焊接工艺评定基本常识

一  焊接工艺评定概念




焊接工艺评定工作是整个焊接工作的前期准备。焊接工艺评定工作是验证所拟定的焊件及有关产品的焊接工艺的正确性而进行的试验过程和结果评价。



它包括焊前准备、焊接、试验及其结果评价的过程。焊接工艺评定也是生产实践中的一个重要过程，这个过程有前提、有目的、有结果、有限制范围。所以焊接工艺评定要按照所拟定的焊接工艺方案进行焊前准备、焊接试件、检验试件、测定试件的焊接接头是否具有所要求的使用性能的各项技术指标，最后将全过程积累的各项焊接工艺因素、焊接数据据和试验结果整理成具有结论性、推荐性的资料，形成“焊接工艺评定报告”。



二焊接工艺评定的意义




焊接工艺评定是保证锅炉、压力容器和压力管道焊接质量的一个重要环节。焊接工艺评定是锅炉、压力容器和压力管道焊接之前技术准备工作中一项不可缺少的重要内容，是国家质量技术监督机构进行工程审验中必检的项目，是保证焊接工艺正确和合理的必经途径，是保证焊件的质量，焊接接头的各项性能必须符合产品技术条件和相应的标准要求的重要保证。



因此，必须通过相应的实验即焊接工艺评定加以验证焊接工艺正确性和合理性，焊接工艺评定和还能够在保证焊接接头质量的前提下尽可能提高焊接生产效率和最大限度的降低生产成本，获取最大的经济效益。



三焊接工艺评定目的




1 是锅炉、压力容器和压力管道及设备制造、安装、检修等生产过程和焊工培训教学应遵循的技术文件。



2 是焊接质量管理所要执行的关键环节或重要措施。



3 是反映一个单位施焊能力和技术水平高低的重要标志。



4 是行业和国家相关的规程所做规定的必须进行的项目。



四焊接工艺评定的适用范围




1 焊接工艺评定适用于锅炉、管道、压力容器和承重钢结构等钢制设备的制作、安装、检修的焊接工作以及焊工培训和焊工技术考核，在这些工作实施前都要进行的焊接工艺评定，来确定所拟订的焊接工艺的正确性。



2 焊接工艺评定适用于焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、药芯焊丝电弧焊、气焊、埋弧焊等焊接方法。



3 从事制造、安装或检修工作的企业。



4 焊接工艺评定是具有针对性的，各种产品的技术条件要求是不同的，如果产品是压力容器，则其工艺评定的试验结果应该符合压力容器的技术条件标准的要求；如果产品是承重钢结构，则其工艺评定试验结果应该符合该承重钢结构的技术条件的标准要求等，焊接工艺评定工作就是以满足产品的技术条件作为焊接工艺评定试验合格标准的首要要求。



五焊接工艺评定特点




1 焊接工艺评定是解决任一钢材在具体条件下的焊接工艺问题，而不是选择最佳工艺参数，具有一定的范围，供大多数人接受。



2 焊接工艺评定是解决在具体工艺条件下的使用性能问题，但不能解决消除应力、减少变形、防止焊接缺陷产生等涉及到的整体质量问题。



3 焊接工艺评定要以原材料的焊接性能为基础，通过焊接工艺评定可靠的技术条件试验，去指导生产，避免了把实际产品当试验件的弊病。



4 焊接工艺评定试验过程中应该排除人为因素，不要把焊接工艺评定与焊工技能评定混为一谈。主持焊接工艺评定工作的人员应该有能力分辨出产生缺陷的原因是焊接工艺问题还是焊工的技能问题，如果是技能问题应通过焊工培训来解决。



5 现有的焊接工艺评定规程所规定需要进行的试验，主要是焊接接头的常温力学试验。即通过了外观检验、无损检测和常温力学试验，一般认为就通过了焊接工艺试验。对于电力行业高温、高压管道的新钢种这个结果是不完全可靠，还要考虑接头的高温持久试验、蠕变试验、应力腐蚀等试验。



六焊接工艺评定的程序




编制和下达焊接工艺评定任务书——编制焊接工艺评定方案——焊制试件和检验试件——编制焊接工艺评定报告——根据焊接工艺评定报告编制焊接作业指导书（或称焊接工艺卡）



1
编制和下达焊接工艺评定任务书

任务书的主要作用是下达评定任务，因此，其主要的内容应为：评定目的、评定指标、评定项目和承担评定任务的部门及人员的资质条件等。



（1）评定指标的确定



根据规程和钢材的理论基础知识（焊接性）等，确定各项技术指标。按照《焊接工艺评定规程》 DL/T869的规定，要求焊缝金属的化学成分和力学性能（强度、塑性、韧性等指标）应与母材相当或不低于母材相应规定值的下限。



（2）评定项目的确定



根据工程的实际工作情况要求，按规程适用范围做好项目的相关覆盖，确定好评定项目。焊接工艺评定的项目确定应从以下几方面来考虑：



钢材



（1）钢材类级别划分；



（2）钢材类级别在“评定”中的基本规定；



（3）异种钢的划分异种钢焊接接头的含义是：



异种钢焊接接头钢材组合基本上分为两大类：一类为金属组织类型相同化学成份不同，如低碳钢与低合金钢的焊接接头，它们均属珠光体组织类型，且物理性能差别较小，仅是化学成分不同；另一类为金属组织类型和化学成分都不相同而物理性能差别较大，如低合金珠光体钢与高合金马氏体钢或奥氏体不锈钢的焊接接头。



异种钢焊接接头的主要特征是：其形成的焊接接头存在着化学成分、金相组织、力学性能和焊接残余应力分布等的不均匀性，而焊接过程就需针对这些问题，采取必要的工艺措施加以解决。



①A类异种钢接头：焊接接头一侧为奥氏体钢，另一侧为其它组织钢材。具体类型有：A+M、A+B、A+P等3组。



②M类异种钢接头：焊接接头的一侧为马氏体钢，另一侧为其它组织钢材，具体类型有：M+B、M+P等2组。



③B类异种钢接头：焊接接头的一侧为贝氏体钢。另一侧为珠光体铜。具体类型有：B+P只一组。



2
评定试件厚度



（1）对接焊缝适用于焊件厚度



①评定试件厚度为1．5≤δ<8(mm)时，适用于焊件厚度的范围规定是：下限值为1．5mm，上限值为2δ，且不大于12mm。



②评定试件厚度为8≤δ≤40(mm)时，适用于焊件厚度的范围规定是：下限值0．75 δ，上限值1．5δ。评定试件当厚度大于40mm，上限值不限。



（2）角接焊缝适用于焊件厚度



已进行评定的角接接头厚度δ，适用于焊件厚度的范围与对接接头厚度规定相同，但试件厚度按下列规定计算：



①板一板角焊缝试件厚度为腹板的厚度。



②管板角焊缝试件厚度为管壁厚度。



③管座角焊缝试件厚度为支管壁厚度。



此外，埋弧焊双面焊、小径厚壁等要仔细查规程，按规程执行。



3
焊接方法



各种焊接方法应单独“评定”，不得互相代替。采取一种以上焊接方法组合形式的“评定”，其中每种焊接方法可单独“评定”，亦可组合“评定”。应用时每种焊接方法的焊缝金属厚度，应在各自“评定”的适用范围内。例如：采用氩弧焊焊接根层(厚度3mm)，焊条电弧焊填充和盖面工艺(厚度共8mm)进行焊接工艺评定（其他条件）。这属于2种焊接方法组合评定。则评定合格的焊接工艺除组合工艺有效外，还适用于：



（1）氩弧焊单独焊接：评定焊缝金属厚度为3mm，其适用厚度范围为（1.5～6）mm。



（2）焊条电弧焊单独焊接：评定焊缝金属厚度为8mm，其适用厚度范围为（6～12）mm。上述Ds/Ws焊缝焊接工艺也可单独进行氩弧焊、焊条电弧焊焊接工艺评定合格后，组合使用。气焊焊接方法的“评定”，适用于焊件的最大厚度与“评定”试件厚度相同。



4
试件的类型



（1）板状试件“评定”合格的工艺适用于管状试件，反之亦可。但要考虑各种焊接位置。例：板平立仰可以代替水平固定管，板垂直可以代替垂直管。



（2）对接试件的“评定”，适用于角接试件。



（3）全焊透试件的“评定”，适用于非全焊透试件。



（4）板状角焊缝试件评定合格的焊接工艺，适用于管与板或管与管的角焊缝，反之亦可。



5
焊接材料



（1） 焊条、焊丝、焊剂等焊接材料，随着焊接过程的进行要熔化，并以填充金属形式熔入焊缝金属中，是焊缝金属的主要组成部分，选定和改变它们对焊接接头的焊缝金属性能有极大影响，但是它们品种繁多，给“评定”带来很大困难。为减少评定数量，合理进行“评定”，因此，焊接材料的选择与钢材的选用原则一样，按类级别划分，（规程有表可查）以利于“评定”工作进行。



（2） 对于国外的焊条、焊丝和焊剂，可在应用前查询有关资料或经试验验证，确认符合要求后方可使用。其化学成分、力学性能与国内焊材表中某种相近。可划入相应类级别中，与国内焊材等同对待。未列入焊材表中的焊条、焊丝和焊剂，如化学成份、力学性能、工艺特性与表中某种相近，可划入相应类级中，可以应用。不能划入者，应另行“评定”。



（3）各类别的焊条、焊丝应分别评定。同类别而不同级别者，高级别的评定可适用于低级别；在同级别焊条中，经酸性焊条评定者，可免做碱性焊条评定。



（4）填充金属由实芯焊丝改变为药芯焊丝，或反之。



（5）改变可燃气体或保护气体种类， 取消背面保护气体。



（6）异种钢焊接的材料选择应该遵照DL/T752的规定原则。



（7）对于国外材料，尤其是高合金钢用焊接材料，应该充分掌握该材料的基本性能，一些重要的与产品使用性能直接相关的指标应该通过试验取得验证后才能使用。



6
管子试件直径



一般规程中对管子直径的“评定”没有严格规定，电力工业中因各种管子规格繁多，考虑到工艺上差异较大故作出如下规定：



（1）当“评定”试件管子外径Do≤60mm、采用氩弧焊焊接方法时，其工艺适用于焊件管子的外径不规定。



（2）其它管径的“评定”，适用于焊件管子外径的范围为：下限0.5D0，上限不规定。



7
试件的焊接位置



电力工业针对行业特点，对“评定”的焊接位置和适用范围做了专门规定，(见规程上表)有如下情况时，还应遵循下列规定：



（1）在立焊位中，当根层焊道从上向焊改为下向焊或反之，应重新评定。



（2）直径由≤60mm管子的气焊、钨极氩弧焊，除对焊接工艺参数有特殊要求外，一般仅对水平管进 行“评定”，即可适用于焊件的所有焊接位置。



（3）管子全位置自动焊时，必须采用管状试件进行“评定”，不可用板状试件“评定”替代。



8
预热与层间温度



评定试件预热温度超过拟订的参数时，应该重新评定：



（1）评定试件预热温度降低超过50℃；



（2）有冲击韧性要求的焊件，层间温度提高超过50℃。



9
焊后热处理



（1）中间需要进行检验和不能一次将试件焊完，要进行后热处理。



（2）焊后热处理和焊接操作完成间隔一定时间再焊后热处理的间隔时间应严格按照各类钢材的热处理规范要求进行并符合DL/T 819 和DL/T 868的规定。：如P91马氏体钢要求焊接工作完成后，待焊缝冷却至100℃后奥氏体全部转变为马氏体再升温进行焊后热处理。



10
焊接规范参数和操作技术



当焊接规范参数和操作技术出现变化时，应按其参数类型重新评定或变更工艺指导书。



（1）气焊时，火焰性质的改变；



（2）自动焊时，改变导电咀到工件间的距离；



（3）焊接速度变化范围比评定值大10%；



（4）从单面焊改变为双面焊；



（5）从手工焊改为自动焊；



（6）多道焊改变为单道焊，等等。



可以根据以上几个方面要求或其它特殊条件综合考虑来如何确定焊接工艺评定的项目。



七焊制试件和试件检验




1 焊制试件必须在有效的监督下，严格按工艺评定方案的要求及规定进行。



2 施焊过程中对每一步骤都应有专人认真记录，应配备能保存记录数据的参数记录仪记录，记录要妥善保存，以备审定。



3 检验项目必须齐全，按有关规程要求进行。



主要检验项目有：



（1）焊缝外观检查:焊缝金属的余高不应低于母材，咬边的深度和长度不超过标准，焊缝表面没有裂纹、未熔合、夹渣、弧坑和气孔。



（2）焊缝的无损探伤检查：管状试件的射线探伤按DL/T821的规定进行，焊缝质量不低于Ⅱ级标准。无损探伤检验与焊接接头力学性能是没有关联的，但“评定”中对焊接缺陷状况的了解却很必要，同时也考虑到在切取试片时应予避开，为此列入检验项目中是应该的。而断口检查主要目的是检查焊缝金属断面宏观焊接缺陷，属于焊工操作技能测定范围，不能直接用于测定力学性能，故取消。



（3）拉伸试验 （尺寸试样）



①试样的余高以机械方法去除，与母材平齐。



②试件的厚度：厚度小于30mm时可用全厚度试件，厚度大于30mm时可加工成两片或多片试样。



③每个试样的抗拉强度不低于母材的下限。



④异种钢试样的抗拉强度不低于较低一侧母材下限。



⑤两片或多片试样进行拉伸试验，每组试样的平均值不超过母材规定值的下限。



（4）弯曲试验



①弯曲试样可分为横向面弯（背），纵向面弯（背），横向侧弯。



②T小于10时， T=t；T大于t时， t＝10。试样的宽度：40、20、10（单位：mm）。



③试样的余高以机械方法去除，保持母材原始表面，咬边和焊根缺口不允许去除。



④横向侧弯表面存在缺陷应以较严重一测为拉伸面。



⑤影响弯曲试验的三个主要因素是：试样的宽与厚之比、弯曲角度和弯轴直径。SD340-89规程的弯曲试验方法和相关的规定未与材料本身延伸率相对应，因此，试样弯曲外表面伸长程度对部分钢材已超过了伸长率规定的下限值，故不尽合理。



为使弯曲试验对塑性测定更趋于合理，新规程做了如下规定：弯曲试验方法按GB／T232金属弯曲试验方法进行。



弯曲试验条件规定为：试样厚度≤10，弯轴直径(D)4t。支座间距(Lmm)6t+3，弯曲角度180度。



对于标准和技术条件规定延伸率下限值小于20%的钢材，若弯曲试验不合格，而实测值延伸率<20％，则允许加大弯轴直径进行试验，弯曲到规定角度后，每片试样的拉伸面上，在焊缝和热影响区内任何方向上都不得有长度超过3mm的开裂缺陷，棱角上的裂纹除外，但由于夹渣缺陷所造成的开裂应计入。



（5）冲击试验:对承压、承重部件只要具备做冲击试样条件者，均应进行冲试验，因此，当满足下列条件时要做：



①当焊件厚度如不足取样(5?0?5mm)时，则可不做。



②当焊件厚度≥16mm时，需做冲击试验， 10?0?5mm.



③评定合格标准：三个试样平均值不应低于相关技术文件规定的下限，其中一个不得低于规定值的70％。



（6）金相检验：管板角接，同一切口不得有两个检验面。



（7）硬度试验：焊缝和热影响区的 硬度不应低于硬度值的90％，不超过母材布氏硬度加100HB，且不超过下列规定：



合金总含量小于3％时，硬度小于等于270HB；



合金总含量等于3~10时，硬度小于等于300HB；



合金总含量大于10时， 硬度小于等于350HB；



P91钢220~240为最佳。



（8）以上试样的制备、切取和评定按有关标准进行。



（9）检验后必须由具备相应资质条件的人员出具正式报告。



（10）检验程序和要求必须符合规程规定。



八编制焊接工艺评定报告




焊接工艺评定报告是其企业技术储备的重要资料。这些技术储备重要资料要以技术档案资料方式保存在企业的档案之内。当单位预计或遇到需要完成的焊接工程时，应该首先从自己的技术档案查询。如果没有这一工程任务所必须具备的焊接工艺评定文件，或虽然有近似的焊接工艺评定文件，然而根据本标准发现其适用范围与将面临的焊接工程不符合/或不可覆盖，单位应该安排进行焊接工艺评定工作。



焊接工艺评定报告是工艺评定最后的成果，是评定全过程的总结，是焊接技术文件的重要组成部分，是指导焊接工作的基本文件。根据试件焊制时的各项数据和检验的各项原始报告和记录，由负责评定工作的焊接工程师做出综合评定结论并填写《焊接工艺评定报告》。



焊接工艺评定报告必须以认真、严肃的态度进行编制，内容应全面和完整，结论应准确、可靠，不得任意编造、弄虚作假，综合评定结论是工艺评定过程所取得的各项数据的汇总和对评定的总体评价以及指导焊接工作的依据。



因此，编写综合评定结论时，必须通过对评定各环节所积累的数据和资料进行认真分析、归纳和总结，提出满足使用条件要求的各项工艺数据和相应条件。完成评定后资料应汇总，评定资料应建档保存。评定审查报告应包括的内容：审查范围和项目、审查过程情况、审查的依据、要点和结论。



完整的焊接工艺评定资料应包括：评定任务下达指令书、评定任务书、评定编号法、焊接性评价资料（或焊接工艺设计资料）、评定工艺方案、焊制试件过程的详细记录、评定各项检查、检验和试验的原始报告、评定工艺报告、评定审查报告等。

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