焊材
C
Mn
Si
P
S
Ni
Cr
Mo
N
要求
≤0.03
≤2.0
≤1.0
≤0.046
≤0.015
11.0～14.0
16.5～18.5
2.50～3.06
0.12～0.22
TFW－316LM2
G
0.03
3.66
0.27
0.022
0.009
13.4
17.49
2.8
0.0865
四TS－316LN焊条手工电弧焊焊接工艺试验
试验目的：
评价各项焊接性能
4.1焊接工艺规程
Ⅰ母材的钢种和厚度
钢种:
超低碳奥氏体不锈钢牌号:
316LN厚度:
23mm
Ⅱ焊接材料表八
焊接材料
牌号
规格
制造厂
焊条
TS-316MN
Φ3.2
天泰焊材工业股份有限公司
Ⅲ焊接设备表九
设备名称
型号
特性
制造厂
直流电焊机
AX-320-1
陡降外特性
上海电焊机厂
Ⅳ.焊接接头
接头形式:
对接坡口型式:
X型.
坡口加工方法:
机械加工背面清根:
刨削.
试板尺寸:
23×150×350焊接位置:
平.
试板长度方向应与钢板的轧制方向一致。
接头图：
焊前对坡口区域进行了除油、水处理。
Ⅴ.焊接规范参数如下：
表十
编号
焊接方法
焊缝层次
焊接程序
电源极性
焊接位置
焊丝直径（mm）
焊道
电弧电压（V）
焊接电流（A）
焊接速度（mm/min）
1
手工电弧焊
多层多道焊
直流反极性
平
正面
Φ3.2
1-8
22-24
120-130
150—200
反面
Φ3.2
1’—15’
22－24
120-130
200--300
4.2试验项目
由于试板较短，试样取样按3.2中说明对常温下试验项目有所减少，其它试验要求及试样加工尺寸均同3.2中各条款。
试验与检查项目表十一
试验与检查种类
试验温度
数量
备注
外观检查
全长
射线探伤
全长
横向拉力试验
常温
2
弯曲试验
侧弯
常温
2
冲击试验
焊缝区
常温
3
横向拉伸试验
4K
（-269℃）
3
化学成分
测定C、Mn、Si、P、S、Ni、Cr、Mo、N
磁导率
μ≤1.01.
4.3试验检查结果
焊缝金属化学成分表十二
施焊焊材
C
Mn
Si
P
S
Ni
Cr
Mo
N
要求
≤0.03
≤2.0
≤1.0
≤0.046
≤0.015
11.0～14.0
16.5～18.5
2.50～3.06
0.12～0.22
TS－316LN
第一次
0.05
5.95
0.70
0.011
0.005
15.1
17.4
2.17
0.0500
改进后
0.03
1.76
0.32
0.022
0.009
13.6
17.67
2.8
0.1248
表十三
检查项目
检查结果
外观检查
焊缝表面成形均匀，平滑地向母材过渡，无裂、焊瘤和咬边等有害缺陷。
Ｘ射线探伤
按GB3323-87标准执行，均为Ⅰ级合格片。
试板编号为03。
横向拉力试验
（常温）
抗拉强度
（N/mm2）
545；590。
弯曲试验（常温）
d=40;α=180°
侧弯
断裂。
冲击试验（常温）
Akv（J）
焊缝中心
38;43;43．
横向拉伸试验（超低温）
抗拉强度
σb（Mpa）
1028;1093;1048.
屈服强度σ0.2（Mpa）
897;807;863.
延伸率
δ（%）
5.4;16.4;5.35.
磁导率
μ<1.01。
五CO2药芯焊丝气体保护多层多道焊焊接工艺试验
由于02号板施焊有一定的焊接缺陷及试样加工尺寸出错，因此重新烧焊04号板以评价拍片及焊接性能。
5.1焊接工艺规程
Ⅰ母材的钢种和厚度
钢种:
超低碳奥氏体不锈钢牌号:
316LN厚度:
23mm
Ⅱ焊接材料表十四
焊接材料
牌号
规格
制造厂
焊丝
TFW-316LM2
Φ0.9
天泰焊材工业股份有限公司
气体
CO2
≥99.9
Ⅲ焊接设备表十五
设备名称
型号
特性
制造厂
气体保护焊机
PanaKRⅡ350
平特性
松下电器
Ⅳ.焊接接头
接头形式:
对接坡口型式:
X型.
坡口加工方法:
机械加工背面清根:
刨削.
试板尺寸:
23×150×350焊接位置:
平.
试板长度方向应与钢板的轧制方向一致。
接头图：
焊前对坡口区域进行了除油、水处理。
Ⅴ.各种焊接的规范参数如下：
表十六
编号
焊接方法
焊缝层次
焊接程序
电源极性
焊接位置
焊丝直径（mm）
焊道
电弧电压（V）
焊接电流（A）
焊接速度（mm/min）
气体流量（L/min）
1
半自动CO2气体保护焊
多层多道焊
直流反极性
平
正面
Φ0.9
1—9
30－32
130-150
180—210
18
反面
Φ0.9
1’—7’
30－32
140-160
160--200
试验项目、试样取样、尺寸、试验结果见3.2、3.3。
X光射线探伤，按GB3323评定，为Ⅰ级片，试板编号为04.
六CO2药芯焊丝气体保护焊角接焊焊接工艺试验
试验目的：
熟悉及检测着色检验，及判定着色检验效果的可靠性
6.1焊接工艺规程
Ⅰ母材的钢种和厚度
钢种:
超低碳奥氏体不锈钢牌号:
316LN厚度:
23mm
Ⅱ焊接材料
表十七
焊接材料
牌号
规格
制造厂
焊丝
TFW-316LM2
Φ0.9
天泰焊材工业股份有限公司
气体
CO2
≥99.9
Ⅲ焊接设备表十八
设备名称
型号
特性
制造厂
气体保护焊机
PanaKRⅡ350
平特性
松下电器
Ⅳ.焊接接头
接头形式:
角接坡口加工方法:
机械加工.
背面清根:
刨削焊接位置:
平角接.
试板尺寸:
23×115×220（面板）、23×115×220（腹板）
接头图：
焊前除去焊缝区域油、水等污物。
Ⅴ.焊接规范参数如下：
表十九
编号
焊接方法
焊缝层次
焊接程序
电源极性
焊接位置
焊丝直径（mm）
焊道
电弧电压（V）
焊接电流（A）
焊接速度（mm/min）
气体流量（L/min）
1
半自动CO2气体保护焊
多层多道焊
直流反极性
平角
正面
Φ0.9
1—4
25－27
130-150
180—210
15--18
反面
Φ0.9
1’—5’
注：
试验每烧焊一层着色检验一次。
6.2试验项目
试验刨去面板至与腹板焊缝位置进行X光射线照相，按GB3323评定为1级片，说明着色检验效果与X光射线探伤检验的一致性。
磁导率μ<1.01.
七SANDVIK公司焊条对接焊试验
试验目的：
评价各项焊接性能
7.1焊接工艺规程
Ⅰ母材的钢种和厚度
钢种:
超低碳奥氏体不锈钢牌号:
316LN厚度:
23mm
Ⅱ焊接材料表二十
焊接材料
牌号
规格
制造厂
焊条
25.22.2LMnB
Φ3.2
SANDVIK公司
Ⅲ焊接设备表二十一
设备名称
型号
特性
制造厂
直流电焊机
AX-320-1
陡降外特性
上海电焊机厂
Ⅳ.焊接接头
接头形式:
对接坡口型式:
X型.
坡口加工方法:
机械加工背面清根:
刨削.
试板尺寸:
23×150×350焊接位置:
平.
试板长度方向应与钢板的轧制方向一致。
接头图：
焊前对坡口区域进行了除油、水处理。
Ⅴ.焊接规范参数如下：
表二十二
编号
焊接方法
焊缝层次
焊接程序
电源极性
焊接位置
焊丝直径（mm）
焊道
电弧电压（V）
焊接电流（A）
焊接速度（mm/min）
1
手工电弧焊
多层多道焊
直流反极性
平
正面
Φ3.2
1-9
22-24
100-120
160—220
反面
Φ3.2
1’—9’
22－24
100-120
200--240
7.2试验项目
由于焊条较少，焊接试板较短，试样取样按3.2中说明对常温下试验项目有所减少，其它试验要求及试样加工尺寸均同3.2中各条款。
试验与检查项目表二十三
试验与检查种类
试验温度
数量
备注
外观检查
全长
射线探伤
全长
横向拉伸试验
常温
0
弯曲试验
侧弯
常温
1
冲击试验
焊缝区
常温
0
横向拉伸试验
4K
（-269℃）
3
纵向拉伸试验
1
化学成分
测定C、Mn、Si、P、S、Ni、Cr、Mo、N
磁导率
μ≤1.01.
7.3试验检查结果
表二十四
检查项目
检查结果
外观检查
焊缝表面成形均匀，平滑地向母材过渡，无裂、焊瘤和咬边等有害缺陷。
Ｘ射线探伤
按GB3323-87标准执行，均为Ⅰ级合格片。
试板编号为06。
横向拉力试验
（常温）
抗拉强度
（N/mm2）
---
弯曲试验（常温）
d=40;α=180°
侧弯
完好。
冲击试验（常温）
Akv（J）
焊缝中心
---．
横向拉伸试验（超低温）
抗拉强度
σb（Mpa）
1172;1211;1199.
屈服强度σ0.2（Mpa）
860;---;944.
延伸率
δ（%）
18.3;---;21.0.
横向拉伸试验（超低温）
抗拉强度
σb（Mpa）
1453;1370
屈服强度σ0.2（Mpa）
985;816
延伸率
δ（%）
30.4;35.7
磁导率
μ<1.01。
焊缝金属化学成分表二十五
施焊焊材
C
Mn
Si
P
S
Ni
Cr
Mo
N
要求
≤0.03
≤2.0
≤1.0
≤0.046
≤0.015
11.0～14.0
16.5～18.5
2.50～3.06
0.12～0.22
25.22.2LMnB
0.03
3.5
0.38
0.015
0.008
23.5
24.3
2.7
0.16
工艺性能：
引弧性好，脱渣性较差，应属于碱性药皮,来样焊条有一定程度偏心。
八ESAB公司焊条对接焊试验
8.1焊接工艺规程
Ⅰ母材的钢种和厚度
钢种:
超低碳奥氏体不锈钢牌号:
316LN厚度:
23mm
Ⅱ焊接材料表二十六
焊接材料
牌号
规格
制造厂
焊条
OK64.63
Φ3.2
ESAB公司
Ⅲ焊接设备表二十七
设备名称
型号
特性
制造厂
直流电焊机
AX-320-1
陡降外特性
上海电焊机厂
Ⅳ.焊接接头
接头形式:
对接坡口型式:
X型.
坡口加工方法:
机械加工背面清根:
刨削.
试板尺寸:
23×150×350焊接位置:
平.
试板长度方向应与钢板的轧制方向一致。
接头图：
焊前对坡口区域进行了除油、水处理。
Ⅴ.焊接规范参数如下：
表二十八
编号
焊接方法
焊缝层次
焊接程序
电源极性
焊接位置
焊丝直径（mm）
焊道
电弧电压（V）
焊接电流（A）
焊接速度（mm/min）
1
手工电弧焊
多层多道焊
直流反极性
平
正面
Φ3.2
1-8
22-24
100-120
160—190
反面
Φ3.2
1’—
12’
22－24
100-120
200--250
8.2试验项目
由于焊接试板较短，试样取样按3.2中说明对常温下试验项目有所减少，其它试验要求及试样加工尺寸均同3.2中各条款。
试验与检查项目表二十九
试验与检查种类
试验温度
数量
备注
外观检查
全长
射线探伤
全长
横向拉伸试验
常温
0
弯曲试验
侧弯
常温
1
冲击试验
焊缝区
常温
0
横向拉伸试验
4K
（-269℃）
3
纵向拉伸试验
1
化学成分
测定C、Mn、Si、P、S、Ni、Cr、Mo、N
磁导率
μ≤1.01.
8.3试验检查结果表三十
检查项目
检查结果
外观检查
焊缝表面成形均匀，平滑地向母材过渡，无裂、焊瘤和咬边等有害缺陷。
Ｘ射线探伤
按GB3323-87标准执行，均为Ⅰ级合格片。
试板编号为08。
横向拉力试验
（常温）
抗拉强度
（N/mm2）
---
弯曲试验（常温）
d=40;α=180°
侧弯
完好。
冲击试验（常温）
Akv（J）
焊缝中心
---．
横向拉伸试验（超低温）
抗拉强度
σb（Mpa）
1189;1225;1251.
屈服强度
σ0.2（Mpa）
---
延伸率
δ（%）
13.9;25.7;26.5.
横向拉伸试验（超低温）
抗拉强度
σb（Mpa）
1197
屈服强度
σ0.2（Mpa）
---
延伸率
δ（%）
27.5
磁导率
μ<1.01。
焊缝金属化学成分表三十一
施焊焊材
C
Mn
Si
P
S
Ni
Cr
Mo
N
要求
≤0.03
≤2.0
≤1.0
≤0.046
≤0.015
11.0～14.0
16.5～18.5
2.50～3.06
0.12～0.22
OK64.63
0.035
2.60
0.50
0.019
0.010
15.8
18.0
2.92
0.14
工艺性能：
引弧性好，脱渣性较好，熔池流动性较好，应属于弱碱性药皮。
九SANDVIK和ESAB公司焊条立对接试验
焊接基本规程同上。
１ 第一次试验焊缝拍片均不满足要求，据实际情况分析，对焊条的立对接还需通过试验进一步掌握其特性。
２ 第二次试烧立焊缝，由于SANDVIK公司焊条不够，仅施焊了ＥＳＡＢ公司生产的焊条，拍片结果一张为Ⅰ级片，一张有部分夹渣，评定为Ⅲ级片。
常温下试验正在进行中，结果附后。
十结论
由上述试验结果可以看出，焊丝TWE-316LM2和焊条TS-316LN施焊由于常温下弯曲指标不合格。
焊条25.22.2LMnB和焊条OK64.63施焊指标与要求比较接近，可以考虑采用。
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