1、Q .J 中华人民共和国航天行业标准FL 0180 。J3196-一2004焊前准备及焊后处理要求Requirements for preparation before wel副ngand treatment after welding 2004一02-23发布2004一06一01实施国防科学技术工业委员会发布目。吕本标准的附录A、附录B、附录C为资料性附录。本标准由中国航天科技集团公司提出。本标准由中国航天标准化研究所归口。本标准起草单位:中国航天科技集团公司一院二一一厂。本标准主要起草人:谢伟华、徐坤和、吴晓峰。QJ 3196-2004 QJ 3196-2004 焊前准备及焊后处理要求1
2、范围本标准规定了航天产品焊前准备及焊后处理的要求。本标准适用于碳钢、低合金钢、合金钢、耐热钢、高温合金、不锈钢及有色金属(包括铝及铝合金、铜及铜合金、铁及铁合金、镇、镜、铝合金等焊接接头的焊前准备及焊后处理。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包含勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 985一1988气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸GB/T 986一1988埋弧焊焊缝坡口的
3、基本形式与尺寸GJB 481 焊接质量控制要求QJ 3099 航天产品焊接质量控制通用要求3 一般要求3.1 承制航天产品的生产单位应通过资格认证。3.2 焊接材料(包括焊条、焊丝、奸料、纤剂、焊剂、保护气体、电极、垫板等)以及焊接所需的试板(片)、引熄弧块、模拟件、验证件等焊件(半成品)应是符合设计及工艺要求的合格品。3.3 焊接设备、热处理设备、工艺装备、仪器仪表、检测设备、试验设备及计量器具等应在鉴定有效期内。3.4 操作人员和检验人员应经资格鉴定合格，持证上岗。3.5 焊前应对采用的新工艺、新材料、新技术、新设备进行工艺试验(焊接性试验、工艺评定)，并经评审合格、按程序审批后纳入工艺文
4、件，方能用于焊接生产。3.6 焊接现场环境应符合GJ8481和QJ3099的要求。4 焊前准备4.1 人员从事焊接操作人员及生产准备人员，焊前应认真消化图样、技术条件、工艺规程以及有关文件。4.2 焊接接头4.2.1 形式焊接接头形式、坡口形式，应符合设计文件及工艺文件的要求。无特殊要求的可按GB/T985一1988、GB/T 986一1988等有关标准的规定。4.2.2 坡口加工QJ 3196-2004 4.2.2.1 坡口制备时，对碳钢和抗拉强度不大于540MPa的低合金钢，可采用冷或热加工方法:对抗拉强度大于540MPa的合金钢、有色金属，应采用冷加工方法，防止金相组织变化和坡口被氧化。
5、4.2.2.2 焊件坡口不应有裂纹、分层及夹渣等缺陷。4.3 待焊件的处理4.3.1 要求4.3.1.1 在待焊件组合装配之前，待焊件坡口以及坡口两侧20mm50mm范围内表面上应无氧化膜、油污和夹杂物。必要时，应对待焊件整体表面进行清除，清除方法一般有除油、清理两种。4.3.1.2 焊接填充金属焊前应严格按规定做好化学清理或有机除油、烘干等准备工作。4.3.2 除油4.3.2.1 有机除油常用的溶剂有:丙酣、酒精、汽油、四氯化碳、二氯乙烧和三氯乙烯等。4.3.2.2 化学除油常用的化学除油方法参见附录A的表A.1或表A.2。4.3.3 清理4.3.3.1 机械清理4.3.3.1.1 不同的焊
6、接材料和不同的焊接工艺方法进行机械清理时应区别对待。在焊件允许的条件下，可用刮刀、铿刀、砂布、金属丝刷(或金属丝轮)、砂轮、喷砂等方法清除待焊件坡口表面的氧化物等，但对于有色金属、不锈钢和耐热钢等材料的焊件，应慎用砂布、砂轮、喷砂等清理方法。4.3.3.1.2 机械清理后至焊接前待焊件的裸露时间不应超过仙。4.3.3.2 化学清理4.3.3.2.1 对合金钢和有色金属的待焊件、填充金属表面已形成的致密的高熔点氧化物，应采用化学清理，清理方法参见附录A的表A.3、表A.4、表A.5。4.3.3.2.2 化学清理后还应清除表面及夹层中的多余物，及时吹净水分，保持干净，并及时包装封存。表面清理后的焊
7、前停放时间接有关标准的规定。4.4 焊前组装与固定4.4.1 焊件组合装配前应清理焊件待焊处及工装夹具，做到无油及多余物。4.4.2 磁性材料的待焊件、工装，电子束焊前应去磁。4.4.3 坡口组合应保持平整，装配时避免强力组装。4.4.4 装配后的质量(错边、间隙等)应符合设计文件及工艺文件的规定。4.4.5 定位焊使用的焊接材料应与焊接时所使用的焊接材料保持一致(工艺规程有特殊规定除外)。定位焊点数量及要求按工艺规程执行。4.5 预热焊件预热温度和预热时间，应根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束度、所采用的焊接方法和焊接环境等综合因素确定。5 焊后处理5.1 焊后清理5.1.1
8、 焊后应清理熔渣、焊剂、飞溅、焊瘤等多余物。对带有腐蚀性的残留溶剂、反应物应及时清理。5.1.2 一般接头应在焊后6h内进行清理。铝合金轩焊接头的腐蚀性残留物应在1h内进行清理。2 QJ 3196-2004 5.1.3 焊后清理方法参见附录A的表A.3和附录B的表B.lo5.2 焊后热处理5.2.1 目的焊后热处理的目的如下:a) 促使焊接接头扩散氢逸出一一去氢处理:的消除焊接接头焊接应力一肖除应力的热处理:c) 改善焊接接头力学性能一一诙善力学性能的热处理。5.2.2 要求5.2.2.1 重要件与非重要件的组合，焊接接头的热处理一般应按重要件的热处理工艺规范进行。5.2.2.2 改善力学性能
9、的焊后热处理应在补焊之后和压力试验之前进行。5.2.2.3 根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头拘束度、产品使用条件和有关标准，综合考虑确定是否需进行焊后热处理及热处理的方式。5.2.2.4 尽可能采用整体热处理。当采用分段热处理时，焊缝重叠部分加热时间应充分，加热区以外部分应采取措施，防止产生有害的温度梯度。5.2.2.5 焊后热处理的操作过程应填写焊后热处理工艺记录卡，焊后热处理工艺记录卡格式参见附录C。5.2.2.6 焊后热处理之后应进行外观检查，检查焊件几何尺寸的变化情况。对有产生再热裂倾向的钢材应进行磁粉检验或渗透检验。必要时，对焊件进行硬度检验。5.2.2.7 焊件焊后热处
10、理检查合格后，应给出合格证。焊后热处理时间与温度曲线、参数和所有记录资料应妥善保存。6 常用材料的焊前预热、焊后热处理6.1 碳钢、低合金钢6. 1.1 炉温焊件装炉时，炉温不应高于4000C(特殊条件下不高于3000C)0 6.1.2 加热速度6.1.2.1 焊件升温到4000C以上，加热速度应满足式(1 )的要求，且一般最大不超过2200C/h。R, 220 X 251 . (1) 式中:R，一一加热速度，单位为摄氏度每小时CC/h); 5一一母材的厚度，单位为毫米(mm)。6. 1.2.2 对整体炉外热处理，加热速度宜控制在800C/h以下。6.1.3 冷却速度6. 1.3.1 冷却过程
11、中在4000C(特殊条件下可为3000C)以上温度范围内，应控制冷却速度。6. 1.3.2 对炉内热处理及局部热处理，冷却速度应满足式。)的要求，且一般最大不超过2750C/h。R?芝三275X251. (2) 式中:Ri一一冷却速度，单位为摄氏度每小时CC/h); 5一一母材的厚度，单位为毫米(mm)。3 QJ 3196-2004 6.1.4 保温温度及保温时间根据焊件的不同材料牌号、不同材料厚度和焊接结构等多种因素，选择保温温度及保温时间。对于调质钢进行焊后热处理时，保温温度一般应低于其回火温度。6.1.5 出炉焊件出炉时，炉温不应超过400.C，出炉焊件应在静止空气中冷却。6.1.6 被
12、加热的焊件温差控制6.1.6.1 在加热及冷却过程中，被加热的焊件加热部分在4500mm范围内最大温差应不超过130.C。6.1.6.2 在保温过程中，炉内热处理被加热的焊件最大温差应不超过50.C;整体炉外热处理及局部热处理，在有效加热范围内，被加热的部分最大温差应不超过85.C。6.2 超高强度钢6.2.1 超高强度钢焊接一般采用焊前预热及焊后热处理(预热温度一般为200.C300.C，焊后热处理温度为350.C400.C) ，层间温度保持在270.C以上。6.2.2 焊件焊前如未进行调质处理(如退火状态)，则焊后应及时进行中间热处理(即在等于或高于预热温度下保温一段时间的热处理，如低温回
13、火或650.C680.C高温回火)。焊后8h内应进行去应力处理(640.C以上)或调质处理(即850.C890.C洋火后650.C680.C高温固火)。6.2.3 焊前为调质状态时，则预热温度、层间温度及焊后热处理温度都应比母材摔火后回火温度低50.C，焊后4h内应进行调质处理。6.2.4 焊件局部预热时，应在焊缝两侧100mm范围内均匀加热。6.3 不锈钢、高温合金、异种钢及铁、铝、模、铝合金6.3.1 概述不锈钢、高温合金、异种钢及铁、铝、镜、铝合金焊前及焊后的热处理，可根据材料化学成分、结构复杂程度、原始状态和冷加工情况以及结构使用要求等，编制专用热处理工艺规范。必要时可通过工艺评定确定
14、焊后热处理参数。6.3.2 不锈钢常用不锈钢的焊前预热及焊后热处理参见附录B的表8.206.3.3 高温合金高温合金焊前材料的状态对裂纹敏感性影响较大。一般焊前处于固溶处理或退火状态的裂纹敏感性较小，而冷轧、深加工、平整时裂纹敏感性较大。高温合金的焊后热处理见表1，其中固洛时效处理参见附录B的表8.3。表l高温合金焊后热处理焊件状态焊后热处理结构较简单和薄壁的固溶强化高温合金焊件a 重要件结构消除应力处理时效硬化高温合金焊件固溶时效处理，也可以只进行时效处理a可以在焊接状态下使用。4 QJ 3196-2004 6.3.4异种钢6.3.4.1 异种钢(不同种钢材的焊接)焊接接头的热处理，应全面综
15、合考虑接头的碳的迁移、接头性能(耐腐蚀性，耐高温性)、焊接裂纹、残余应力的消除等因素。此外还应根据化学成分、焊件厚度和刚性、焊接方法和使用条件等具体分析。6.3.4.2 奥氏体与珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢及奥氏体钢焊接接头，焊后最好不进行热处理。若需要进行热处理时温度选择为:a) 奥氏体与马氏体热强钢接头，焊后热处理的温度可按马氏体同种接头焊后热处理的下限温度进行。b) 马氏体钢与珠光体钢接头，焊后热处理的温度原则上选两种钢焊后热处理的平均温度为宜。6.3.5 铁合金6.3.5.1 为了改善接头组织及力学性能，可根据合金成分、原始状态、焊接结构和使用要求等分别进行退火、时效处理或洋火+时效+
16、去氢处理。6.3.5.2 一般退火处理:温度550C-650C，时间45min-60min(可视材料结构等特点而定)。6.3.5.3 在氮气、氧气或真空中进行完全退火处理常选用温度700C-750.C，时间30min-60min(可视材料结构等特点而定)。6.3.5.4 铁合金消除应力的热处理温度一般为550C-600.C。6.3.5.5在无保护气氛中进行热处理后的表面吸气层应除掉。热处理温度不超过600C时，用氢氟酸(HF)水溶液清洗:超过600C时选用熔融碱池清洗或液体喷砂后清洗，也可用机械方法清除。6.3.6 铝、镶、铝合金铝、镜、铝合金消除应力的热处理温度参见附录B的表8.4。5 QJ
17、 3196-2004 A.l 除油附录A(资料性附录)焊前准备方法化学除油方法见表A.l、表A.2表A.l化学除油方法1材料溶液组成NaOH: 20g!L50g!L 碳钢、合金钢、不锈钢、Na2CO);主30g!L离温合金、铁及铁合金Na3P04 12H20: 20g!L30g/L Na2SiO): 3g!L5g!L 铝及铝合金Na2C03: 40 g!L60 g!L Na)P04 12H20: 40gJ也60g!L铜及铜合金Na2SiO): 20%30% 表A.2化学除油方法2材料溶液组成铁、铜、镰合金NaOH: 10% Na2C03: 10% 碳钢、结构钢、NaOH: 90g!L, Na2
18、CO): 20g!L 不锈钢、耐热钢等NaOH: 5% 铝及铝合金Na3P04: 40g!L50g!L Na2C03: 40g!L50g!L Na2Si03: 20g!L30g!L A.2 清理化学清理方法见表A.3、表A.4，表A.5。6 除油参数温度时间。C口1m6090 1030 、5070 315 除油参数温度时间。C口Ufl8090 810 100 810 6065 2 6070 58 QJ 3196-2004 表A.3化学清理方法1溶液组成清理参数材料温度时间g!L 口unHCI: 130200 碳钢H2S04: 4060 室温530 乌洛托平:35 H2S04: 80100 奥氏
19、体不锈钢、HN03: 6090 室温高温合金HF: 4050 3090 碳酸煤或乌洛托平:11.5 马氏体不锈钢HNO): 701l0 室温2060 钦及铁合金aHNO): 300350 室温主三5HF: 5060 铝及铝合金NaOH: 4060 5070 0.52 NaF: 4050 注:同时适用于焊前和焊后的清理。a钦合金清理时应防止渗氧。表A.4化学清理方法2清理参数材料焊接方法溶液组成温度时间。C口1m钢及耐热熔焊HCI: 100 g!L150 g!L 合金钢电阻焊NaOH: 20 g!L30 g!L 4050 2 Na2C03: 20 g!L30 g!L 熔焊出光:HN03: 300
20、 g!L400 g!L 室温14 铝及NaOH: 40 g!L 60 g!L 4055 2 铝合金出光:HNO: 300 gII二400g!L 室温14 H3P04: 300 g!L350 g!L 2030 1236 电阻焊K2Cr207: 0.1 g!L 1.0 g!L 每升水中:H3P04: 110 g 150 g 3050 K2Cr207或Na2Cr207:0.8 g 1.5 g 熔焊在0.6升水中:HCI: 416g 钦合金aHN03: 70g 电阻焊HF: 50 g 熔焊NaOH: 300 g!L600 g!L 接合金电阻焊NaN02: 150 gII二200g!L 70100 0.
21、081 NaNO: 40 g!L70 g!L a钦合金清理时应防止渗氢。7 QJ 3196-一2004表A.5舒焊零件的化学清理用溶液的组成和清理参数材料溶液成分温度C 碳钢HC1体积分数50%+缓冲剂室温低合金钢H2S04体积分数6.25%+缓冲剂20-80 H2S04体积分数6.5针HCI8%室温H2S04体积分数10%82 不锈钢H2S04体积分数10%+HCl体积分数10%54-60 HN03体积分数20%计盯体积分数30知缓冲剂50-60 HCI体积分数25知刚03体积分数25%+缓冲剂室温H2S04体积分数12.5%+Na2COJ体积分数1%-3%20-77 铜及铜合金H2S04体
22、积分数10%+FeS04体积分数10%50-60 (含Cu高时50-80 (含Cu低时)(NH4)2S203体积分数15%-20%室温镰合金HNOJ体积分数10%-20%+HF体积分数4%-8%室温盯体积分数l协HNOJ体积分数1%室温铝及铝合金盯体积分数1%计H2S04体积分数6.25%室温H2S0410%-15%+ NaF 4% 室温NaOH体积分数10%室温钦及铁合金HF体积分数2%-3%+HCI体积分数3%-4%室温注:缓冲剂用于阻滞或防止金属在酸中溶解或渗氢，但不影响氧化物的清除，常用的缓冲剂有磺化直麻油等。8 QJ 3196-2004 附录B(资料性附录)焊前及焊后处理方法B.l
23、焊后清理焊后清理方法见表8.10表8.1焊后清理材料焊接方法清理方法熔焊机械清理，通常为喷砂清理。l 对不溶于水的纤剂用有机溶剂，如异丙醇、酒精、汽油、三氯乙烯等清洗。软纤焊2 对于有机酸和盐组成的轩剂以及溶于水的腐蚀性纤剂用热水洗涤。3 对于碱金属和碱土金属的氯化物纤剂，用2%的HCI1容被洗涤后，再用含少量氢氧钢化铀的热水洗涤。铜及铜合金l 对于珊酸、明砂纤剂，用机械方法清理，或在K2Cr207潜液C70C90C)中浸洗，也可在HClC或10%15%H2S04)潜液中浸洗，低碳钢焊件可在尚未完全冷却前，硬纤焊2 对于含有较多的氟砌酸饵或氟化御的棚酸，哪砂舒剂，用水煮或在10%的溶液中浸洗，
24、再在60C80C热水中洗涤。气焊、在60C80C热水中刷洗后，放入2%3%的错西干或在重错酸何CK2Cr207)榕液中铝及铝合金电弧焊a浸洗，再在60C80C的热水中洗涤。纤焊b一般用热水洗涤，也可在热水洗后，再进行酸洗(如10%的HN03)，并钝化处理。a焊后清理时间:铝锚合金不超过6h;硬铝合金不超过1hob焊后至清理时间:一般不超过1h。B.2 焊前预热和焊后热处理B.2.l 不锈钢常用不锈钢焊前预热和焊后热处理见表8.20表8.2常用不锈钢焊前预热和焊后热处理类牌号工作条件及要求焊条型号别(牌号OCr19Ni9 工作温度低于300C，要求良E308-16 (A102) 好的耐磨性E30
25、8-15 (A 1 07) 奥1Cr18Ni9 抗裂、抗腐蚀性较高(AI22) 氏工作温度低于300C要求有优E347-16 (AI32) 体lCr18Ni9Ti 良的耐腐蚀性E347-15 (AI37) 不00Cr19Ni10 耐腐蚀性要求极高E308L-16 (A202) 锈抗元机酸、有机酸、碱及盐腐钢E316-13 (A202) OCr1扑.Ji12Mo2蚀E316-15 (A207) 要求良好的抗晶间腐蚀性能E318-16 (A212) 热处理参数预热焊后热处理原则上原则上不进行不进行9 QJ 3196-2004 表B.2(续)类牌焊条型号别号工作条件及要求热处理参数(牌号)预热焊后热
26、处理OCr19Ni13如103抗非氧化性酸及有机酸E308L-16 (A002) 性能较好E317-16 (A247) OCrl8Nil lTi 奥要求一般耐热及耐腐蚀E318V-16 (A232) 氏ICr18Ni9Ti 性能体OCrl8Nil2M02Ti E318-15 (A237) 不OCrl8Nil2M02Cu2 在硫酸介质中要求更好E317MoCu-16(A032) 原则上原则上锈F的耐腐蚀性能E3 17Mo-16 (A222) 不进行不进行钢OCr2分mo高温异种钢焊接E3 1O-16 (A402) E31 0-15 (A407) 耐热、耐氧化、异种钢焊OCr23Ni13 E309
27、-16 (A302) 接E309-15 (A307) lCr17 YICr17 耐热、耐硝酸E430-16 (G302) 120C 750C 1Crl7 铁YICr17 耐热及耐有机酸E430-15 (G307) 200C 800C 素体OCrl3Al 提高焊缝塑性E308斗5(A107) E308-16 (A102) 不锈1Cr25Ti 抗氧化性E309-15 (A307) 760C 780C 回火钢E308-16 (AI02) ICrl7孔10提高焊缝塑性E308-15 (A107) E309-16 (A302) E309-15 (A307) 耐大气腐蚀及气蚀E410-16 (G202)
28、E4 1O-15 (G207) 250C 680C 耐热及有机酸腐蚀350C 750C ICrl3 EI-I3-1-15 (G217) 固火2Cr13 E308-16 (AI02) 马要求焊缝有良好塑性E308-16 (AI07) 一(厚、大件氏E316-16 (A202) 可预热至200E316-15 (A207) 。C)体不耐腐蚀耐高温E430-16 (G302) E430-15 (G307) 锈钢ICrl-Ji2 焊缝的塑性、韧性好E309-16 (A302) 750C800C E309-15 (A307) 200C 回火焊缝的塑性、刚性好E310-16 (G202) E31 0-15
29、(G207) 在定温度下能承受高ICrl2 应力，在淡水、蒸汽中耐E410-16 (G202) 腐蚀E4 1O-15 (G207) 250C 350C 700C 730C 10 QJ 3196-2004 B.2.2 高温合金高温合金焊后热处理见表B.3。表B.3高温合金焊后热处理合金牌号热处理固溶处理时效处理GH3030 980C-1020C 空冷. GH3039 1050C-1090C 空冷. GH3044 1120C-1160C 空冷. GH3128 1140C-1180C 空冷-GH22 CGH536) 1140C -1180C 空冷或水冷. GH625 1090C -1200C 空冷.
30、 GH170 1190C-1240C 水冷GH163 1150C士10C水冷800C :t 10C 8h空冷GH4169 950C-980C 1h 油冷、水冷或空冷720C士5C8h 以50C岛炉冷到620C士5C航空冷GH99 1120C-1160C 空冷. GHl141 1180C 30min 空冷900C 4h 空冷1080C士10C2h 空冷+二次固溶700C士10C16h空冷GH4033 1050C士10C4h 空冷800 C:t 10 C 16h 空冷GH1015 1140C -1170C 空冷. GH1016 1160C士20C空冷. GH1035 1 100C -1l40C 空
31、冷. GH1140 1050C-1090C 空冷. GHl131 1130C-1l 70C 空冷国GH2132 980C 1020C 空冷700C-720C 12h-16h 空冷GH2302 1100C-I130C 空冷800C士10C16h 空冷GH2018 1110C-1150C 空冷800C土10C16h 空冷1040C -1 080C 空冷750C 16h 空冷GH150 (曾用1120C士20C空冷)(曾用800C8h-16h 空冷)GH188 门80C:I: 1 QC 空冷. GH605 1120C :I: 1 QC 空冷. B.2.3 铝、模、铝合金铝、镜、铝合金消除应力的热处理温度见表B.4。表B.4铝、镇、铝合金消除应力的热处理温度铝合金| 镜合金| 钦合金铝合金180-300 150-300 550-600 1100-1200 11 QJ 3196-2004 附录C(资料性附录)焊后热处理工艺记录卡格式焊后热处理工艺记录卡格式见图C.lo产品图号产品名称设备名称(型号)焊件材质热处理日期热处理方法焊件几何尺寸保温时间保温温度冷却速度加热速度冷却方式加热方法出炉温度入炉温度工艺曲线图主管工艺l 检验员l 操作者l 图C.l焊后热处理工艺记录卡格式12
