固定式奥氏体不锈钢应变强化低温容器
焊接工艺评定方案
编制：
审核：
批准：
重庆中容石化机械制造有限公司
2015年10月
一、总则
奥氏体不锈钢具有良好的综合力学性能和优异的抗腐蚀性能及良好的低温使用性能，是一种应用广泛的压力容器用钢。通常奥氏体不锈钢屈服强度较低，屈强比小，按照现行的安全系数，其许用应力由材料的屈服强度决定，由实际应用经验证明，由此方法确定的材料许用应力与材料在低温使用条件下的强度值较大，因而导致设计的低温压力容器壁厚较厚、设备笨重，材料浪费严重，制造和运输成本较高。利用应变强化工艺，在确保奥氏体不锈钢原有力学性能不受大的影响的前提下，使材料发生一部分塑性变形，可以有效提高奥氏体不锈钢的屈服强度。采用应变强化后材料新的屈服强度设计的容器，其壁厚通常可以减薄30%～50%，有利于节省材料，降低制造成本及运输中的能耗，经济效益显著。 二、编制依据
奥氏体不锈钢应变强化低温容器焊接工艺评定，针对奥氏不锈钢应变强化前后力学性能的改变及本公司低温容器焊接接头的特点进行焊接工艺评定试验。按照Q/TCZR4207-2014《固定式奥氏体不锈钢应变强化低温容器》、GB150.1～150.4-2011《压力容器》、NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》、NB/T47016-2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》的规定及要求进行编制。
1、焊接工艺评定一般要求
1.1、焊接工艺评定试验应按NB/T47016-2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》规定；
1.2、焊接工艺评定应在本单位进行。焊接工艺评定所用设备、仪表应处于正常工作状态，金属材料、焊接材料应符合相应标准，由本单位操作技能熟练的焊接人员使用本单位设备焊接试件；
1.3、对接焊缝试件评定合格的焊接工艺适用于角焊缝；
1.4、在焊接本工艺评定前，应首先对本工艺评定提出相应的预焊接工艺规程，焊接工艺评定合格后，提出相应的焊接工艺评定报告；
1.5、焊接工艺评定方案的评定内容及结果应当由单位焊接责任工程师审核，技术负责人批准，经过监检人员认可后方可进行。 三、焊接工艺评定目的
1、本次焊接工艺评定，是为固定式奥氏体不锈钢应变强化低温容器焊接施工提供依据；
2、评定奥氏体不锈钢应变强化低温容器的所采用的焊接方法，坡口型式等一系列焊接参数；
3、验证奥氏体不锈钢应变强化后屈服强度较应变强化之前有较大的提高，为采用应变强化后新的屈服强度提供理论基础。 四、焊接工艺评定项目
本次焊接工艺评定试验材料将选取国产GB24511.S30408(δ=8和δ=12)和美国ASME材料SA-240.S30400(δ=8和δ=12)两种材料进行，以检验美国ASME材料和国产材料焊接参数及焊接材料。
由于固定式奥氏体不锈钢应变强化低温容器在制作过程中焊接方法多样（埋弧焊，焊条电弧焊，钨极氩弧焊），且试验又分为应变强化前和应变强化后。故决定了本次焊接工艺评定项目多样性与复杂性。下表1中，序号1~12为应变强化之前焊接工艺评定项目，序号13~24为应变强化之后焊接工艺评定项目。
表1 焊接工艺评定试验项目 序号 焊接方法 评定母材 母材规格 焊接位置 应1 SAW(埋弧焊) S30408 δ=8 平焊 变2 SAW(埋弧焊) S30408 δ=12 平焊 强3 SMAW(焊条电弧焊) S30408 δ=8 平焊 化4 SMAW(焊条电弧焊) S30408 δ=12 平焊 前5 GTAW(钨极氩弧焊) S30408 δ=8 平焊 试6 GTAW(钨极氩弧焊) S30408 δ=12 平焊 验7 SAW(埋弧焊) S30400 δ=8 平焊 项8 SAW(埋弧焊) S30400 δ=12 平焊 目 9 SMAW(焊条电弧焊) S30400 δ=8 平焊 10 SMAW(焊条电弧焊) S30400 δ=12 平焊 11 GTAW(钨极氩弧焊) S30400 δ=8 平焊 12 GTAW(钨极氩弧焊) S30400 δ=12 平焊 应13 SAW(埋弧焊) S30408 δ=8 平焊 变14 SAW(埋弧焊) S30408 δ=12 平焊 强15 SMAW(焊条电弧焊) S30408 δ=8 平焊 化16 SMAW(焊条电弧焊) S30408 δ=12 平焊 后17 GTAW(钨极氩弧焊) S30408 δ=8 平焊 试18 GTAW(钨极氩弧焊) S30408 δ=12 平焊 验19 SAW(埋弧焊) S30400 δ=8 平焊 项20 SAW(埋弧焊) S30400 δ=12 平焊 目 21 SMAW(焊条电弧焊) S30400 δ=8 平焊 22 SMAW(焊条电弧焊) S30400 δ=12 平焊 23 GTAW(钨极氩弧焊) S30400 δ=8 平焊 24 GTAW(钨极氩弧焊) S30400 δ=12 平焊 五、组织机构
本次工艺评定由技术、质量、生产、专业焊接管理人员、焊工、无损检测人员组成专业小组，负责本次焊接工艺评定的组织实施。焊接工艺评定焊接人员，必须由本公司熟练焊工进行焊接，并邀请驻厂监检人员现场监督指导。 表2 焊接工艺评定试验机构人员组成 序号 姓名 职务 单位 备注 1 王辉 总工程师 重庆中容石化机械制造有限公司 2 万天林 技术工程师 重庆中容石化机械制造有限公司 3 陈恩泽 质保工程师 重庆中容石化机械制造有限公司 4 牟红梅 焊接工程师 重庆中容石化机械制造有限公司 5 郎鄂 焊接工艺员 重庆中容石化机械制造有限公司 6 谢祖华 焊接技师 重庆中容石化机械制造有限公司 7 况小军 检验员 重庆中容石化机械制造有限公司 8 杨涛 无损检测工程师 重庆中容石化机械制造有限公司 六、焊接工艺评定 1、母材
奥氏体不锈钢应变强化焊接工艺评定试板(S30408 和S30400)，必须是按炉进行化学成分复验和按批进行力学性能复验合格的板材，且材料化学成分和力学性能分别符合表3表4规定。
表3 材料的化学成分 化学成分（%） C Si Mn P S Cr Ni N ≤0.08 ≤0.75 ≤2.00 ≤0.045 ≤0.030 18.0-20.0 8.0-10.5 ≤0.10 表4 材料的力学性能 0.2%屈服强度 1.0%屈服强度 抗拉强度 断后伸长率 RP0.2(Mpa) RP1.0(Mpa) RP1.0(Mpa) A(%) 温度 力学性能 20℃ ≥205 ≥250 ≥515 ≥40 -196℃ ≥300 ≥400 ≥1250 ≥30
以下表5~表8为焊接工艺评定各种材料各种厚度化学成分与力学性能表。
表5 S30408 δ8化学成份与力学性能表 0.2%屈服强度 1.0%屈服强度 抗拉强度 断后伸长率 RP0.2(Mpa) RP1.0(Mpa) RP1.0(Mpa) A(%) 温度 力学性能 20℃ 291 / 651 57.5 -196℃ ≥300 ≥400 ≥1250 ≥30 化学成分（%） C Si Mn P S Cr Ni N 0.05 0.48 1.21 0.031 0.001 18.12 8.04 0.05
表6 S30400 δ8化学成份与力学性能表 0.2%屈服强度 1.0%屈服强度 抗拉强度 断后伸长率 RP0.2(Mpa) RP1.0(Mpa) RP1.0(Mpa) A(%) 温度 力学性能 20℃ 270 / 650 57 -196℃ ≥300 ≥400 ≥1250 ≥30 化学成分（%） C Si Mn P S Cr Ni N 0.05 0.48 1.21 0.031 0.001 18.12 8.04 0.05
表7 S30408 δ12化学成份与力学性能表 0.2%屈服强度 1.0%屈服强度 抗拉强度 断后伸长率 RP0.2(Mpa) RP1.0(Mpa) RP1.0(Mpa) A(%) 温度 力学性能 20℃ 254 / 625 62 -196℃ ≥300 ≥400 ≥1250 ≥30 化学成分（%） C Si Mn P S Cr Ni N 0.06 0.47 1.09 0.025 0.001 18.03 8.01 0.01 表8 S30400 δ12化学成份与力学性能表 0.2%屈服强度 1.0%屈服强度 抗拉强度 断后伸长率 RP0.2(Mpa) RP1.0(Mpa) RP1.0(Mpa) A(%) 温度 力学性能 20℃ 284 / 649 61.0 -196℃ ≥300 ≥400 ≥1250 ≥30 化学成分（%） C Si Mn P S Cr Ni N 0.03 0.41 1.13 0.032 0.001 18.14 8.12 0.05 表5~表8可看出所选取评定试板均符合要求。焊接工艺评定试件尺寸规格的选取根据NB/T47016的规定及实际情况综合考虑，试件单边板尺寸为550mm×150mm（如图1所示），根据表1得出各种母材规格厚度如下表9所示。焊接工艺评定试板下料后经外观检查应无咬边、裂纹、表面气孔、焊渣、凹坑、焊瘤等缺陷。
表9 各种规格母材试板数量 序号 母材 规格(mm) 数量 1 S30408 550×150×8 12块 2 S30400 550×150×8 12块 3 S30408 550×150×12 12块 4 S30400 550×150×12 12块
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