对接与角焊缝焊接工艺评定试件的检验要求

原创 胡伟明  2021-06-07 20:56:00  阅读 62 次 评论 0 条
摘要:

力学性能试验取样和检验要点《固定式压力容器安全技术监察规程》2.2.6要求:“用于压力容器受压元件的焊接材料,应当保证焊缝金属的力学性能满足母材标准规定的下限值,冲击吸收能量满足本规程表2-1的规定;当需要时,其他性能也不得低于母材的相应要求”。要保证焊缝金属的力学性能满足母材标准规定的下限值,首要的是焊接材料熔敷金属的力学性能满足母材标准规定的下限值。对于焊制压力容器,从压力容器安全可靠服役出发,要求焊接接头性能不能低于母材,要求对接焊缝焊接工艺评定试件力学性能检验的合格指标基本上都与母材作对

力学性能试验取样和检验要点

《固定式压力容器安全技术监察规程》2.2.6要求:“用于压力容器受压元件的焊接材料,应当保证焊缝金属的力学性能满足母材标准规定的下限值,冲击吸收能量满足本规程表2-1的规定;当需要时,其他性能也不得低于母材的相应要求”。要保证焊缝金属的力学性能满足母材标准规定的下限值,首要的是焊接材料熔敷金属的力学性能满足母材标准规定的下限值。对于焊制压力容器,从压力容器安全可靠服役出发,要求焊接接头性能不能低于母材,要求对接焊缝焊接工艺评定试件力学性能检验的合格指标基本上都与母材作对比,在取样位置和试验方法上也必须充分考虑这些因素,尽可能与母材一致。

焊接试件力学性能检验,实质是检验试件焊接接头性能,焊接接头包括焊缝区、熔合区和热影响区。在焊接接头中以热影响区最为复杂,可控制调整的焊接工艺因素少、性能也往往最低,是焊接接头中的薄弱环节,是焊接试件检验的重点部位。韧性指标是焊接接头的重要力学性能指标,而冲击韧性试验是一种较敏感的试验方法,通过测定焊接接头的冲击韧性,可以判定焊接工艺变化,因此不仅要强调焊缝区冲击韧性试验,而且要进行热影响区冲击韧性试验。

压力容器设计标准中都普遍要求焊接接头性能不低于母材。母材力学性能检验是按照相关标准在规定部位取样的,其试验结果具有典型性、普遍性和公正性。因此对接焊缝焊接工艺评定试件力学性能取样位置也应尽量与母材保持一致。

采用一种或多种焊接方法或一种或多种焊接工艺完成一条焊缝,在实际生产中并不少见,焊接工艺评定试件的力学性能检验,也必须考虑到这种组合焊接情况。当用组合焊接完成焊接工艺评定试件时,试件中每一种焊接方法、每一种焊接工艺所形成的焊缝金属和热影响区都应当得到拉伸试验、冲击试验和弯曲试验的检验。

对接焊缝焊接工艺评定试件力学性能试样取样位置和检验要点则是要保证焊接接头的力学性能满足母材标准规定的下限值,取样位置也应尽量与母材保持一致。

对接焊缝试件和试样的检验

1.试件检验项目

外观检查、无损检测、力学性能试验和弯曲试验。

2.检验要求

外观检查和无损检测结果不得有裂纹。

3.力学性能试验和弯曲试验

(1)力学性能试验和弯曲试验项目和取样数量除另有规定外,应符合NB/T47014标准表11规定。

(2)当规定进行冲击试验时,仅对钢材和含镁量超过3%的铝镁合金焊接接头进行夏比V型缺口冲击试验,铝镁合金焊接接头只取焊缝区冲击试样。

(3)当试件采用两种或两种以上焊接方法(或焊接工艺)时,拉伸试样和弯曲试样的受拉面应包括每一种焊接方法(或焊接工艺)的焊缝金属和热影响区;当规定进行冲击试验时,对每一种焊接方法(或焊接工艺)的焊缝金属和热影响区都要经受冲击试验的检验。

(4)拉伸试样和弯曲试样尺寸,根据相关标准或技术条件确定允许公差。

4.力学性能试验和弯曲试验的取样要求

(1)取样时,一般采用冷加工方法,当采用热加工方法取样时,则应去除热影响区。

(2)允许避开焊接缺陷、缺欠制取试样。

(3)试样去除余高前允许对试样进行冷校平。

(4)板状对接焊缝试件和管状对接焊缝试件取样位置按照NB/T 47014标准图2、3规定。

5.拉伸试样取样和加工要求

(1)试样的焊缝余高应以机械方法去除,使之与母材齐平。

(2)厚度小于或等于30mm的试件,采用全厚度试样进行试验。试样厚度应等于或接近试件母材厚度T。

(3)当试验机受能力限制不能进行全厚度的拉伸试验时,则可将试件在厚度方向上均匀分层取样,等分后制取试样厚度应接近试验机所能试验的最大厚度。等分后的两片或多片试样试验代替一个全厚度试样的试验。

(4)拉伸试样的形式见NB/T 47014标准的图4~图7。

6.拉伸试验和合格指标

(1)试样母材为同一金属材料代号时,每个(片)试样的抗拉强度应不低于“本标准规定的母材抗拉强度的最低值”,而不是以前所要求的不低于“母材钢号标准规定值的下限值”。

①钢质母材规定的抗拉强度的最低值,等于其标准规定的抗拉强度的下限值。

②铝质母材

类别号为Al-1、Al-2、Al-5的母材规定的抗拉强度的最低值,等于其退火状态标准规定的抗拉强度的下限值。

类别为Al-3的母材规定的抗拉强度的最低值见NB/T47014表12。

③钛质母材规定的抗拉强度的最低值,等于其退火状态标准规定的抗拉强度的下限值。

④铜质母材规定的抗拉强度的最低值,等于其退火状态与其他状态标准规定的抗拉强度下限值中的较小值。

当挤制铜材在标准中没有给出退火状态下规定的抗拉强度下限值时,可以按原状态下标准规定的抗拉强度下限值的90%确定,或按试验研究结果确定。

⑤镍质母材规定的抗拉强度最低值,等于其退火状态(限Ni-1类、Ni-2类)或固溶状态(限Ni-3类、Ni-4类、Ni-5类)的母材标准规定的抗拉强度下限值。

(2)试样母材为两种金属材料代号时,每个(片)试样的抗拉强度应不低于本标准规定的两种母材抗拉强度的最低值中的较小值。

(3)若规定使用室温抗拉强度低于母材的焊缝金属,则每个(片)试样的抗拉强度应不低于焊缝金属规定的抗拉强度的最低值。

(4)上述试样如果断在焊缝或熔合线以外的母材上,其抗拉强度值不得低于本标准规定的母材抗拉强度的最低值的95%,而不再是以前所要求的“单片试样其最低值不得低于母材钢号标准规定值下限的95%(碳素钢)或97%(低合金钢和高合金钢)”。

(5)分层取样后,拉伸试样合格指标不再是取平均值,而应是每个(片)试样抗拉强度不低于本标准规定的母材抗拉强度的最低值。

由于NB/T 47014标准中的母材不仅是钢材,还包括有色金属材料如铝、铜等。母材只是对焊前而言。母材经焊后,熔合区和热影响区内的组织、成分、性能等与原始状态相比较均已发生了变化。因此,熔合区和焊接热影响区内的材料已经不是焊前材料,他们的抗拉强度合格指标,不能再用材料“标准规定值的下限值”来衡量,而只能用NB/T47014规定的“本标准规定的母材抗拉强度最低值”来衡量。为简化起见,钢质母材的抗拉强度最低值与钢材标准规定值的下限值相等:而对于Al、Cu、Ni等有色金属母材抗拉强度最低值为材料退火条件下的抗拉强度值。

7.弯曲试样

(1)弯曲试样的形式见NB/T 47014标准的图8和图9。

(2)弯曲试样加工要求:试样的焊缝余高应采用机械方法去除,面弯、背弯试样的拉伸表面应加工齐平,试样受拉伸表面不得有划痕和损伤。

8.弯曲试验和合格指标

焊接接头弯曲试验按GB/T 2653和NB/T 47014标准表13规定的试验方法测定焊接接头的完好性和塑性。

(1)弯曲试样最大厚度,对于钢材、镍材和部分铝材为10mm,对于部分铝、铜材为3mm。

(2)弯曲试验结果与表面加工粗糙度有关,只有表面加工质量一致,试验结果才有可比性;除NB/T 47014标准表13序号1~4所列的母材类别外,对于断后伸长率A标准规定值下限小于20%的母材,若按表13序号5规定的弯曲试验不合格,而其实测值小于20%,则允许加大弯心直径重新进行试验,此时弯心直径等于S(200-A)/(2A)(A为断后伸长率的规定值下限乘以100),支座间距等于弯心直径加(2S+3) mm。

(3)弯曲角度应以试样承受载荷时测量为准。

(4)横向试样弯曲试验时,焊缝金属和热影响区应完全位于试样的弯曲部分内;组合评定时,应进行侧弯试验。

(5)合格指标:对接焊缝试件的弯曲试样弯曲到规定的角度后,其拉伸面上的焊缝和热影响区内,沿任何方向不得有单条长度大于3mm的开口缺陷,试样的棱角开口缺陷一般不计,但由未熔合、夹渣或其他内部缺欠引起的棱角开口缺陷长度应计入。

若采用两片或多片试样时,每片试样都应符合上述要求。

9.冲击试验及合格指标

(1)冲击试样的取样位置见NB/T 47014标准的图10,试样纵轴线应垂直于焊缝轴线,缺口轴线垂直于母材表面,焊缝区试样的缺口轴线应位于焊缝中心线上,热影响区试样的缺口轴线至试样纵轴线与熔合线交点的距离k>0,且应尽可能多的通过热影响区。

(2)冲击试样的形式、尺寸和试验方法按照GB/T 229的规定。当试件尺寸无法制备标准试样(宽度为10mm)时,则应依次制各宽度为7.5mm或5mm的小尺寸冲击试样。

(3)冲击试验温度应不高于钢材标准规定的冲击试验温度。

(4)钢质焊接接头每个区3个标准试样为一组的冲击吸收功平均值应符合设计文件或相关技术文件规定,且不应低于NB/T 47014表14中的规定值,至多允许一个试样的冲击吸收功低于规定值,但不得低于规定值的70%。

(5)含镁量超过3%的铝镁合金母材,试验温度应不高于承压设备的最低设计金属温度,焊缝区3个标准试样为一组的冲击吸收功平均值,应符合设计文件或相关技术文件规定,且不应小于20J,至多允许一个试样的冲击吸收功低于规定值,但不得低于规定值的70%。

(6)宽度为7.5mm或5mm的小尺寸冲击试样的冲击功指标,分别为标准试样冲击功指标的75%或50%。

(7)冲击温度试验

通常讲的冲击试验温度为“常温”没有标准规定的范围,不规范。在GB/T 229《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》中提出了“室温冲击试验”这个概念,该标准规定,“对于试验温度有规定的,应在规定温度±2℃范围内进行。如果没有规定,室温冲击试验是在23℃±5℃度范围进行”。

NB/T 47014标准要求,焊接工艺评定试件冲击试验温度不高于钢材标准规定的温度;对于含镁量超过3%的铝镁合金,试验温度不高于承压设备的最低设计金属温度,不仅合理而且操作性强。

对于原以20R、16MnR或者Q245R、Q345R等钢材(钢材标准规定冲击试验温度为0℃)为母材,按照JB 4708-2000标准进行对接焊缝焊接工艺评定,并以“常温”或“室温”进行冲击试验的,当冲击吸收功满足NB/T47014标准规定的合格指标时,可不增焊冲击韧性试件进行焊接接头0℃冲击试验,原有焊接工艺评定仍然继续有效。适用温度范围大于等于0℃。这是因为此类钢材的焊接接头在0℃的冲击吸收功与0℃~35℃的冲击吸收功变化不大,没有大的差别。

但如果设计文件或者用户要求焊接工艺评定要做小于0℃的冲击试验时,则应按照要求进行小于0℃的冲击试验。


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