继续新版47015变化及分析。
11.1.7 不锈钢-钢复合板覆层修复
11.1.7.1 先去掉覆层,再将基层表面去掉1.0 mm~2.0 mm厚度,如图6所示,具体深度由堆焊焊接工艺评定来确定。
"具体深度由堆焊焊接工艺评定来确定。"为新标准中新增的内容。基层表面去掉深了,过渡层相对会焊得厚些,此内容对应11.6.2条中的“过渡层焊缝金属厚度由焊接工艺评定来确定”,笔者在W89 NB/T 47015—2023 变化汇总及分析14(11 复合金属制压力容器焊接规程02)中结合ASME标准对相关内容进行过分析,有兴趣的同行可以查看。
另11.1.7.1条规定基层表面去掉1.0 mm~2.0 mm,本来就是一个很小的范围,具体多少厚度还要由焊接工艺评定来确定,笔者个人感觉似无必要。
11.1.7.2 WPS中应限制耐蚀层堆焊部分的深度,以保证基层的强度。
此条内容与11.6.2条中的“过渡层焊缝金属厚度由焊接工艺评定来确定”对应。
11.1.7.3 按WPS规定,先堆焊过渡层,再焊接覆层,焊后磨平修光堆焊表面,修复堆焊层与覆层厚度相同范围内的化学成分应符合覆层焊缝金属要求。
此条内容与旧标准一致。对于常见的覆层厚度为3mm的不锈钢-钢复合板,如覆层修复时将基层表面去掉1mm,此时通常过渡层和覆层各焊接一层,有些情况下是难以保证修复堆焊层满足覆层的化学成分的,笔者在47014主要变化与分析(二)的讲解视频中对此有较为详细的介绍。这里放下PPT及讲解文本。
当焊材化学成分偏下限或堆焊总厚度不够时,有时无法保证堆焊层化学成分满足面层堆焊焊材的化学成分的合格指标。
专业是焊接的同行都知道稀释率这个概念,非焊接专业的可能不清楚。简单的说,稀释率指的是焊缝金属中被熔化的母材所占的比例。
左边的图中焊缝金属由4部分组成,A和B是熔化的母材,将A与B相加,除以整个焊缝金属的截面积,就得到了稀释率。不同的焊接方法的稀释率是不同的,根据图中的文献,常见的焊条电弧焊的稀释率最小是20%,稀释率与母材厚度、坡口形式、焊接电流等相关,我们暂时可以定实际产品堆焊时焊条电弧焊的稀释率在20-30%之间。
我们平时买的焊材,质保书中给的化学成分都是未经稀释的焊缝金属的数据,为了尽可能减少母材稀释的影响,标准中规定焊条要堆焊至少5层,然后再在上面取样进行化学分析。我们平时碰到的复合板,很多时候覆层也就3mm厚,实际焊接时过渡层堆焊1层,表面堆焊1层。焊材厂给出的是堆焊5层后的数据,产品堆焊面层很多时候就1层,堆焊厚度这么薄,会不会实际产品达不到规定的合格指标呢,确实存在这种可能性。
我们举个法兰内壁堆焊的例子,法兰材质为16Mn,采用焊条电弧焊,过渡层焊条选用E309L,面层焊条选用E308L。上方是这两种焊条的化学成分的合格指标,如果我们采购的焊条,Cr,Ni含量都是走下限的话。在稀释率20%的情况下,过渡层和面层都焊接1层,最终焊缝金属的Cr含量为17.92,接近E308L焊条规定的Cr含量合格指标的下限;Ni含量为9.12,达到了E308L焊条规定的Ni含量合格指标的下限。如果稀释率变为了30%,那数据会更难看些,Ni,Cr含量都达不到E308L焊条规定对应元素的下限。
现在假设我们采购的两种焊条的Cr、Ni含量都提高0.5%,我们看下得到的数据。比原来的要好些,但是当稀释率为30%的时候,Cr含量还是有些偏低。
刚才不是Cr含量偏低吗,那我们现在将这两种焊条的Cr都提高1%,Ni含量还是只提高0.5%,我们再看下得到的数据。现在的数据没有问题了,当稀释率为30%,Cr含量还满足要求。
考虑到稀释率的影响,我们在采购堆焊焊材的时候,可以适当提高焊缝熔敷金属Cr、Ni含量的下限,以确保产品堆焊层的化学成分。也有的单位是采购时明确说产品焊接过渡层1层+面层1层,要求焊材厂家采用同样的方式堆焊,检测面层的化学成分。
11.1.7.4 位于修复区域内的基层焊缝金属为奥氏体,在容器制造过程中不得采用非过渡层的焊材在该区域内施焊。
本条为新标准新增内容。这条内容笔者有些不是非常清楚。常规情况下,修复区域内的基层金属应该为碳钢或低合金钢。如果是奥氏体,说明该区域曾经被“处理”过。假如修复区域的基层金属是奥氏体,那么本条内容的意思是应先采用过渡层焊材焊接,然后再用覆层焊材焊接。为什么禁止直接用覆层焊材,笔者个人猜测可能是担心如果基层的“奥氏体金属”比较薄,直接用覆层焊接,到时候稀释后可能会生成马氏体或者是担心直接用覆层焊材焊接造成稀释后的成分合金含量偏低从而导致再焊接一层覆层后化学成分达不到覆层母材的要求。
11.1.8 焊后热处理
11.1.8.1 不锈钢-钢复合板应尽量避免焊后热处理。当需要进行焊后热处理时,应避免覆层母材和焊接接头中铬碳化物析出或形成σ相。
本条内容新、表标准一致。
11.1.8.2 如进行焊后热处理,应以复合钢总厚度确定焊后热处理规范。
本条内容新、表标准一致。
11.1.8.3不锈钢-钢复合板制压力容器焊后热处理按基层材料要求进行。覆层为堆焊不锈钢的钢制压力容器,如基层需要焊后热处理,应在堆焊过渡层或覆层后进行,对耐晶间腐蚀要求较高的设备,则应在堆焊过渡层后进行。
本条内容新、旧标准基本一致。但是对于耐晶间腐蚀要求较高的设备,旧标准规定“宜在热处理后再焊覆层的盖面层”,而新目标则明确“应在堆焊过渡层后进行”。
也就是说,旧标准建议热处理后焊接覆层,未强制要求。而新标准则明确要求热处理后焊接覆层,强制要求。这条要求笔者个人认为执行起来有些问题。
首先,怎样算耐晶间腐蚀要求较高的设备,这个无法定义,如果有的设计人员想安全系数大些,凡是奥氏体不锈钢的复合板都按耐晶间腐蚀要求较高设备考虑,都要求过渡层焊后热处理然后再焊接覆层,此时制造单位很多情况下是无法执行的。
下面分析下复合板设备,热处理后焊接覆层的可操作性。理论上,复合板筒体的内壁在热处理后堆焊覆层,只要直径不是太小,技术上是没有难度的,就是施焊环境相对差些。但是对于接管的内壁堆焊,如DN250或直径更小的接管的内壁堆焊,除非用专用的设备(如热丝TIG焊专机),否则是无法进行堆焊的,但是绝大部分制造厂是没有这样价格昂贵的焊机的,没有设备肯定无法焊接。实际上,对于工作条件十分苛刻的加氢反应器,除了T型槽和凸台的R角,其他所有部位的堆焊都是热处理前全部完成的,行业内这样操作了这么多年,也没出什么问题。
“对耐晶间腐蚀要求较高的设备,则应在堆焊过渡层后进行。”现在新标准这样规定了,笔者很担心这条要求被滥用,到时候我们制造厂无法执行。
11.8.4 覆层为S11306(06Cr13)或S11348(06Cr13A1)不锈钢-钢复合板制压力容器,当使用奥氏体不锈钢焊材焊接覆层,基层材料不要求焊后热处理时,可免做焊后热处理。否则应按覆层材料要求进行焊后热处理。
本条要求新、旧标准基本一致。这里的否则指的是不用奥氏体不锈钢焊材焊接覆层的情况,这种情况笔者还未碰到过,从保证耐蚀性角度考虑,用Cr、Ni含量较高的奥氏体体不锈钢的耐蚀性能应高于S11306(06Cr13)或S11348(06Cr13A1)。还有一种情况是镍基焊材焊接,此时可能是从减少热应力这个角度进行考虑的,如焦炭塔。
总算在国庆前将47015给完成了,国庆期间笔者准备把47014的题库编好,然后节后内部考试考掉,发现的题目的错误修改下掉,然后正式发布。
题目还没出,已经感觉有些难度了。昨天在内部培训讲解带隔离层堆焊的对接焊缝焊接工艺评定时,看着PPT,有几页自己都有些看不懂,最后看着当时准备的文本边读边理解,还是47015简单得多。
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