钢质承压设备用焊接材料技术条件的思考

钢质承压设备用焊接材料技术条件的思考 汪 辉 ，冯 霞 ，房务农 ，戈兆文 (1．合肥通用机械研究院，安徽 合肥 230088；2．中国石油独山子石化公司 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 公司，新疆 独山子 833600) 摘 要：对正在修订的《承压设备用焊接材料技术条件》 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中各主要观点与主要技术内容进行思 考以及所总结的心得体会。主要内容有对目前钢制焊接材料标准的现状进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，论证了不能满 足承压设备的要求；明确了承压设备用焊接材料技术指标；阐明目前钢制承压设备用焊接材料技术 指标有很大的现实性以及我国承压设备用焊接材料标准的存在基础。 关键词：承压设备；焊接材料；技术条件 中图分类号：T一65；TG42 文献标识码：A 文章编号：1001—4837(2009)07—0033—09 doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2009．07．008 Thought on Technical Permission of W elding Material for the Bearing Pressure Equipment in Steel W ANG Hui ，FENG Xia ，FANG W u—nong ，GE Zhao—wen。 (1．Hefei General Machinery Research Institute，Hefei 230088，China；2．Engineering Corporations of Dushanzi Petrochemical Company，CNPC，Dushanzi 833600，China) Abstract：The important concepts and main content of the Technical Permission of Welding Material for the Bearing Pressure Equipment which is being revised at present were thought and some understanding were summarized．The main content included the analysis of the present situation of steel welding material' standard，proved has not been able to satisfy the bearing pressure equipment the request．It was clear a- bout the bearing pressure equipment to use the welding material technical specification．Th e exposition at present the steel system bearing pressure equipment has the very big feasibility as well as our country bearing pressure equipment with the welding material technical specification uses the welding material standard basis of existence． Key words：bearing pressure equipment；welding material；technical permission 1 引言 中国承压设备的实际情况，是我们思考钢制承 压设备用焊接材料技术条件的出发点与依据。 承压设备包含锅炉、压力容器、气瓶和钢质压力 管道，他们是具有爆炸危险的、在各行业中广泛使用 的特殊产品。承压设备绝大多数为焊接结构，因此， 用于承压设备的焊接材料便成为承压设备焊接质量 的重要方面。早在2004年 1月国家质量监督检验 检疫总局就将特种设备用焊接材料列入《特种设备 目录》中，对其实施安全监督。 · 33· CPlⅥ 钢质承压设备用焊接材料技术条件的思考 Vol26．N07 20o9 我国十分重视承压设备的安全管理工作，2003 年国务院颁布了第373号令《特种设备安全监察条 例》，近30年来国家安全监察机构发布了大量的部 门规章，全国锅炉、压力容器和气瓶标准化技术委员 会也编制了一系列标准，所颁发的一系列法规、部门 规章和标准都对承压设备的焊接做出仔细而又严格 的规定。 目前，我国承压设备所使用的钢质焊接材料国 家标准和行业标准主要有：GB／T 983--1995《不钢 钢焊条》、GB／T 5117一l995《碳钢焊条》、GB／T 51l8—1995《低合金钢焊条》、GB／T 5293--1999(埋 弧焊用碳钢焊丝和焊剂》、GB／T 811O一1995《气体 保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》、GB／T 12470— 2003《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》、GB／T 14957--1994(熔化焊用钢丝》、GB／T 14958--1994 《气体保护焊用钢丝》、GB／T 17854--1999《埋弧焊 用不锈钢焊丝和焊剂》、YB／T 5092--2005《焊接用 不锈钢丝》。 2 钢质焊接材料通用标准难以满足承压设备要求 认真分析对比承压设备法规、规章、标准与 l_ 材料标准内容，认为现行钢质焊接材料国家标 以满足承压设备焊接的要求。 2．1 当前钢质承压设备所采用的焊材标准只是对 焊材通用性能的基本要求，与承压设备对焊接要求 有差距 上述钢质焊接材料国家标准和行业标准都是焊 接材料通用性的标准，是对各种用途焊接材料的基 本要求，按上述国家标准和行业标准选用焊接材料 焊制承压设备，就等于将承压设备的焊接要求与普 通钢结构、农机、工程机械、建筑、矿山机械、水利设 施的焊接要求相提并论，实际上降低了承压设备焊 缝金属质量要求，给承压设备的安全可靠使用埋下 了终身隐患。 我国已经颁布了承压设备专用钢材标准 GB 713--2008((锅炉和压力容器用钢板》，其 中所列钢 号的硫、磷含量及部分力学性能见表 1。在《固定式 压力容器安全技术监察规程》(修订版送审稿)中， 对压力容器专用钢材标准中碳素钢和低合金钢的 磷、硫含量作出了规定(见表2)。 表 1 GB 713--2008各钢号主要性能 GB／T 713— 1997 GB／T 713—-20o8 化学成分(％) 力学性能 GB 6654--1996牌号 牌号 P S 抗拉强度(MPa) 温度(℃) V型冲击功(J) 20g 380 — 520 0 ≥31 20R Q245R ≤0．025 ≤0．015 16Mng，19Mng，16MnR Q345R ≤0．O25 ≤0．015 470～640 0 ≥34 15MnNbR Q370R ≤0．025 ≤0．015 520～630 —2O ≥34 18MnMoNbR 18MnMoNbR ≤O．020 ≤0．010 570—720 O ≥41 13MnNiCrMoNbg l3M nNiMoR ≤0．020 ≤0．010 570—720 O ≥4l 13M nNiGrMoNbR 15CrMog 15C rMoR ≤0．O25 ≤0．010 440～59O 2O ≥31 15C rMoR 14Crl MoR 14Crl MoR ≤0．020 ≤0．010 510～680 20 ≥34 12Cr2MolR 12Cr2MolR ≤0．020 ≤0．010 520～680 20 ≥34 12Crl MoVg 12Crl MoVR ≤0．O25 ≤0．010 430～590 20 ≥34 当前所使用钢质焊接材料标准规定与承压设备 对焊接材料主要技术要求差距如下： (1)焊接材料熔敷金属中硫、磷含量规定普遍 高于承压设备用钢材。 · 34· 当前承压设备用焊条和埋弧焊焊接材料(焊剂 加焊丝)熔敷金属硫、磷含量和力学性能见表 3。表 3中之所以只选取焊条与埋弧焊焊材，这是因为有 药皮，焊剂参与焊接冶金反应时，熔敷金属中硫、磷 壤一谴 煨憾 第 26卷第 7期 匝 力 容 器 总第 200期 表2 <固定式压力容器安全技术监察规程》 设计温度 标准抗拉强度下 P S 序号 (℃) 限值(MPa) (％) (％) 1 ● —— ≥540 ≤0．O25 ≤0．015 2 < 一20 <54o ≤0．025 ≤0．012 3 < 一2O ≥54o ≤0．020 ≤0．010 4 除序号 1，2，3外 ≤0．030 ≤0．O20 含量更难控制。 GB 713—2008中，锅炉压力容器专用钢材中 硫、磷含量下降到相当低的水平，从表3可以看出与 之相匹配的焊条熔敷金属中硫、磷含量大大高于钢 材规定，经常使用的带“一G”焊条，在国家标准中不 规定硫、磷含量；而埋弧焊焊材熔敷金属在国家标准 中也不规定硫、磷含量。 气体保护焊用焊丝除GB／T 81 10外，承压设备 行业还大量使用 GB／T 14957、YB／T 5092中的焊 丝，这两个标准中也不规定熔敷金属中硫、磷含量。 焊缝金属为铸造组织，焊缝金属中硫、磷含量偏 高，容易对热裂纹与冷裂纹敏感，使设备在服役过程 中比母材提前失效。 焊条 埋弧焊焊材 常用钢材 化学成分(％) 力学性能 化学成分(％) 力学性能 牌号 相匹配的 相匹配的 抗拉强度 温度 冲击 焊材型号 P S 抗拉强度 温度 冲击 焊条型号 P S (MPa) (℃) 功(J) (MPa) (℃) 功(J) Q245R E4315 ≤0．040 ≤0．035 ≥420 —30 ≥27 F4A2一H08MnA 不规定 不规定 415～550 —20 ≥27 Q345R E5015 ≤0．040 ≤0．035 ≥490 —30 ≥27 F5A2一Hl0Mn2 不规定 不规定 480～650 —20 ≥27 Q370R E5515一G 不规定 不规定 ≥540 不规定 l8Mn^ R E6Ol5一Dl ≤0．035 ≤0．035 ≥590 一30 I>27 R 2一HD8 M0VA 不规定 不规定 620～760 —20 ≥27 13MnNiMoR E6ol5一D1 ≤0．035 ≤0．035 ≥590 —30 ≥27 R 2一H0BM lM0VA 不规定 不规定 620～760 —20 ≥27 15CfMoR E5515一B2 ≤O．o35 ≤0．o35 ≥54O 常温 ≥27 F48P0一H08CrMoA 不规定 不规定 48O～66O O ≥27 l4Cr1 MoR E5515一B2 ≤0．035 ≤0．035 ≥54O 常温 ≥27 ●‘ — ●_—— 12Cr2M01 R E60l5一B3 ≤0．035 ≤0．035 ≥59O 常温 ≥27 ●_—— ●_—— 12Crl MoVR E圈5一陀一V ≤0．035 ≤0．035 ≥54O 常温 i>27 F48P0一啪8CrMoVA 不规定 不规定 480～660 0 ≥27 16MnDR E5015 一 G 不规定 不规定 ≥54O 不规定 (GB 3531) 09MnNiDR (GB 3531) 无型号 o7MrI( E6Ol5 一 G 不规定 不规定 ≥54O 不规定 (GB 19189) (2)熔敷金属抗拉强度最大值无限制，造成焊 接接头塑性与韧性匹配失调。 承压设备用钢材标准主要有：GB 713_2008 《锅炉压力容器用钢板》、GB 6479--2000(高压化肥 设备用无缝钢管》、GB 3087--1999《低中压锅炉’用 无缝钢管》、GB 9948--1988《石油裂化用无缝钢 管》。 这些承压设备用钢材都对拉伸强度的最低值与 最高值作了限定，为的是使某一强度级别的钢材施 焊后的焊接接头，也同时具备足够的塑性与韧性。 而焊条国家标准中只规定熔敷金属抗拉强度的最低 值，不限定最高值，因而使得实际焊接接头变成超强 匹配的可能性大大增加。以钢材 16MnR为例，与其 匹配焊条 的最佳搭档为 E5015型焊条 (牌 号为 J507)，某厂采购 36批 E5015型焊条，其熔敷金属抗 拉强度统计见表 4，可见，制造 厂是 为 5O kg级 钢质承压设备用焊接材料技术条件的思考 V0126．N0 2OD9 16MnR配备50 kg级焊条，事实上焊条厂提供的合 格焊条 J507中仅有 22％为50 kg级，其余均为大于 5O kg级，近 2o％焊条大于 60 kg级，最高值达683 MPa，焊缝金属强度超过母材强度则为超强匹配，会 引起焊接接头塑性下降，脆性转变温度提高，造成韧 性储备不足。碳钢、低合金钢埋弧焊焊材国家标准 中对熔敷金属抗拉强度也都作了限制，但上、下限之 间范围较大 也不利于焊缝金属韧性发挥。 E5015型焊条熔敷金属 实际达到的 批数 比例(％) 抗拉强度实测值(MPa) 型号级别 526≤ 6<540 E5；015 8 22 540 ≤ 6<590 E5515 21 58．3 590≤ 6<64O 6 16．9 FAl015 64O≤ 6<683 1 2．8 内部微小缺陷 我国承压设备行业必须执行的“锅炉压力容器 压力管道焊工考试与管理规则”、焊接工艺评定标 准、产品焊接试板力学性能检验标准都规定了焊接 接头要求进行弯曲试验，但所有用于承压设备的焊 接材料标准都不要求进行弯曲试验，弯曲试验的目 的是考核焊材熔敷金属的塑性与致密性，用以显示 内部微小缺陷。焊材标准都不保证焊材的弯曲性 能，那么承压设备焊接接头弯曲性能的保证就无从 谈起。 2．2 承压设备用焊材的合金体系不能等效采用美 国标准 2．2．1 焊材标准可以等效美国标准，但合金体系不 能等效 我国焊材国家标准中绝大多数是焊接标准化机 构起草的，多数钢焊丝标准则由冶金系统编制。焊 接标准化机构所编制 的钢焊材标准中，除 GB／T 17854参照 JIS标准外，其余皆等效采用美国国家标 准ANSI／AWS，所谓等效采用即在焊材熔敷金属化 学成分、力学性能、型号分类及试验 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 等技术内容 与美国标准完全一致。标准可以等效，但中国的矿 产资源不能等效美国，由矿产资源、冶金水平以及国 民经济需求而决定的钢材合金体系不能等效。中、 美两国钢材合金体系差别较大，特别在强度型和低 温型低合金钢范围内的差别更大，在美国焊材标准 中，凡不是美国合金体系内的焊材所相应的型号都 · 36 · 标有“G”字，对带“G”的焊材其熔敷金属磷、硫含量 不作规定，冲击试验不作要求，熔敷金属化学成分中 一 般只规定一个元素成分。由于中国焊材标准等效 采用了美国国家标准，因而也将带“G”焊材规定全 部照搬过来，使得符合我国资源特点、冶金水平，使 用良好的低合金钢焊材也都得加上“G”，如E5016 一 G(J506RH)、E5015一G(W606、J507RH)、E5516 一 G(J556RH)、E6015一G(J607RH)，按照国家标准 规定带“G”的焊条“三不保”(硫、磷含量不规定，冲 击韧性不规定，所有化学成分不规定)，在承压设备 上使用这样的焊条，质量将无法保证。 2．2．2 焊材国家标准中对焊缝咬边、未熔合要求大 大低于承压设备设计、制造标准 我国承压设备安全技术监察规程和承压设备设 计、制造、检验标准都对焊接接头提出若干严格具体 要求，这也是对焊接材料的要求，对照承压设备法规 与标准规定，焊材国家标准尚有不少技术要求达不 到，而承压设备又不能降低规定，这就给焊接生产带 来严重困难，举例如下： (1)焊缝咬边 锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则、 承压设备的设计和制造标准都规定焊缝咬边不允许 大于0．5 mm，但焊条国家标准中出厂合格焊条，咬 边却允许不大于1 mm，要用可能产生不大于1 rain 咬边的焊条焊出咬边不允许大于0．5 mm的承压设 备焊缝，操作困难且不合理。 (2)焊缝未熔合 承压设备法规、标准和焊材国家标准对焊缝未 熔合规定见表5，未熔合属于面性缺陷，在承压设备 中视同裂纹一样危险，不允许在焊接接头中存在，如 果焊材国家标准中都允许焊缝出现未熔合，那么将 无法保证焊工考试试件、焊接工艺评定、承压设备产 品不出现未熔合。 (3)熔敷金属冲击韧性 焊材国家标准中冲击韧性指标是重要的力学性 能要求，有不少型号焊材的规定与相匹配钢材相比， 冲击试验合格指标显得偏低，如 GB 713中规定， 15CrMoR冲击韧性合格指标为 20℃、31 J，而按 GB／T 5118规定，匹配焊条E5515一B2(牌号R307) 冲击试验合格指标只为常温、27 J。60 kg级低合金 高强度钢如07MnCrMoVR、13MnNiMoR等冲击吸收 功分别规定为一20℃、47 J和0℃、41 J，焊材也必 须提高到相应水平。． 第26卷第 7期 压 力 容 器 总第200期 表5 法规、标准对焊缝未熔合的要求 法规、标准名称 焊缝未熔合的规定 《蒸汽锅炉安全技术监察 规程》 《压力容器安全技术监察 规程》(1999年) JB 4730 -- 1994规定 Ⅱ级片 《锅炉压力容器压力管道 不允许有未熔合 焊工考试与管理规则》 GB 3323规定二级片、三级片 GB 50236 一 l998《现场设 都不允许有未熔合 备工业管道焊接工程施 工及验收 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》 GB 150--1998(钢制压力 容器》 JB 4708--2000(钢制压力 角焊缝试件不允许出现未熔 容器焊接工艺评定》 合 焊缝根部未熔合的总长度不 JB／T 51 17--1995(碳钢焊 大于焊缝总长度 的 20％，当 未熔合的深度不大于最小焊 条》 脚的 25％时，连续未熔合 的 长度不应大于25 l／Llr／I 焊缝根部未熔合的总长度不 GB／T 5118—1995《低 合 大于焊缝总长度 的 加％，连 金钢焊条》 续未熔合 的长度 不大于 25 m m 2．3 焊接材料质量管理规定不能满足承压设备用 焊材要求 2．3．1 批量划分不合理、质量保证书中结果代表性 不全面 焊接的质量是由质量保证书证明的，而质量保 证书中的数据是按批进行检验的。焊条、焊剂、焊丝 批量的划分方法及检验要求则成为确定焊材质量的 致命因素。我国焊接材料是按重量划分批量的，这 里存在三个矛盾：(1)焊芯、焊丝炉批号差异；(2)药 皮、焊剂每次配料及搅拌的差异；(3)药皮、焊剂所 用原材料批量之间差异。因此，按重量划分批量是 原始、粗糙的方法，难以全面、正确地表达产品质量 稳定性。 2．3．2 焊材生产厂中焊材存放与销售周转过程中 储存条件差 各承压设备制造厂对焊材存放都规定了严格条 件，按JB／T 3232--1996《焊接材料质量管理规程》 规定一级焊材库内温度 5℃以上，相对湿度不超过 60％，各使用焊材的承压设备单位都能遵守这些规 定。可是在焊材生产厂，焊材离开生产车间后有露 天堆放，也有库房存放，温度与相对湿度限制条件更 谈不上。焊材在运输途中、在中间商手中的存放都 没有规定条件。焊材生产、销售、周转都不控制存放 条件，最终责任却要焊材使用厂承担，这是极不合理 的。 3 承压设备用焊接材料技术指标 我国对承压设备颁发了一系列的法规与标准， 对承压设备的设计、制造、使用、监察管理都有严格 要求。我国承压设备的法规和标准与美国相应标 准、法规有很大区别。例如美国压力容器设计安全 系数3．5，而我国现行标准为3，正准备进一步降到 2．7。我国的承压设备法规与标准不可能等效采用 美国。因此，承压设备的焊材使用等效采用美国国 家标准的焊材，则容易出现技术偏差，降低安全质 量。 全国锅炉压力容器标准化技术委员会根据承压 设备的特点，在焊材国家标准基础上，增加、修改、调 整、删除某些条款或内容，编制技术条件，以满足国 家安全监察、设计制造、管理方面的要求，不仅十分 必要而且具有现实意义。JB／T 4747--2002((压力容 器用钢焊条订货技术条件》实施三年来，效果非常 明显。 钢质承压设备用焊接材料技术条件包含以国内 承压设备行业经常大量使用的焊条、焊丝、焊剂为重 点，将JB／T 4747--2002((压力容器用焊条订货技术 条件》中的技术指标作为其他焊材技术条件的出发 点。钢质承压设备焊接材料对熔敷金属主要有下列 要求： (1)进一步降低硫、磷含量接近 GB 713标准规 定值； (2)限制抗拉强度上限； (3)冲击试样夏比 V型缺口冲击功高于 GB 713标准规定值； (4)拉伸试样断后伸长率Ai>20％； (5)弯曲试验，弯心直径等于4倍试样厚度，弯 曲角度 180。； (6)扩散氢含量较低。 钢质承压设备用焊接材料技术条件要求在保证 焊接材料熔敷金属使用性能满足承压设备要求前提 下，合理规定熔敷金属中硫、磷含量，做到焊材施焊 工艺性能不变，焊芯原材料来源无变化。钢制承压 设备用焊接材料的主要技术指标(以下简称“技术 · 37 · CPlⅥ 钢质承压设备用焊接材料技术条件的思考 v0l26．N07 20o9 指标”)作如下说明。 3．1 焊材熔敷金属中硫、磷含量 熔敷金属中硫、磷都属于有害杂质，硫、磷增加 裂纹敏感性、降低熔敷金属韧性。降低熔敷金属中 硫、磷含量受到焊芯(丝)与药皮(焊剂)中硫、磷含 量的限制，特别是药皮(焊剂)中硫、磷含量，当采取 调整配方或预处理方法，虽然可以较大幅度降低硫、 磷含量，不仅增加成本，还可能改变施焊工艺。如果 焊材生产厂采取用精料，即挑选硫、磷含量较低的焊 芯(丝)盘条和药皮(焊剂)原材料制作承压设备用 焊材，适当地降低熔敷金属 中硫、磷含量是现实做 法。在 GB／T 3429--2002／(焊接用钢盘条》中非合金 钢类 的 盘 条规 定 最 低 值 为 S≤0．010％，P≤ 0．015％，合金钢类的盘条规定最低值为 S≤ o．010％，P≤0．010％，考虑到药皮、焊剂增硫、增磷 作用，最终可以保证焊条、埋弧焊焊材熔敷金属中 硫、磷含量分别 ≤0．015％，≤0．025％；这个指标作 为承压设备用碳钢与低合金钢焊材熔敷金属中硫、 磷含量的规定值，不仅比焊材国家标准大大降低了， 而且也很接近 GB 713--2008钢材中硫、磷含量规 定。 对于气体保护焊用碳钢与低合金钢焊丝，保护 气体条件下焊接不会增加熔敷金属中硫、磷含量。 因此，只要焊丝中硫、磷含量可以保证 S≤O．015％、 P≤0．025％，则熔敷金属中也肯定会满足规定。 YB 5092--2005是各行业、各焊接方法通用的 不锈钢焊丝标准。对于不锈钢来讲，焊条电弧焊与 埋弧焊熔敷金属热裂纹，特别是弧坑裂纹最为常见， 降低焊丝中硫含量是有效解决热裂纹的途径之一。 承压设备中所用的不锈钢母材标准为 GB 4237与 GB 3280，它们的磷含量一般规定为≤O．040％，硫一 般为≤0．030％，而 YB／T 5092中磷、硫含量均大都 ≤0。030％，也有个别牌号规定磷、硫含量均 ≤ 0．020％，实际产品的硫、磷含量都比标准规定值低， 规定承压设备用不锈钢焊材熔敷金属 中 P≤ 0．030％，S≤0．020％是切实可行的。 3．2 焊材熔敷金属抗拉强度标准规定值的界限 焊接结构中，选用焊材的基本原则之一是等强 匹配，所谓“等强”就是焊缝金属的抗拉强度与母材 抗拉强度的差值不超过母材抗拉强度的10％，这样 才能做到良好的韧性匹配与塑性匹配。承压设备用 焊接材料熔敷金属抗拉强度标准值下限与国标相 同，上限值与下限值之差不超过 120 MPa，可以做到 · 38 · 焊材熔敷金属抗拉强度范围基本在各常用钢材抗拉 强度上下限之间，从而有效地保证焊接接头有着良 好的强度匹配、韧性匹配与塑性匹配，有效地增加承 压设备内在质量。 3。3 焊材熔敷金属冲击韧性试验合格指标 承压设备失效的主要原因往往不是强度不足， 而是韧性或塑性储备不足所致。焊缝金属的韧性与 焊接工艺关系密切，也很敏感。在我国暂时还没有 规定冲击试验准则的情况下，适当提高材料的冲击 韧性验收指标是非常值得的。在焊接材料熔敷金属 冲击韧性不低于相匹配母材前提下，按照国内主导 的焊条生产厂冲击试验内控指标，作为“技术指标” 的合格标准。 3．4 焊材熔敷金属弯曲试验 规定焊接材料熔敷金属弯曲试验的初衷是承压 设备焊接工艺评定、焊工考试、产品焊接试件等标准 都要求进行焊接接头弯曲试验，那么焊接材料熔敷 金属也必须首先满足弯曲试验要求，其试验方法、试 样尺寸和合格指标全都与产品标准规定相同。弯曲 试验是在试样受拉面延伸一定的程度时，观察开口 缺陷产生情况。根据国内各产品标准弯曲试验规 定，当弯心直径为试样厚度4倍、弯曲180。时，拉伸 面最大延伸率为20％。因此，要求焊接材料熔敷金 属断后伸长率不小于20％。 3．5 焊材熔敷金属扩散 氢含量 熔敷金属扩散氢含量与焊缝冷裂纹敏感性密切 相关，而冷裂纹又是承压设备的致命缺陷，降低焊接 材料熔敷金属中扩散氢含量指标，是减少承压设备 焊缝冷裂纹的有效措施。 4 钢质承压设备用焊接材料技术指标的现实性 达到钢质承压设备用焊接材料熔敷金属性能指 标有很大的的现实性。 4．1 焊条用焊芯、埋弧焊丝用盘条交货时的磷、硫 含量大大低于标准值 ， 国内碳钢、低合金钢用盘条生产单位主要有宝 钢、首钢、青钢和邯钢等，这些钢厂出厂的盘条磷含 量都≤0．015％，硫含量均 ≤0．010％ 一0．015％，从 大量采购盘条中挑选 P≤0．015％，S≤O．010％的盘 元，与挑选磷、硫含量合适的焊剂原材料，使熔敷金 属磷、硫含量分别为≤0．015％，≤0．010％具有极大 的现实可能性。锦泰金属工业有限公司统计了多年 第26卷第7期 压 力 容 器 总第200期 来焊丝配焊剂后熔敷金属中磷、硫含量的变化规律， 所用焊丝和焊剂的牌号示例见表6。 焊丝牌号 焊剂牌号 HO8A SJ501 H08MnA sJ301 H10MnSi SJ101 Hl0MnSi SJ301 H10Mn2 SJ101 H08MnMoA SJ101 HO8Mn2MoA SJ『101 HO8CrMoA sJ101 H08Cr21 NilO sJ印 l 统计数据的结论是： (1)碳钢、低合金钢焊丝 中 P≤0．020％，S≤ 0．010％时采用本厂生产的烧结焊剂(按 GBIT 5293 标准 )，可 以保 证熔 敷 金属 P≤0．025％，S≤ 0．015％，且有较大裕度； (2)不锈钢焊丝中 P≤O．027％，S≤0．015％时 采用本厂生产的烧结焊剂(按 GB／T 17854)，可以保 证熔敷金属中 P≤0．030％，S≤0．020％，也有较大 的裕度； (3)锦泰金属工业有限公司可以配套供应焊丝 与焊剂，保证熔敷金属性能满足承压设备用焊接材 料技术指标规定。 4．2 市场供应的压力容器专用焊条熔敷金属硫、磷 含量也低于“技术条件”中规定值 四川大西洋焊接材料股份有限公司生产的压力 容器专用焊条熔敷金属中硫、磷含量典型值见表 7。 除大西洋外，天津金桥焊材有限公司、昆山京群焊材 科技有限公司、锦州锦泰金属工业有限公司也都能 按“技术指标”的规定批量生产出合格产品，而且工 艺性能也不改变，适合于焊工使用。 4．3 20年前国内埋弧焊焊材熔敷金属抗拉试验结 果的统计结果表明，符合“技术指标”规定 根据原机电部哈尔滨焊接研究所于 1988年 8 月 12日统计的《碳素钢及低合金高强度钢埋弧焊 用焊丝、焊剂、焊丝一焊剂数据集》，可以看出20年 前国内埋弧焊焊材熔敷金属力学性能统计结果表 明，已能符合“技术指标”中要求。表8为当时所使 用焊丝标准为GB 1300-777{焊接用钢丝》，分别与 三种承压设备常用焊剂匹配后焊接熔敷金属力学性 能数据。 表 7 大西洋焊材有限公司压力容器专用 焊条熔敷金属硫、磷含量示例 工厂牌号 统一牌号 P(％) S(％) CHE426R J426 0．O18 0．010 CHE427R J427 0．020 O．011 CHE5O6R J506 O．O20 0．010 CHE507R J507 0．020 0．010 CHE5O7RH J507RH 0．010 0．010 CHE557R J557 0．010 0．010 CHE606R J606 0．015 O．Oo7 CHE6o7R J607 0．O20 0．010 CHE607RH J607RH 0．014 O．008 CHE307R R3o7 0．020 0．010 CHE317R R317 0．O20 0．010 CHE R R4o7 O．0l1 0．014 CHS132R A132 0．026 0．O12 CHS137R A137 O．O23 O．O08 CHS302R A302 0．025 O．013 CHS307R A307 O．O25 0．Ol2 CH 102 A0o2 0．024 0．0l2 CHSO42 A042 0．023 O．0l1 表8 GB 1300中焊丝与三种焊剂匹配后 熔敷金属抗拉试验结果 HJ 350 HJ 43l sJ 101 焊丝牌号 R m Rm Rm 占 (Mea) (％) (iPa) (％) (Mr'a) (％) H08A 433 3O．8 466 27．0 428 28．8 H08MnA 476 28．2 508 29．4 479 30．4 H10MnSi 527 32．0 545 28．2 ●_—— H10Mn2 497 26．2 518 3O．8 524 31．2 ● H08Mn2SiA 604 24．O 637 25．4 ●_—— H08MnMoA 581 23．4 664 22．8 631 26．8 HO8Mn2MoA 639 23．4 670 21．6 688 23．0 H08Mn2MoVA 662 25．O ●_—— 4．4 实际检验结果符合“技术指标”规定 数以万计焊接工艺评定、焊工考试、产品焊接试 · 39· CPIⅥ’ 钢质承压设备用焊接材料技术条件的思考 Vo126．No7 2OO9 件力学性能试件的检验结果，证明“技术指标”中规 定的弯曲试验规定合理、可行。 5 承压设备用焊接材料标准的存在基础 5．1 美国ASME(锅炉压力容器规范》中都没有承 压设备专用焊接材料标准，为什么我国要编制 我国焊接材料国家标准除不锈钢埋弧焊丝和焊 剂(GB／T 17854--1999)外，基本都是参照采用或等 效采用美国ANSI／AwS焊材标准，ASME{锅炉压力 容器规范》接受了AWS焊材标准。美国ANSI／AWS 焊材标准有一个特点就是，他们的验收项目要求是 执行 ANSI／AWS A5．01《填充金属采购导则》6．1条 “试验深度类别是由采购方根据表 1做出选择”，表 1中的第六类(K)为“对每批交货产品，按采购方规 定的全部项目进行检验”，换一句话讲，当采购方在 按 ANSI／AWS采购焊接材料订单上有权提出附加 检验要求，供应方则必须按订单检验全部项目。我 国在采用美国ASME焊材标准时，唯独没有采用 AWS A5．01。而使人误认为 ASME SFA就是美国锅 炉压力容器用标准全部内容，而没有附加要求。将 中国承压设备法规、标准对焊接的要求经过集中加 工、提炼、升华，编制承压设备用焊材技术条件，提供 给国内承压设备行业使用，以方便承压设备用焊材 采购，有利于确保产品的焊接质量。 美国ASME{锅炉压力容器规范》中没有承压设 备专用焊材标准，但锅炉压力容器对焊接各项要求 都会在 AWS A5．0l中体现。 5．2 国外焊接材料标准中也有相同的技术要求 “技术指标”中规定了熔敷金属中抗拉强度的 上、下限，要求弯曲试验。日本 JIS Z3211《低碳钢焊 条》、jIS Z3212(高强度钢焊条》、jIS Z3221《不锈钢 焊条》、jIs Z3223{钼及铬钼耐热钢焊条》中都对焊 条熔敷金属规定了弯曲试验，弯曲试验试样尺寸、压 头直径及弯曲角度与ASME IX很接近。欧洲焊条 标准EN 499(碳钢及细晶粒钢焊条》、EN 757{高强 度钢焊条》也都规定了熔敷金属抗拉强度下限值和 上限值。 国外焊接材料产品中熔敷金属化学成分硫、磷 含量典型值见表 9。 从表9中数据可见，国外焊接材料生产厂对焊 条熔敷金属中硫、磷含量规定不仅低于本国国家标 准，实际产品含量也很低。 ． 40 · 表9 国外焊条中硫、磷含量示例值 中国焊条 相对应外国焊条牌号及硫 、磷含量 牌号 J426 J427 神钢 LB一26：P：0．013％；s：0．007％ J506 神钢 LB一52：P：0．011％；S：0．006％ 好伯特 HOBART418：P：0．011％；S：0．014％ J507 林肯 LH一70：P：0．025％ ；S：0．025％ J557 神钢LB一57：P：0．011％；s：0．006％ J6o6 J6o7 神钢 IJB一62：P：0．011％；S：0．006％ 好伯特 HOBART 9018B3：P：0．014％； S：0．0O9％ R407 神钢 CM—A106：P：0．006％； S：0．OO4％ A102 神钢 NC一38：P：0．025％；S：0．003％ A132 神钢 NC一39：P：0．025％；S：0．003％ A202 神钢 NC一36：P：0．018％；S：0．002％ 5．3 承压设备 用焊材经济分析 相对于通用产品用焊材，承压设备用焊材量占 全国焊接材料生产量不到 10％。我国钢材冶炼水 平已经有很大提高，冶炼轧制硫、磷含量在0．010％ 以下的盘条，不存在技术困难，焊接材料生产厂从大 批进厂的盘条中挑选适用于承压设备用焊芯、焊丝， 并不成问题。焊剂情况也是如此。因此，生产承压 设备用焊条、埋弧焊用焊丝和焊剂成本核算中，除了 增加技术含量和检验项目外，不可能大幅度提高。 按JB／T 4747--2002(压力容器用焊条订货技术条 件》生产的焊条只比普通焊条约贵500 t，承压设 备用焊材技术指标达不到“技术指标”规定时，还可 以改判为普通焊材，不会造成报废而增加焊材生产 企业的风险。 5．4 作为适用于各行各业的焊接材料国家标准，只 是对技术条件规定出最基本的通用要求 我国焊接材料相对于美国ANSI／A’Ⅳs焊接材 料标准有一段差距，焊接材料国家标准不是最高要 求，承压设备行业结合本行业的技术特点，在国家标 准基础上进一步提高要求，是正常的，也早有先例。 根据中国船级社《钢质海船人级与建造规范》的规 定，焊材厂生产的船用焊接材料必须按船级社规定 进行各项试验合格并取得认可。 船体普通结构钢焊接材料按其抗拉强度可分为 第 26卷第 7期 压 力 容 器 总第 200期 I>400 MPa和 I>490 MPa两个强度等级，每个 强度等级又按其冲击韧性进一步划分为 3个级别， 各个级别分别以符号 1，2，3和 1 Y，2Y，3Y表示。 船体结构钢手工焊条、多道半 自动焊丝及焊丝 与气体的组合所焊得熔敷金属及接头的力学性能应 符合表 10的要求。 焊接材料级别 1 2 3 2y 3y 屈服强度 (MPa) ≥305 ≥375 熔敷 抗拉强度 Or6(MPa) 400—560 4(10～660 金属 伸长率 6，l。=5．65 ％) ≥22 试验 V型缺口 试验温度(℃) 20 0 —20 0 —20 冲击试验 平均冲击能量(J) ≥47 接头抗拉强度 (MPa) ≥400 ≥490 V型缺口 试验温度(℃) 20 0 —2O 0 —20 对接焊 冲击试验 平均冲击能量(J) 平焊 、横焊t>47，立焊≥34 试验 试验后 ，在试样受拉面上出现的裂纹或其他缺陷的长度 弯曲试验 不得大于3 mm 注 ：当抗拉强度超过上 限时，应经船级社特别考虑 ；冲击试验的个别值不低于规定 值的 70％ 。 船体结构钢的埋弧焊丝 一焊剂配合、自动焊焊 各大焊接材料生产厂大都通过船级社认证，按修订 丝一气体配合、电渣焊和气电立焊等熔敷金属及接 后的“技术指标”生产承压设备用焊接材料，同样是 头的力学性能应符合表 11的要求。 可行的。 从表 10，1 1可见，船用焊接材料力学性能检验 除船用焊接材料外，机车车辆行业、电力行业也 项目与“技术指标”相同，合格指标也很接近，国内 都有各行业 自己的焊接材料技术条件。 表 1 1 埋弧焊、电渣焊、气保护焊和气电立焊所得熔敷金属和接头的力学性能 焊接材料级别 1 2 3 ly 2y 3y 屈服强度 (MPa) ≥305 ≥375 熔敷 抗拉强度。 (MPa) 400 560 490～660 金属 伸长率 占，lo=5．65 ％) ≥22 试验 V型缺口 试验温度(℃) 20 0 —20 20 0 —20 冲击试验 平均冲击能量(J) ≥34 接头抗拉强度 (MPa) ≥400 ≥490 V型缺口 试验温度(℃) 20 0 —2O 20 0 —20 对接焊 冲击试验 平均冲击能量(J) ≥34 试验 试验后，在试样受拉面上出现的裂纹或其他缺陷的长度不得大于3 弯曲试验 m m 注：a．当抗拉强度超过上限时，应经船级社特别考虑．b．冲击试验的个别值不得低于规定值的70％。 收稿日期：2009—04—17 作者简介：汪辉 (1975一)，男，工程师硕士，高级工程师，长 期从事压力容器的制造、安装 、研发以及工程项 目管理工作， 通讯地址：230088安徽合肥市高新技术产业开发区天湖路 29号合肥通用机械研究院。