回火焊道焊接技术的研究与应用现状

回火焊道焊接技术是一种修复技术,通过后续焊道的热循环对前焊道形成的热影响区或焊缝金属进行回火,从而免除焊后热处理。结合国内外同行对回火焊道焊接技术的理论研究和实践应用,在介绍其基本原理及对焊接接头力学性能和残余应力影响的基础上,简述了回火焊道工艺的制定、优化和评定的进展,分析和总结了其在异种金属连接中的应用,并对未来的研究方向进行展望。     

回火焊道焊接技术的研究与应用现状

回火焊道焊接技术是一种修复技术,通过后续焊道的热循环对前焊道形成的热影响区或焊缝金属进行回火,从而免除焊后热处理。结合国内外同行对回火焊道焊接技术的理论研究和实践应用,在介绍其基本原理及对焊接接头力学性能和残余应力影响的基础上,简述了回火焊道工艺的制定、优化和评定的进展,分析和总结了其在异种金属连接中的应用,并对未来的研究方向进行展望。     

反应堆压力容器用低合金钢回火焊道工艺试验研究

为解决核电厂关键设备在役期间焊接返修后无法实施传统焊后热处理的难题,采用机械-钨极惰性气体保护焊分别在室温和150℃预热条件下对反应堆压力容器用低合金钢进行回火焊道焊接工艺试验,然后测试焊接热影响区的显微硬度、显微组织及冲击韧性。试验结果表明:通过合理控制前三层的焊接热输入,可有效降低焊接热影响区的硬度,并获得综合性能较好的回火索氏体组织,室温条件下的回火焊道焊接热影响区在0℃和-20℃的冲击吸收能量均高于设计要求值。     

蒸汽发生器焊趾裂纹修复及焊道回火方案设计研究

蒸汽发生器二次侧人孔与筒节马鞍型焊缝结构焊接难度大,尤其是筒体内壁,拘束度大,焊缝表面为典型的高拉应力集中区域。制造过程中,焊趾部位为缺陷高发区。针对工程项目中马鞍形焊缝多发性焊趾缺陷,完成了缺陷整圈打磨返修工艺设计及评价,并完成了返修方案实施,有效避免了返修焊缝缺陷重发。在此基础上,对二次侧人孔与筒节马鞍型焊缝进行了制造工艺优化设计,要求马鞍型焊缝进行盖面焊道回火,以提高盖面焊道的焊接质量。     

反应堆压力容器回火焊道再制螺纹的强度校核和试验验证

以某堆型反应堆压力容器主螺孔(M155×4)为研究对象,对反应堆压力容器主螺孔螺纹回火焊道焊接修复工艺进行了简述.对采用回火焊道焊接技术修复后的主螺孔再制螺纹强度进行了校核,并对主螺孔回火焊道再制螺纹进行了旋拧试验和拉伸试验验证.计算及试验结果表明:反应堆压力容器主螺孔回火焊道再制螺纹的抗剪切强度、抗挤压强度和抗弯曲强度均满足设计要求,主螺孔回火焊道再制螺纹的强度也满足其旋拧性能和拉伸性能要求.     

A508-3钢回火焊道接头组织和性能

文中针对A508-3钢,采用镍基合金焊条Ni690在其表面实施了异种材料的回火焊道焊接技术,分析了异种材料回火焊道焊接接头组织和性能,并与常规焊接工艺+590 ℃×2 h焊后热处理的焊接接头进行了对比。试验结果表明,常规焊接工艺+焊后热处理的接头硬度虽然粗晶区硬度明显降低,但是马氏体带的硬度降低不明显,而采用回火焊道焊接技术的焊接接头粗晶区和马氏体带的硬度均明显降低;回火焊道技术可以同时软化粗晶区和熔合区,其中粗晶区硬度约为热处理效果的73%～89%,但是获得的接头硬度均匀性更佳。从试验结果来看,能够免除焊后热处理的回火焊道焊接技术是大型结构部件焊接修复或制造时理想的焊接方法。     

SA508-Gr.3钢变参数回火焊道焊接接头组织与性能研究

针对满足核级标准要求的SA508-Gr.3钢,采用变参数回火焊道焊接技术在母材上使用自动TIG焊焊接工艺进行平板堆焊,然后对焊接接头热影响区的组织和性能进行研究。试验结果表明,通过变参数回火焊道技术获得的焊接接头热影响区的粗晶区和临界粗晶区均能够得到综合性能较好的回火索氏体组织,热影响区显微硬度整体低于300 HV,而热影响区各分区-20℃下冲击吸收能量平均可达170 J,这与采用同参数调质模式的回火焊道技术获得的焊接接头热影响区的相应数据是相当的。     

回火焊道焊接技术的研究进展

对于低合金钢的焊接修复来讲,焊后常要采用焊后热处理来恢复材料的冶金和力学性能,焊后热处理不仅耗时较长成本高,并且当代工业设备的结构复杂性、现场的工作条件也限制了焊后热处理的使用,同时焊后热处理也可能对母材造成消极的影响。回火焊道焊接技术作为常规修复手段的新型焊接修复技术越来越受到国外企业的青睐。回火焊道焊接技术无需焊后热处理,利用层道间的焊接热循环作用达到焊后热处理的效果。文中针对回火焊道焊接技术的基本原理进行了介绍,对其发展形式以及研究现状进行论述的同时也对回火焊道焊接技术的发展提出了一些展望。     

单点系泊内塔结构焊接修复质量关键因素控制

为了保证单点系泊内塔结构的修复质量,通过选取优秀焊工,合理安排返修顺序,严格控制预热温度、层间温度、热输入量等焊接参数,对内塔返修焊接过程中的组对检验、过程监控、焊后外观检验等环节进行了一系列有效的质量控制活动,使缺陷焊道得到成功修复并检验合格。修复结果表明,严格的质量控制措施,是保证内塔结构成功修复的关键因素。     

SA508-3钢回火焊道技术焊道搭接量的分析

针对核电设备常用钢种SA508-3钢,采用钨极氩弧自动焊接方法,对该钢种在使用回火焊道焊接技术修复时的焊道搭接量进行了分析。试验结果表明,焊道搭接量在0%~30%时,相邻的焊道间有明显的凹坑的存在,在后续焊道的焊接过程中容易出现未熔合问题;焊道搭接量达到70%时,焊道表面向瘤状发展,不利于后续焊道的排布,焊道几何尺寸的排布使得回火焊道焊接技术无法实施;焊道搭接量在40%~60%时,焊道分布相对平直,显微硬度及淬硬组织分布均匀,利于回火焊道技术的实施。     

对回火焊道标准化研究的几点思考

依据ASME标准第Ⅸ卷、Ⅲ卷和Ⅺ卷和法国RCC-M标准第Ⅳ卷中关于回火焊道焊接技术的规定,从工艺评定和实施应用两个方面对国外先进工业标准进行介绍。在此基础上结合国内外相关研究进行分析和总结,可以发现国外先进工业标准中的条例有其合理性,但是部分条例过于保守,使得修复成本增加。此外,回火焊道工艺评定中的变素均为对热循环条件产生影响的因素。为引进国外先进工业标准和促进国内回火焊道焊接技术的发展,应当深入研究相关条例。     

回火焊道热处理对X80管线钢热影响区组织性能的影响

采用焊接热模拟技术和显微分析方法.研究了回火焊道热处理对X80级管线钢焊接热影响区韧性的影响规律.结果表明,预备回火焊道处理可消除临界粗晶热影响区局部脆化现象.当预备回火温度为1000℃时,X80管线钢临界粗晶热影响区的韧度高于粗晶区的韧度,消除了局部脆化现象:补充回火焊道处理也可消除临界粗晶热影响区的局部脆化现象.当补充回火温度为650℃时.韧化效果最好.     

用补偿焊接法防止多面壳体焊接接头胀形开裂的研究

分析了多面壳体胀形开裂的原因，认为内侧焊趾处的塑性应变集中和热影响区塑性降低是引起开裂的主要原因，在此基础上，提出了防止胀形开裂的工艺方法，即由转移焊道和回火焊道组成的补偿焊法，通过实验研究说明，补偿焊法提高球壳体焊接接头工艺塑性和防止胀形开裂的原因在于转移焊道改变了内侧熔合线方向和改善焊趾形状；回火焊道改善了热影响区的组织，降低了热影响硬度，提高热影响区的塑性。     

回火焊道焊接技术中焊接接头几何尺寸影响因素的分析

试验针对核电压力容器用钢SA508-3钢进行,采用TGS-56焊丝和TIG焊,在100 mm厚SA508-3钢板进行单道次堆焊,通过对焊缝断面的宏观金相观察,分析不同焊接工艺参数对回火焊道焊接技术中焊接接头几何尺寸的影响.结果表明.回火焊道焊接技术的实现与焊接电流和送丝速度关系明显,焊接电流对热影响区深度d尺寸影响较大,送丝速度主要起改变焊道余高(b)的作用,焊接电流越小或送丝速度越大,b+h(焊缝熔深)与d的差值越小,越利于回火焊道焊接技术的实现;焊接速度对焊接接头各几何尺寸影响均较大,焊接速度变化不能明显地改变b+h与d的差值.     

回火焊道对核电低合金钢表面镍基堆焊层热影响区性能的影响

采用钨极氩弧焊焊接方法在核电用16MND5低合金钢表面进行690镍基焊丝堆焊,分别堆焊1层和利用回火焊道方法堆焊3层,研究回火焊道对堆焊层热影响区的硬度、组织和冲击韧性的影响。结果表明:回火焊道产生的回火效应可有效降低合金钢镍基堆焊层热影响区的硬度至可接受硬度范围320HV10以下,堆焊层热影响区的冲击韧性提高27%以上,均值达到163J/cm2,热影响区板条状组织得到有效回复,获得满足RCC-M标准要求的低合金钢焊接热影响区硬度和冲击韧性指标。研究表明利用回火焊道技术可实现低合金钢镍基堆焊免除高温回火热处理。     

低合金钢自动回火焊接过程中热影响区组织转变

采用回火焊道工艺在低合金钢SA508-3钢管上堆焊镍基合金制备试验件,利用该试验件研究不同堆焊层对应的热影响区组织形貌。结果显示,首层堆焊使SA508-3钢热影响区形成淬火马氏体,但该类组织在随后的堆焊层焊接热过程中会发生回火转变,并随着焊层的增加,转变效应累积,最终完全纠正热影响区的淬火不良组织。试件两端焊趾附近区域因高温回火累积时间不足造成的回火不充分,使得首层堆焊在热影响区产生内马氏体以及由于热影响区内残余奥氏体分解产生的马氏体等不良组织未得到完全纠正,可通过特定工艺的补充焊接予以消除。     

15CrMo单层堆焊时后续焊道对前期焊道的回火作用研究

采用三维有限元模型表征了15CrMo钢单层堆焊时后续焊道对前期焊道的热作用。模型基于实际焊件尺寸建立,相邻焊缝搭接度为50%。施加预处理温度为150℃,以Gauss热源形式加载。结果表明,在预处理温度、焊接参数、材料相同的情况下,三个焊道在焊接过程中的温度分布基本相同。焊缝一侧有效回火区总宽度为3.6～4.6 mm,仅后续第一道焊缝的焊接过程对前道焊缝存在回火作用,覆盖区域约为前道焊缝宽度的25%。因此,单层堆焊时搭接度达75%时后期焊缝的热作用才能达到给前期焊道完全回火的效果。     

SA508-3钢回火焊道实现的热循环条件

使用焊接热模拟技术研究了SA508—3钢回火焊道实现的热循环条件,试验结果表明,粗晶区和临界粗晶区在经历峰值温度650℃的二次焊接热循环后均可以形成以回火索氏体为主的显微组织,显微硬度低于350HV,冲击吸收能量高于100 J,均满足标准要求。粗晶区和临界粗晶区在经历峰值温度950℃的焊接热循环基础上再经历峰值温度650℃的焊接热循环时,均可得到晶界附近细小的回火索氏体和晶粒内部的回火索氏体组织,显微硬度330 HV左右,冲击吸收能量达到190 J。基于热模拟试验结果,找到了两种回火焊道实现的焊接热循环条件。     

核级低合金钢手工回火焊接热影响区组织性能研究

采用焊条电弧焊回火焊接工艺在核级低合金钢S271板开槽试件上堆焊核级低合金钢焊条制备焊接试验件,利用该试件研究局部增加焊接热循环对低合金钢热影响区(HAZ)组织性能的影响以及回火堆焊层厚度对HAZ组织性能的影响。结果表明:未增加补充焊道的试件,焊趾位置HAZ回火效果不够充分,局部组织有回火马氏体和残余奥氏体晶界存在,冲击韧性相对较低;增加补充焊道的试件,焊趾位置HAZ残余奥氏体分解和回火马氏体组织分解转化充分,虽然硬度略有偏高,但冲击韧性改善显著;焊接过程中去除部分回火焊层厚度,可有效改善HAZ回火效果,且在一定厚度范围内,随着上一层回火焊层打磨量的增加,对应的样品HAZ显微硬度呈下降趋势,冲击韧性呈明显上升趋势。     

长输管道环焊缝缺陷返修

随着长输管道钢级的提高、壁厚减薄,管材的可焊性越来越低,对管道工程建设质量的要求也越来越高。返修作为管道焊接的最后一道工序,也是最主要的工序,返修质量直接决定着焊接工程的综合效率。详细分析长输管道缺陷的形成和返修工艺,以及操作者需要注意的事项。剖析典型案例,针对不同类型的缺陷,返修时操作手法和工艺也不同。为管道焊道的返修提供一定的参考和借鉴。