8A13S95不锈钢高压尿素设备管子与管板连接焊的焊接工艺评定解析.docx

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8A13S95不锈钢高压尿素设备管子与管板连接焊的焊接工艺评定解析

中国五环化学工程公司

工程设计标准：

8-A13S-95

不锈钢高压尿素设备管子与管板连接焊的焊接工艺评定

中国五环工程有限公司前身是创建于1958年的化学工业部第四设计院，原系国务院国资委直接管理的中国化学工程集团公司的全资子公司和化学工业领域重点骨干科技型企业，现为中国化学工程股份有限公司设计板块的旗下公司。

五环工程是具有工程建设项目全过程承包和管理功能的国际型工程公司。

公司拥有工程设计综合甲级资质和工程咨询、工程监理、工程造价咨询、建设项目环境影响评价等多项甲级资质，并享有对外工程咨询、工程设计及工程承包经营权，是首批获得全国AAA级信用企业资格的工程公司。

2

96.2

孙德元

刘佑义

王湘平

版次

日期

修改说明

编制

校对

审核

目录

1.

范围

2.

总则

3.

试板制备

4.

试样制备

5.

检验

6.

验收报告

7.

重新评定

1.范围

1.1本工程设计标准适用于高压汽提塔、高压冷凝器和高压洗涤器的管子与管板连接焊的焊接工艺评定。

如果焊接工艺合格，则意味着与之相关的焊工或焊接操作者以及焊接设备也是合格的。

1.2假若除了验证耐腐蚀性能以外的原因还必须进行其它方面焊接工艺评定,例如国家规范有要求时,这些焊接工艺评定项目应补充到本标准规定的评定中。

1.3制造厂应提交供审查和认可的焊接工艺说明书（WPS）。

当推荐其它替代的连接焊方法时,例如爆炸焊接或其它特别的连接方法时,卖方应将其焊接工艺说明书提交买方审查和认可。

2.总则

2.1管子与管板焊接组合由制造厂负责选定,并须通过买方审查。

对耐尿素腐蚀复合材料，管子与管板连接焊的可能组合形式如下表1所列:

表1

焊

接

第一层

到

第二

层*

GTAW+焊丝

SMAW

工艺

方法

手工焊

半自动焊

自动焊

手工焊

不加丝

手工焊

是

是

否

否

是

GTAW

半自动焊

是

是

是

否

是

自动焊

是

是

否

是

是

加丝

手工焊

是

是

否

否

是

GTAW

半自动焊

是

是

是

否

是

自动焊

是

是

否

是

是

SMAW

手工焊

是

否

否

否

是

焊

第二层

第三

层**

工艺

方法

手工焊

半自动焊

自动焊

手工焊

加丝

手工焊

是

是

否

否

GTAW

自动焊

否

否

是

否

SMAW

手工焊

是

是

否

是

注:

*

**

必须有第2层.仅有一层是不允许的。

第三层既不要求也不推荐。

采用两层就容易达到要求的焊接厚度。

2.2试板的焊接位置应与管板产品焊接时相同。

2.2.1管子与管板连接组合由卖方负责选定,并须通过买方审查。

可能的组合形式见表2所列:

表2

焊接

工艺

方法

位置

竖直

手工焊

垂直向上

最多分三段

半自动焊

顺时针

GTAW

自动焊

顺时针

最好至少能在四个象限中用安培数或脉冲自动调节

SMAW

不可能

---

禁止使用

水平

手工焊

平面

分两段

GTAW

半自动焊

平面顺时针

自动焊

平面顺时针

SMAW

手工焊

平面

分两步

2.2.2试板焊接所用的分段焊数包括起弧位置和终弧点应与产品管板焊接相同。

2.3焊机

2.3.1焊机是指焊接设备的总称,包括焊枪或焊接机头等。

2.3.2试验焊接和产品焊接所用焊机应为同一种设备。

2.4自动焊的附加要求

焊机的所有设定应列出,以作产品焊接时调整和核查用。

电压值和安培值（基准安培值和脉冲安培值）在焊接时应记录。

刻度值至少要求如下:

项目内容

刻度值

电压值

10mm/V

安培值

100mm/50A

记录纸速

30mm/min.

2.5焊接工艺评定试板的检验将由卖方和/或买方的检验员/材料工程师在卖方的实验室进行（卖方应编制试验报告）或由买方认可的独立实验室进行。

该检验的结果决定是否合格。

2.6如果设备产品焊接采用的焊接材料尺寸或炉号出现偏离时,焊接材料应在焊态下进行耐尿素腐蚀检验（包括裂纹和缺陷评定试验）。

2.7当发生下列任何一种变更时,要另作评定:

--焊接材料的商业牌号改变时;

--焊接材料的批号改变时;

--焊接材料的类型改变时;

--焊接材料的规格尺寸改变时;

--焊接方法改变时;

--焊接方法组合改变时;

--焊接方向改变时（例如:

改左边向上为右边向上）;

--焊接位置改变时;

--保护气体类型改变时;

--坡口设计改变时;

--保护气体的流量改变超过2升/分时;

--喷嘴尺寸改变时;

--电流种类（交流或直流）或极性改变时;

--安培或电压幅值改变时;

--比规定的最高层间温度高出20C时（最高允许的层间温度为150C）;

--对于管子与管板连接焊（耐腐蚀复层）如基层材料与实际产品用材不同时;

--当不能得到一份完整的焊接工艺评定报告时;

对于管子与管板自动连接焊,还应附加考虑下列变更因素:

--输送速度变化超过10%时;

--钨极的位置（=角度）改变时;

--钨极端点与管壁的间距改变时;

--钨极端点与管板的间距改变超过1mm时;

--钨极尖端的形状改变时;

--在焊接一周或焊接一周的一部分多个变化因素有一个发生变化时;

2.8只有合格的且有超过三个月以上管子与管板焊接经验的不锈钢焊工才允许进行试焊。

在试焊过程中,焊工应演示其更换和调整钨极的能力。

3.试板制备

3.1焊接试板的尺寸:

通常,堆焊的焊接工艺评定试板的一部分被用作管子与管板连接焊的工艺评定,见第6页图1。

当必须制备一个新的堆焊试板时,应根据经评定合格的焊接工艺进行堆焊。

焊接记录应完整。

焊接试板的尺寸见第7页图2。

3.2如第1.2节所述焊接工艺评定必须按进行时,此时上述规定的焊接试板的尺寸不够大,可通过加大试板尺寸或增加试板来满足要求。

3.3试板的复合层或堆焊层应与产品或用于堆焊工艺评定一致。

图1

图2

3.4管子与管板连接焊的焊接工艺评定

3.4.1高压冷凝器和高压洗涤器

3.4.1.1如果管子与管板焊缝间距相同，高压冷凝器和高压洗涤器顶端和底端的所有焊接数据可以相同。

这取决于焊接方法，无论是采用自动焊还是采用手工电弧焊。

3.4.1.2对于高压冷凝器和高压洗涤器,如果焊接方法相同,那么仅作一个符合高压冷凝器制作要求的工艺试验是可以接受的。

3.4.1.3对于高压冷凝器和高压洗涤器,如果焊接方法不同,那么就必须各做一个工艺试验。

3.4.1.4对于顶端和底端,在需焊的管子外围的试板上必须设障碍管。

3.4.2高压汽提塔（高压热交换器）

3.4.2.1当使用GTAW焊接时,如果顶端和底端的所有焊接参数（除管端伸出外）相同,此时用一块管端伸出为18-20mm的试板是可以接受的。

但是应焊一根伸出8mm的管子作为休氏试验试样。

在AGTAW或SMAW焊接情况下，则需不同的工艺评定。

3.4.2.2如果顶端与底端焊接数据不同,此时就必须各做工艺试验。

3.4.2.3对于顶端和底端,在需焊的管子外围的试板上必须设障碍管。

3.5焊接试验的布管图例见图3,同时表明必须钻出的附加孔数。

管间距、布管型式、孔的尺寸加公差以及焊接坡口应与汽提塔和高压冷凝器产品要求相同,当高压洗涤器的焊接数据与高压冷凝器不同时,其管间距、布孔型式、孔的尺寸加公差以及焊接坡口也应与高压洗涤器产品的要求相同。

需焊进的管子数目,对于管子与管板手工焊接最少为七根,对于管子与管板自动焊接最少为12根。

3.6层间温度为150C。

3.7试样的焊接应在车间条件下进行。

3.8管子与管板的连接焊不允许进行热处理。

3.9计划用于产品的材料炉批号应与焊接试验时所用的相同.如果没有产品管子,在事先征得买方检验部门同意的情况下也可以用将提供产品管的同一管子制造厂生产的且与产品管相同品质的管子。

3.10在试板上放管子时,买方检验员/材料工程师应在场.并应检查管孔、焊接坡口、管子的炉批号、直径、壁厚和管板表面状况。

3.11在下述日期之前三十天应通知买方检验部门:

---如果要制备新的堆焊试板,则在开始第一层堆焊焊接时;

---开始第二层堆焊焊接时;

---在管板安放管子并开始管子与管板的连接焊时;

3.12工艺试验试板的焊接应在买方的检验人员或材料工程师在场的情况下进行。

如有必要,在开始进行焊接之前应提供焊接工艺说明书和一份堆焊的焊接记录的复印件给买方的检验员查阅。

3.13如表3所示的焊接记录应在焊接过程中完成。

3.14对于管子与管板自动连接焊,须在焊接记录中附上一张焊接的管子布置简图,在该图中应注明以下内容:

---第一层和第二层的起始位置;

---更换过钨极的管子;

---焊接中断过的管子。

下述文件要求也应附在焊接记录中:

---焊接期间记录数据的复印件（,见2.4节）

---所列出的设定的复印件（见第2.4节）

表3

CWCEC工程号

试验报告编号

焊接记录

部门

WPS编号

堆焊WPS编号

试板编号

钢印/标记号

焊接工艺

堆焊材料

焊工姓名

焊接设备

管子材料

管子供应商

管子批号

管子尺寸

第一层

第二层

焊接材料

制造厂/供应商

焊接材料类型

焊接材料尺寸

焊接材料批号

保护气体：

类型和流量（l/min.）

使用气镜:

是/否

背面气体:

类型和流量（l/min.）

焊接位置

焊接方向

电流极性

安培值A

电压值V

钨极直径mm

钨极伸出长度mm

氩气喷嘴规格

焊接分段数

焊接时间/管子

秒

预热温度C

层间温度C

热处理C/小时

不允许

不允许

焊工姓名

焊接试验日期

焊接目睹检查:

姓名:

签字:

3.15中间检验

在完成的管子与管板连接焊评定试验焊缝上,最后一层焊缝应通过如下检验:

a）渗透试验:

不允许有缺陷显示;

b）铁素体检验:

见第5.2节。

4.试样制备

4.1试验试样及其在焊接试板中的部位如图3所示。

4.2图3中实例的说明如下:

试样编号

试样名称

焊接方法

I

休氏试验

手工焊

II

休氏试验

自动焊

V

金相裂纹和焊接缺陷

手工焊

VI

金相裂纹和焊接缺陷

自动焊

VII

“V”的断面

手工焊

VIII

“VI”的断面

自动焊

4.3在事先得到买方检验部门同意的情况下,不同于图3所示的试样布置是允许的,但试样的数量必须保持相同。

4.4用于休氏试验的试样,其形状和尺寸如图4和图5所示。

管子ODxt=25x2.5和ODxt=31x3mm

图3管板试样的管子布置图

管子ODxt=25x2.5mm,管间距36mm

图4休氏试样布置图

管子ODxt=31x3mm,管间距41mm

图5休氏试样布置图

5检验

5.1焊接材料的化学成份的检验是测定C,Ni,Cr,Mo,Mn,Si,P,S和N的含量。

检验结果应符合CWCEC工程设计标准30-A10S-95和14-A32S-95的要求。

5.1.1药皮电焊条

化学分析应给出第三层或第四层堆焊最低表面以下3mm熔敷金属元素的平均值。

5.1.2填充焊丝

填充焊丝的分析应在堆焊条件下取得。

5.2铁素体检验

5.2.1在试样的如下所述部位应进行铁素体含量检测.

---管子与管板连接焊表面

---管板耐腐蚀蚀层表面

5.2.2铁素体测量仅选用HelmuthFishcer仪器。

具体为铁素体仪M11-GAB1.3或MP3-GAB1.3型。

5.2.3焊接材料熔敷金属测定的铁素体含量不得超过0.6%。

5.3休氏试验

5.3.1休氏试验试样须从焊接试板上取出并按CWCEC工程设计标准8-A9S-95第3章的规定进行制备。

试样应体现实际焊接表面（复合层和管子与管板连接焊缝）。

试样要求按以下的5.3.2条所述。

5.3.2休氏试验试样要求见下表所示。

管子:

ODxt=25x2.5mm

管间距=36mm

管子:

ODxt=31x3mm

管间距=41mm

休氏试验试样简图

图4

图5

表面积计算

见表4

见表5

不适用于WPQ试验

（焊接工艺评定）

简图C

简图L

简图H带外伸（=H）8mm

简图M带外伸（=H）8mm

经机加工的休氏试验试样复合层厚度

最小3.0mm

最小3.0mm

外伸复合层表面的管子高度=H

应保持焊接试验时的状态（通常为6～8mm）

焊接方法

顶底相同时

应保持休氏试验试样焊接试验时的状态（通常为6～8mm）

顶底不同时

底端的焊接工艺评定:

应保持焊接试验时的状态（通常为6～8mm）。

顶端的焊接工艺评定:

伸出高度加工到6～8mm,或保持焊接时的状态。

简图尺寸变更

试样的长度和宽度允许变更,但需重新计算表面积

试样标记

用染色印记或用振动工具（通常1至3个数字或字符）

表4:

休氏试验试样表面积（cm2）,管子ODxt=25x2.5mm管间距36mm

简图

计算

方法

H=10

t0=3

10

2.5

8

3

8

2.5

6

3

6

2.5

A

（68x16-/4x202）x2

15.47

15.47

15.47

15.47

15.47

15.47

（68+16-20）x2xt0

3.84

3.20

3.84

3.20

3.84

3.20

x20（H+t0）

8.17

7.86

6.91

6.60

5.66

5.34

x25[H-2+2（t0-2）]

7.86

7.07

6.29

5.50

4.71

3.93

4x2.5xH

1.00

1.00

0.80

0.80

0.60

0.60

F=

36.34

34.60

33.31

31.57

30.28

28.54

B

（52x16-/4x202x0.75）x2

11.93

11.93

11.93

11.93

11.93

11.93

（52+16-20）x2xt0

2.88

2.40

2.88

2.40

2.88

2.40

x20（H+t0）x0.75

6.13

5.89

5.19

4.95

4.24

4.01

x25[H-2+2（t0-2）]x0.75

5.89

5.30

4.71

4.12

3.54

2.95

4x2.5xH

1.00

1.00

0.80

0.80

0.60

0.60

F=

27.83

26.52

25.51

24.20

23.19

21.89

C

（32x16-/4x202x0.5）x2

7.10

7.10

7.10

7.10

7.10

7.10

（32+16-10）x2xt0

2.28

1.90

2.28

1.90

2.28

1.90

x20（H+t0）x0.5

4.09

3.93

3.46

3.30

2.83

2.67

x25[H-2+2（t0-2）]x0.5

3.93

3.54

3.14

2.75

2.36

1.96

2x2.5xH

0.50

0.50

0.40

0.40

0.30

0.30

F=

17.90

16.97

16.38

15.45

14.87

13.93

D

（63.2x18-/4x202）x2

16.47

16.47

16.47

16.47

16.47

16.47

（63.2+18-20）x2xt0

3.67

3.06

3.67

3.06

3.67

3.06

x20（H+t0）

8.17

7.86

6.91

6.60

5.66

5.34

x25[H-2+2（t0-2）]

7.86

7.07

6.29

5.50

4.71

3.93

4x2.5xH

1.00

1.00

0.80

0.80

0.60

0.60

F=

37.17

35.46

34.14

32.43

31.11

29.40

E

（47.2x18-/4x202x0.75）x2

12.28

12.28

12.28

12.28

12.28

12.28

（47.2+18-20）x2xt0

2.71

2.26

2.71

2.26

2.71

2.26

x20（H+t0）x0.75

6.13

5.89

5.19

4.95

4.24

4.01

x25[H-2+2（t0-2）]x0.75

5.89

5.30

4.71

4.12

3.54

2.95

4x2.5xH

1.00

1.00

0.80

0.80

0.60

0.60

F=

28.01

26.73

25.69

24.41

23.37

22.10

表5:

休氏试验试样表面积（cm2）,管子ODxt=31x3mm管间距41mm

简图

计算

方法

H=10

t0=3

10

2.5

8

3

8

2.5

6

3

6

2.5

H

（77x18-/4x252）x2

17.90

17.90

17.90

17.90

17.90

17.90

（77+18-25）x2xt0

4.20

3.50

4.20

3.50

4.20

3.50

x20（H+t0）

10.21

9.82

8.64

8.25

7.07

6.68

x31[H-2+2（t0-2）]

9.74

8.77

7.79

6.82

5.85

4.87

4x3xH

1.20

1.20

0.96

0.96

0.72

0.72

F=

43.25

41.19

39.49

37.43

35.74

33.67

K

（59x18-/4x252x0.75）x2

13.87

13.87

13.87

13.87

13.87

13.87

（59+18-25）x2xt0

3.12

2.60

3.12

2.60

3.12

2.60

x25（H+t0）x0.75

7.66

7.37

6.48

6.19

5.30

5.01

x31[H-2+2（t0-2）]x0.75

7.31

6.58

5.85

5.11

4.38

3.65

4x3xH

1.20

1.20

0.96

0.96

0.72

0.72

F=

33.16

31.62

30.28

28.73

27.39

25.85

L

（36x18-/4x252x0.5）x2

8.05

8.05

8.05

8.05

8.05

8.05

（36+18-12.5）x2xt0

2.49

2.08

2.49

2.08

2.49

2.08

x25（H+t0）x0.5

5.11

4.91

4.32

4.12

3.54

3.34

x31[H-2+2（t0-2）]x0.5

4.87

4.38

3.90

3.41

2.92

2.44

2x3xH

0.60

0.60

0.48

0.48

0.36

0.36

F=

21.12

20.02

19.24

18.14

17.36

16.27

M

（71.5x20.5-/4x252）x2

19.49

19.49

19.49

19.49

19.49

19.49

（71.5+20.5-25）x2xt0

4.02

3.35

4.02

3.35

4.02

3.35

x25（H+t0）x0.75

10.21

9.82

8.64

8.25

7.07

6.68

x31[H-2+2（t0-2）]

9.74

8.77

7.79

6.28

5.85

4.87

4x3xH

1.20

1.20

0.96

0.96

0.72

0.72

F=

44.66

42.63

40.90

38.87

37.15

35.11

N

（53.5x20.5-/4x252x0.75）x2

14.57

14.57

14.57

14.57

14.57

14.57

（53.5+20.5-25）x2xt0

2.94

2.45

2.94

2.45

2.94

2.45

x25（H+t0）x0.75

7.66

7.37

6.48

6.19

5.30

5.01

x31[H-2+2（t0-2）]x0.75

7.31

6.58

5.85

5.11

4.38

3.65

4x3xH

1.20

1.20

0.96

0.96

0.72

0.72

F=

33.68

32.17

30.80

29.28

27.91

26.40

5.3.3休氏试验应遵循CWCEC工程标准8-A10S-95的1到4章的要求进行。

5.