bs 5135 碳和碳锰钢的弧焊

碳和碳锰钢的弧焊 1. 范围 此份英国标准详细说明了对碳及碳锰钢的手工，半自动，自动和机械化弧焊的程序要 求。在所有产品形式中，包括圆形的和矩形的空心截面，其最大碳当量为 0.54（见条款 4） 。 除了确定的要求，它也要求条款 3 中细列出的条目可以被证明。 不论确定的要求还是须证明的条目都必须遵照这份标准。 条款 21 中给出的要求只适于一般制造约束条件，更高的约束状态需要更高的预热或其 他预防以防止加氢裂化。关于这点的一些指导附录 E 中有给出： 附录是为了辅助这份标准的使用者而对各种话题给出指导，但要坚持附录中的规定不 能成为此份标准的部分。 此份标准不包括所有对混凝土配筋钢的焊接要求，这部分焊接会受其他不囊括在此份 标准内的因素影响。 此份标准不包括对浇注到铸造工艺的要求，这些在 BS 4570 中有详细说明。 注意：此份标准中涉及到的公文标题在封面背面有列出。 2. 定义 BS 499：第一部分给出的定义适用于此份英国标准。 3. 信息和要求 3.1 买方提供的信息。 以下买方提供的信息应得到充分证明。不论标准中说明的确定要求还是须证明条目都 应在符合标准的要求被使用和核实前满足标准。 a） 可与一些附助要求一起使用的应用标准。 b） 母材，必需的焊接金属和焊接点特性说明。 c） 所有焊接的位置、尺寸和细节，也就是接缝形式，坡口面间的角度，零件间的缝 隙等。 注意：当使用符号标记标准焊接形式时，须符合 BS 499：第二部分。 d） 焊接是在车间还是在别处进行。 e） 是否需要书面焊接程序（见条款 20） 。 f） 是否需要焊接工序批准测试（见条款 22） 。 g） 是否需要确使焊缝可以描绘给制造它们的焊工的手段以及如果这样要使用的方法 （见条款 24） 。 h） 焊接轮廓的表面修饰。 i） 质量控制安排。 j） 是否需要焊接后的热处理（见条款 29） 。 注意：此条款提出的条目对制造物的性能有重大影响，买方应确保要求能适当涉及特 殊节点和想要的制造物使用期。 3.2 须协商的要求。 下列在签合同时协商并在涉及的条款中说明的条目应得到充分证明。不论标准中说明 的确定要求还是下列须证明条目都应在符合标准的要求被使用和核实前满足标准。 a） 如果不实行磨光，在应用标准里没有指定的情况下可允许的焊接外形（见 7.3.2） 。 b） 当只从一边焊接的对接焊缝没有使用衬底材料时使用一个特殊方式以达到全熔透 （见 7.4（b） （2） ） 。 c） 不是结构部分时的衬底材料（见 7.5.2） 。 d） 不同于 10.1 中指定的材料准备和切割方式（见 10.2） 。 e） 焊接的锤击（见条款 25） 。 f） 在缺少相应应用标准时检查和测试的方法及范围（见 26.2） 。 g） 在缺少相应应用标准时焊接接缝的验收要求（见 27.2） 。 h） 当需要焊后热处理但又没有应用规范时，可以适用的热加工细节（见 29.2） 。 4. 母材 母材应该用碳或碳锰钢，它们的化学组成由包样分析测定，以（m/m）为单位，用 以下公式计算可得出最大碳当量 0.54：碳当量C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 注意 1：此碳当量公式不适用低含碳量的碳锰钢或含硼钢，此时可遵从 E.3 中给出的 指导。 注意 2：因为制造经验的限制没有指定对碳当量 0.54 以上的碳锰钢的要求。炼钢工， 焊接耗材供应商或其他适当的权威资源应就这些钢的焊接程序作出商议。 5. 焊接耗损材料 5.1 氢水平 当使用低氢型焊接耗材时，承包商应能证明他是以耗材制造商建议的方式使用耗材， 且耗材是干燥的或烘烤到了适当的温度水平和时机。 5.2 手工金属弧焊 在选择焊条时应注意到其详细用途，也就是焊缝设计，焊接位置和特性要求要匹配工 作环境（见 3.1（b） ） 。如把英国标准应用于焊条选择，这些焊条就应遵照此份标准，焊条 编号也要依据此份标准（举例来说 BS 639） 。 5.3 用于半自动，自动和机械化金属弧焊的药皮焊条 由药皮焊条制成的焊接金属用于半自动，自动和机械化金属弧焊工序时，其机械特性 不应小于 BS 639 中对由焊条制成的焊接金属的额定最小值，且应注意到其详细用途，也就 是焊缝设计，焊接位置和特性要求能匹配工作环境（见 3.1（b） ） 。 5.4 埋弧焊 埋弧焊用的焊条钢丝和焊剂化合物应遵照 BS 4165 的适当章节。化合物在选择时应注 意其详细用途，也就是焊缝设计，焊接位置和特性要求能匹配工作环境（见 3.1（b） ） 。 5.5 气体保护工序 5.5.1 填充焊棒和焊丝 如果固体金属填充焊棒或焊丝使用时有气体保护工序，就须遵照 BS 2901：第一部分， 且在选择时应注意其详细用途，也就是焊缝设计，焊接位置和特性要求要匹配工作环境 （见 3.1（b） ） 。 如果实芯焊条与适当的保护气体或气体混合剂一起使用，在选择时应注意其详细用途， 也就是焊缝设计，焊接位置和特性要求能匹配工作环境（见 3.1（b） ） 。 5.5.2 保护气体 要使用一种气体或气体混合剂时，它应满足以下性质： （a） 氩遵照 BS 4365； （b） 二氧化碳遵照 BS 4105 中指定的形式 1； BS 5135：1984 3 （c） 已经由经验和批准程序测试结果证明为安全的气体混合剂 5.6 非保护半自动弧焊 用于非保护半自动弧焊的焊条，通常是实芯的，在选择时应注意其详细用途，也就是 焊缝设计，焊接位置和特性都要求匹配工作环境（见 3.1（b） ） 。 5.7 储存和装卸 5.7.1 一般 所有材料应根据制造商建议仔细储存和装卸。有损坏或变质迹象的焊条、填充焊丝和 焊棒、焊剂都不可再使用。 注意：损坏和变质的例子包括有药皮焊条的开裂或涂层剥落，焊条钢丝生锈或污浊， 铜镀层的损坏或剥落。 5.7.2 药皮焊条 焊条应根据制造商建议储藏在它们的原始容器里，并放在一个干燥，最好是热的地方， 且对天气影响有足够防护。如果焊条制造商建议在存储期间或使用前有专门保护或其他处 理，那就应根据制造商详述的条件办。 为了确保由低氢型焊条沉积而成的焊接金属在条款 21 指定的适当比例限制内 falls，就 应遵从焊条制造商指定的烘干或烘烤条件。 焊条应在烘干或烘烤前移出它们的原始容器。拿出烤箱之后应避免暴露于有利潮气吸 收的条件下。 注意 1：如果要求最低氢水平，焊条就必须放在箭筒或密闭容器内发给焊工。 返还仓库的焊条在再次使用前应根据焊条制造商的建议处理。 注意 2：如果焊条被暴露在较差的存储条件下，或可能已经变的潮湿，在使用前就应 寻求制造商的建议。 5.7.3 半自动，自动和机械化焊接 焊丝或实芯焊条应适当捆扎以防止损坏，包括在运输期间。储存时，焊丝或焊条应保 存在原来的捆绑或包覆中放到干燥的仓库里。 注意：铜衣钢丝的性能依赖于铜镀层的延续性和规律性。通常用肉眼检查不明显，但 在临界应用中却很重要。这样的考虑应在承包商和供应商之间协商。 焊剂包装应避免潮湿和损坏，包括在运输期间。有保证湿气水平或给出低氢水平的焊 剂应包装在防潮容器中。储藏时应保留在原有容器中放到干燥的仓库里。 如果焊剂的组成需要在存储期间作特殊保护或在使用前作特殊处理，这些特殊保护或 处理的细节应由制造商提供，承包商执行。 6. 设备 6.1 车间 焊接车间，器械，电缆和辅助仪表应遵照 BS 638 相应部分的要求。承包商应负责确定 焊接车间的容积和辅助设备足够焊接流程的使用，并保证所有焊接车间和辅助设备在良好 运作下。 注意：承包商要注意健康和安全工作手册第 38 条“电弧焊”中包含的安全防范建议， 此手册由健康和安全委员会发行，HM 文具工作室印刷。 6.2 接地 所有与焊接操作有关的电气车间都应充分接地。从工件的横断面上导出足够的焊接回 路，并应正确地连接和接地。 6.3 仪器仪表 测电流的装置不论作为焊接车间的部分还是由便携式电表提供都可以。 对半自动，自动和机械化焊接的情况，应提供测量弧电压，电流和/或送丝速度的设备。 提供烘干炉时应同时有测量炉温的装置。 7. 对接焊缝细节 7.1 一般 所有对接焊缝的细节，举例说接缝形式，坡口面间的角度，零件间的缝隙，应允许安 全焊接流程的使用，焊接细节和焊接流程的组合应使得合成的焊缝能遵照设计的要求。 注意 1：对接焊缝的设计指导在 A.1，附录 B 和表 16 中有给出。 注意 2：不完全熔透对接焊缝的焊缝厚度小于母材厚度。这类型的焊接适用于很多情 况，对它的使用限制见 A.1。 7.2 焊缝厚度 钢板对接接缝的两端应焊接以达到完全焊缝厚度。 注意：这点可使用伸缩试件或其他买方批准的方法来做。 7.3 焊接外形 7.3.1 在焊态条件下，焊接面应是母材表面的凸出部。哪里有隆起的表面，多余的焊接金属 就应被磨光。不实行磨光时，如果有应用标准在，焊接外形就按标准指定的做。 7.3.2 当没有实行刨光又没有应用标准时，焊接外形应由承包团队之间协商。 7.4 全熔透 全熔透单面、V 形、U 形、J 形坡口或方形对接焊缝应照（a ）或（b）中的描述完成： (a) 通过在接缝背面熔敷焊接金属的封焊； (b) 如果这些或其他对接焊缝是单面焊，不论是 （1）靠临时或永久衬底材料的帮助，还是 （2）通过承包团队之间的协商， 都应采用一个经批准的专门的焊接方式，那就是没有使用任何一种衬底材料的全熔透。 注意：在疲劳条件下，永久衬底材料可能不适合用。 7.5 衬底材料 7.5.1 如果合适，衬底材料可由结构的另一部分钢组成。 7.5.2 当不适合用结构的部分做衬底材料时，要采用的材料应由承包团队协商。 注意：用铜做衬底材料时要当心，因为从焊接金属里提取铜有一定风险。 7.5.3 采用临时或永久衬底材料的地方，接缝应安排能确保要连接部分的完全溶化物可容易 地获得。 7.6 清根 在所有全熔透对接焊缝里，有双面焊的地方，其焊接程序允许不用清根，但不能达到 完全熔透的地方，初焊的焊根应用适当方法刨去，使得开始在凿槽边焊接之前清理好 sound 金属（见图 1） 。 8. 角焊缝细节 一个角焊缝，作为熔敷，不应小于额定尺寸（见 3.1（c） ） ，考虑深熔透或部分熔透工 BS 5135：1984 5 序的使用，尺寸应尽量清楚地表示焊缝厚度和/或腿长（见条款 14，指导见附录 C） 。 对凹形角焊缝，实际焊缝厚度不小于额定腿长的 0.7 倍（见 3.1（c） ） 。对凸形角焊缝， 实际焊缝厚度不应小于实际腿长的 0.9 倍。 板或截面边缘的角焊缝有额定腿长的，母材不应超出焊缝，融化外露的角会减少焊缝 厚度，这是不允许的（见图 2） 。 注意：角焊缝的设计指导在 A.2 中有给出。 9. 槽焊缝 因为有开裂风险，缝隙不应用焊接金属填满，除非应用标准要求。要求用焊接金属填 满的缝隙也只有在角焊缝通过检验和批准后才能填。 10.焊接面的准备 10.1 如果材料的准备或切割是必须的，就应用剪切、凿平、磨光、机械加工、热切割、 热刨削或依据 10.2 协商的比较方案来做。 使用剪切时应考虑到加工硬化的影响，并应采取预防措施以确保边缘没有开裂。 对于切割边缘不是坡口面的地方，从剪切、热切割或热刨削产生的脆化影响不应损害 制作物的性能。 注意：局部硬化能用适当的热处理减小或用机械方式去除。从切割面除去 1 到 2mm 通 常会消去硬度层。使用热切割时，降低通常切割速度或在切割前预热能减小局部硬化。钢 材供应商应就达成硬度的减小商量出建议。 10.2 不同于用剪切、凿平、磨光、机械加工、热切割或热刨削（就像 10.1 中提及）的材 料准备或切割的方式只能经承包团队间协商才可使用。 11.（焊接）坡口面 11.1 坡口面的准备，坡口角度，齿根半径和齿根面应能达到适当的应用标准所要求的精度 限制。 注意：没有应用标准时，对手工焊接的建议是，小于等于 12mm 厚的材料其缝隙和焊 根面的限制的偏差应在额定尺寸（见 3.1（c） ）1mm，对大于 12mm 厚的应为2mm。 一个 V 形的坡口面间的夹角公差建议为 5，对 U 形和 J 形为10，0。对自动或 机械化程序，由于工序的特性较小的偏差是必要的。 11.2 坡口面和邻接表面不应有裂缝，缺口或其他凹凸不平，它们会干扰焊接的熔敷或成为 缺陷的诱因。任何对坡口面的修整应依据此份标准的要求实行。 11.3 坡口面和周围的表面不应有重锈、潮湿、油渍、油漆或任何其他物质，它们可能会影 响焊接的质量或阻挠焊接的进行。 注意：当使用低氢焊接工序时这点尤为重要。某种专利保护涂层特别阐明它们不会干 扰到焊接。此条款的要求不排斥这种涂层的使用，但如果买方这样要求，承包商应用样本 焊接的手段论证其可采用性。 12.组合焊缝 应组合要焊接的部分使得对操作工来说要焊的焊缝容易够到且明显可见。 注意：在可行的地方使用夹具和胎具以使焊接能在最适合的位置实行。 13.对接焊缝的定线 对较薄的厚度小于等于 12mm 的材料，对接焊缝的根部边缘或坡口钝边不应超出准线 25材料厚度的距离；对于厚度大于 12mm 的材料不应超出准线 3mm 的距离。 注意：对某些应用和焊接流程，较小的偏差是必要的。 14.用角焊缝接合的部件装配 用角焊缝接合的边缘和表面应尽可能紧密接触，因为任何间隙都会增加开裂的风险， 但间隙决不能超过 3mm。 注意：对一个大缺口应考虑是否需要增加角焊缝的腿长作为补偿（见条款 8 和附录 E 的指导） 。 15.定位焊 定位焊缝不应小于用于节点的根部焊道的焊缝厚度或腿长，且应服从那些此标准指定 对根部焊道的同样的焊接条件。定位焊的长度不应小于较厚部分厚度的 4 倍或对于更小的 不小于 50mm。 在焊缝里合并有定位焊的，定位焊的形状应适于合并在最终焊缝里，并且没有裂缝和 其他断层。开裂的定位焊缝应被切除（见条款 28） 。 用自动或机械化程序焊接的节点，或要求较小定位焊的地方，熔敷条件在条款 21 中有 给出。 16.临时配件 16.1 对临时配件的焊接应依照此标准中对永久焊接同样的要求。 注意：临时配件应尽可能远离主要节点。 16.2 当要求去除用于易化结构的焊接配件时，要仔细地切割或凿平，材料表面应始终打磨 光滑，随后作表面裂缝检查。临时配件不应用锤打去除。 17.天气防护 要焊接的面应是干燥的。无论何时在金属表面发生冷凝的迹象，都要实行加温以去除 这冷凝。无论如何在 0以下不能对母材实行焊接。下雨或下雪时，或疾风期间，必须采 取预防措施以保护室外焊接区域。焊接期间当结构空心截面的孔被穿透时应防止沿孔吹来 的气流。使用气体保护焊接程序的地方，像 8km/h 的低速气流下可解除气体保护，因此要 使用足够的遮护以使风和气流远离焊接区域。 18.机件上的飞溅弧 应采取预防措施避免飞溅弧，它可能发生在： （a） 焊条和远离焊接制备的机件之间； （b） 焊条钳和机件之间； （c） 机件和焊接接地回路导线之间； （d） 机件和地电势的任何部分之间； （e） 对半自动，自动和机械化焊接，在焊机头或焊炬和机件部分之间（举例来说 MIG 枪中松动的导电管） ； （f） 对 TIG 焊接，在钨焊条和机件之间。 BS 5135：1984 7 注意：由飞溅弧产生的局部硬点和裂缝在承包团队间商议后需要用机械手段去除并通 过检查。可依据此标准用焊接金属的沉积实现硬点去除。 条目（b） ， （c）和（e ）会导致局部铜污染。由于铜的粒间穿透污染区域可能是脆性和 /或开裂的。这些区域应用机械手段去除。 条目（c）和（d）用牢固的接地线就可避免（见 6.2） 。 条目（f）会引起工件中包含钨。这个污染不像铜污染那么严重，但如果包含物大而有 角或数目众多，就应用机械手段去除。 19.焊道内清理 有的工序会产生保护焊接金属的熔渣，举例说手工金属弧焊和埋弧焊，在添加另一个 焊道前这熔渣应从焊接金属的每个焊道中除去，尤其要注意焊接金属和坡口面间的接合处。 可见缺口如裂缝、凹处和其他沉积断层都应在另外的焊接金属熔敷前消除。 20.焊接流程细节 当买方要求书面焊接程序时，它们应包含以下相应条目： （g） 制造一个完成节点要用的焊接工序。 （h） 母材规格，厚度和其他相关尺寸。 （i） 是车间还是现场焊接。 （j） 清洁，除油等。 （k） 焊条的分级，类型和尺寸及其他耗材。 （l） 对手工焊接，焊条的尺寸，焊接电流和每个焊条的焊道长度，或角焊缝腿长和 焊道数量。对半自动，自动和机械化焊接，焊条的尺寸，焊接电流，弧电压， 运转速度，送丝速度，焊丝伸出长度或角焊缝腿长，焊道数量，空气流率和/ 或其他程序材料的消耗，适当的话。如果适用，在使用前焊接耗材的烘干/烘 烤要采用的温度和时间。 （m） 显示边缘准备，装备，多焊道焊接的焊道近似数量和安排的草图。 （n） 夹具或定位焊，衬底等。 （o） 焊接位置。 （p） 焊接程序。 （q） 最小预热温度和层间温度范围。 （r） 清根。 （s） 焊后热处理。 （t） 任何其他信息（热影响区域和焊接金属的断裂韧度的指导见附录 D） 。 应提供给焊工们足够的信息以使焊接工序良好地实行。 21.防开裂的焊接程序 21.1 一般 在决定的焊接程序里，应考虑避免以下： （a）氢诱发的延迟冷开裂（见 21.2，指导见附录 E） ； （b）固化开裂（指导见附录 F） ； （c）层状撕裂（指导见附录 G） 。 21.2 避免氢开裂的工序 21.2.1 介绍 为避免碳锰钢的氢开裂，其焊接条件已以绘图形式草拟在图 4 中，对此份标准涵盖的 组成的通常范围以碳当量表示，这些条件无论何时实行都应遵守（见 21.2.7） 。 注意：考虑到同样碳当量（扣除硬化度的分散）的不同钢材间不同的习性，和包样与 产品分析间的正常变量草拟了条件。它们对避免大多数焊接情况中的热影响区域和焊接金 属开裂很有效。有些时候，依据此条款决定的程序可能不足以避免氢开裂，这时可要求更 严格的程序以防止氢开裂，对这种情况的指导和对这些程序的建议在附录 E 中有给出。 21.2.2 碳当量值 使用遵照 BS 4360 的钢时，表 2 中的碳当量值为焊接程序的推导提供了一个很好的根 据。轧钢薄板如显示了个比表 2 更高的碳当量值，它们应成为程序的根据。 注意：取用较低碳当量值的轧钢薄板，它们可被用作对较不严格程序的根据（但见 E.3） 。 如果条款 4 中用于计算碳当量的公式的元素，只有碳和锰可用于轧钢薄板，则顾及剩 余的元素应加 0.03 到计算值上。不同碳当量或等级的钢材连接的地方要使用更高的碳当量 值。 21.2.3 氢等级 对任何弧焊程序使用的氢等级主要依赖于焊缝可扩散性氢含量，并在表 1 中有给出。 使用的值应由耗材制造商依据现有的相应标准与供应和处理指定条件共同规定（或自主测 定） 。 注意：对各种程序的氢等级的使用指导在 E.2 中给出。 21.2.4 预热 预热温度是母材在焊接开始前一刻的温度，同样的值经常被用作对多焊道焊接的最小 层间温度。后续焊道大于根部焊道的地方，多焊道焊接可以有一个比预热温度更低的允许 层间温度，这个对更大焊道的层间温度可从图 4 中测定。 对接缝坡口面施于局部预热，要求温度存在于从接头坡口面到其半径至少 75mm 距离 内的母材中。如果可行，温度就应在相对于正被加热的面上测量。否则，温度将在热源去 除后的某时在加热面上确定，涉及到母材厚度对温度均衡的允许。哪里使用固定永久加热 器，就没有用于测量的到达反面的通路，应在直接邻近焊缝坡口的暴露的母材上作记录。 注意：对母材厚度的每 25mm，到温度均衡所允许的时间应达到 2min。 21.2.5 合并厚度 从焊接线开始平均超过 75mm 的距离，合并厚度应是母材厚度的总和（见图 3） 。 注意：如果厚度从焊接线开始很大地增加刚好超出 75mm，就有必要使用更高的合并 厚度值。 21.2.6 热输入 图 4 使用的热输入值应如下计算，连同一个适当的适用于不同于用药皮焊条手工金属 弧焊的程序的因数：Vl/w10 3 其中 V 是弧电势（以 V 为单位） l 是焊接电流（以 A 为单位） w 是焊接速度（以 mm/s 为单位） 注意：对使用其他焊接程序的指导，从这个公式计算出的热输入值应除以以下因数得 到的值再放到图 4 中使用：埋弧焊（单根焊丝）：0.8 MIG/MAG 焊接（固体，固芯或自保护焊丝）： 1.0 TIG 焊接：1.2 21.2.7 对手工金属弧焊的简化条件 对角焊缝的手工金属弧焊，从图 4 中获得的数据以表 3 到 9 的表格形式呈现了详细的 碳当量值。对使用药皮焊条的手工金属弧焊，表 10，11 和 12 根据焊条尺寸，焊道长和偏 心率给出了热输入值。 注意：设计中指定单一焊道最小腿长角焊缝的，表 13 可用于从表 3 到 9 或从图 4 上获 得近似热输入值以确定焊接程序。当要求承包商制作一个对角焊缝的最小腿长指定尺寸的 BS 5135：1984 9 单一焊道角焊缝，且实际上第二条腿长于最小值，例如在横向垂直角焊缝里，这些值很适 合实际情况。 21.3 可供选择的程序 建议用可选程序时，论证应包括用于决定 21.2 中给出的焊接程序的因素的考虑。 注意：证明对通常焊接程序作修改可以避免氢开裂的条件在附录 E 中有提及。 22.焊接工艺的确认和测试 如果买方需要焊接工序（见 20 节） ，承包方应确保合同上规定的焊接工艺能让买方得 到满意的焊缝。若买方有此要求，承包方应按 BS4870： 1 部分的规定进行焊接工艺测试。 23.焊工的确认和考核 承包方应保证焊工对其职责称职。为此，焊工的标准应满足 BS4872:1 部分的要求。如 果焊工按照合同确定的焊接程序工作，他们已满足了 BS4871：1 部分的规定。 24.鉴定 若买方特别指出，承包方应以鉴定标识或其他形式提供足够的鉴定材料，以确保焊工 的每一条焊缝都能达到标准。 25.锤击焊缝 任何对焊缝的锤击只有在合同双方协商通过时才能进行。 26.监督和测试 26.1 监督和测试的方法和细节由合同双方协商确定。 26.2 若没有应用标准可以借鉴，监督的方法和细节由合同双方协商确定。 26.3 待监督测试的焊缝在其被认可之前不能被喷涂或作其他模糊处理。 27.焊缝质量 27.1 焊接节点不能有任何有损结构正常使用功能的缺陷存在。对于它的认可标准，包括表 面缺陷和非表面缺陷，以相应应用标准为准。 27.2 如果没有应用标准，认可标准由合同双方协商确定。 （见 3.2） 28.焊缝缺陷返修 若焊缝不符合第 27 节的规定，其缺损部分应移除，按照本规范修复并再次提交检查。 29.热处理 29.1 若焊缝需要热处理，应根据相应应用标准进行。 29.2 若需要对焊缝进行热处理又没有应用标准，热处理方法由合同双方协商确定，并应考 虑到热处理对节点性能和制作的影响。 BS 5135：1984 11 附录 A 设计指南 注 1：典型焊缝的设计应用标准见 BS153：3B&4 部分和 BS449：2 部分； 注 2：为避免层状撕裂的特殊设计见附录 G。 A.1 对接焊缝（附录 B 也有） 截面不同的两构件在一条线上对接，除了因焊缝本身的形状会产生应力集中外还会产 生局部附加应力。如果两构件的轴线不重合，节点处也会产生局部弯矩。如果由上述因素 产生的应力过大，则焊接截面要修正以减小应力。图 5 给出了几个形状修正后的平滑的例 子，其中(a) 和(b)是较为普通的类型，(c)是为无损检测的需要而设计的特殊形状，变化的 坡度根据设计需要而定。若无设计需要，则坡度不能陡于 1/4。 除非应用标准规定，单边焊的非熔透焊缝不能用于承受沿其长度方向的弯矩，因为这 会导致焊缝根部受拉。 在设计强度与荷载效应相当且有重复荷载或动力荷载作用的地方，即使有可能采用非 熔透焊缝，也要尽量避免。承受波动荷载的焊接节点，其设计应力应满足 BS5400：10 部 分的规定。 A.2 角焊缝 对于非闭合的角焊缝，考虑到其起点和终点一般都存在消弱，有效长度取为总长度减 去两倍的焊脚长度。但有效长度不能小于 4 倍焊脚长度。除非几何尺寸不允许，在构件端 部或边缘结束的角焊缝，应绕转角延伸至少 2 倍焊脚长度，这一点对于受弯构件受拉侧的 角焊缝尤为重要。 在承受压力的角焊缝节点处，不能假定节点下待焊接的两部分是接触的。必要时可采 取部分熔透或全熔透焊缝。 单道角焊缝不能用于导致角焊缝受拉的承受弯矩的连接。 角焊缝用于切口或圆孔处以连接一个或多个部分时，长孔或圆孔的尺寸应该考虑到其 所在构件的厚度，满足下列规定： (a)宽度或直径不应小于 3 倍厚度和 25mm 中的较大者。 (b)切口闭合处转角的半径不应小于 1.5 倍厚度和 12mm 中的较大者。 (c)切口或圆孔与被连构件之间的间距不应小于 2 倍厚度，对于圆孔来说还不应小于 25mm。 熔敷面夹角大于 120或小于 60的角焊缝，在计算时其强度应进行折减，除非有其 他应用规定。 熔敷面夹角处于 60和 120之间的平面焊缝活凸焊缝，其设计焊缝厚度用焊脚长度 乘以一个相应的系数得到，该系数示于表 14。 应考虑相应的制作、运输、装配应力，尤其是那些承受设计荷载较小的角焊缝。 由对接焊缝和角焊缝组合而成的组合焊缝，在考虑其疲劳特性时应视为角焊缝。承受 波动荷载的焊接节点应按照 BS5400：10 部分设计。 附录 B 对接焊缝指南（非中空型钢） B.1 引言 此部分推荐的坡口形式和尺寸主要用于一般焊接结构的手工平焊。仰焊和立焊涉及到 控制焊条，要求达到焊缝根部较为容易，这可以通过加大焊缝坡口角或增大焊缝根部间距 来实现。当使用粗焊条时，焊缝根部尺寸和坡口形式可能需要相应修正。半自动焊、自动 焊或机械焊的坡口形状和尺寸也与此地不尽相同。 B.2 确定坡口形状和尺寸 V 形焊和斜角坡口焊的坡口可以通过机械加工或焰割而成。U 形焊和 J 形焊的坡口通 常是机械加工。除非买方特别指明或应用规范规定，采用机械加工还是焰割由承包方决定。 在评估节点形式的优劣时，坡口加工费用、焰割费用和焊缝长度都要考虑到。 B.3 选择合理的坡口形式以控制焊接变形 与 V 形坡口和斜角坡口相比， U 形和 J 形坡口在控制变形方面较为有利，因为后者需 要消耗较少的焊接金属。同样，在控制变形方面，双面坡口比单面坡口有利，因为前者焊 熔金属可以向两个方向沉淀。要控制变形，精确的焊前准备（选择合适的坡口形式和尺寸） 和细致的焊接工艺方案极为重要。 B.4 典型的坡口形式和相应尺寸 表 15 给出了典型的坡口形式和相应尺寸。 在(a)和(b)的 I 形坡口对接焊缝形式中，坡口根部间隙主要取决于焊条的尺寸和类型， 由此确定间隙大小。 (c)和(d)是最为常见的两种对接焊缝形式。通常取焊缝根部间隙为 0 可以简化安装、减 小收缩。不论是否清根，焊缝质量与根部间隙、坡口钝边和采用的焊条类型有关。采用清 根可以提高焊缝质量。 (e)和(f) 所示的双 V 形坡口虽然能节约焊接金属，但是很难保证焊缝中部全熔透。如果 因装配要求要留坡口钝边且需全熔透焊，则需要充分的清根。 (g)、(h)和(j)所示的单 U 形和双 U 形坡口可便于焊条操作并保证焊缝的弧形条件，尤 其保证第一道焊缝。 (k)和(l)所示的单 J 形、双 J 形坡口以及(m)、(n)所示的单斜角和双斜角坡口仅在连接件 中只有一个能被加工和切割时采用。(m)和(n)适用于厚度较小且板不能被加工的情况，要 保证焊接质量需特别注意，尤其对双斜角坡口对接焊缝。 BS 5135：1984 13 附录 C 对接焊缝指南（中空型钢） 典型的中空型钢的对接焊缝形式示于表 16。圆管和方管相贯节点的对焊和角焊形式见 图 69。 附录 D 热影响区和焊接金属的抗裂韧性 D.1 热影响区 若对热影响区的韧性有特殊要求，需要注意的是，多数钢材经过焊接后都会变脆，这 样热影响区的韧性就较母材差了。但是若切口在工作荷载下有足够的延性（低拘束） ，这种 影响会小一点。 影响抗裂韧性的因素有： (a)总热输入（包括预热和道间温度） (b)钢材的化学成分 (c)钢材的力学性能 (d)焊后热处理 在有些情况下需要通过限制热输入的最大值和最小值来限制热输入。热输入的范围因 钢材品种、厚度、预热处理方案和热影响区要求的抗裂韧性的不同而不同。在选用钢材时 应征求钢材制造商的意见，以保证在采用的热输入下热影响区的抗裂性能能够满足要求。 D.2 焊接金属 焊接技术对焊接节点的低温性能有很大的影响。焊接工艺中影响抗裂性能的因素可归 结为： (a)焊接耗材类型 (b)焊条直径和保护气体 (c)热输入（包括预热和层间温度）例如，对于手工电弧焊，该因素包括直径、焊接电 流、焊接长度和类型 (d)单焊道和多焊道也有细微的影响 (e)板材中化学成分的含量 (f)焊接位置的影响 (g)焊后热处理 附录 E 防止加氢裂化的措施 E.1 总则 加氢裂化的产生与以下因素有关：钢材的成分、焊接电流、焊接耗材、焊接应力。 如果焊缝骤冷，会在热影响区产生过量硬化。若焊件中产生过量氢，在焊件冷却到环 境温度后由于残余应力的影响，在硬化区会产生裂纹。选择合理的焊接条件可以防止加氢 裂化的产生，如降低热影响区的冷却速度、控制焊缝尺寸相对母材厚度的比例、预热和控 制道间温度。采用低氢焊条和焊接工艺、预热和控制道间温度都能有效的减少焊接过程中 氢的产生量。在那些硬化区范围不是很大但实际含氢水平和应力水平都较高的区域也要采 取类似的措施。一般说来，这些控制热影响区加氢裂化的措施也能防止焊接金属中产生裂 纹。但是，在焊接金属高拘束的一些情况下，加氢裂化会成为控制因素。 有一点需要特别强调：防止加氢裂化产生的最有效的办法就是减少焊接耗材对母材的 氢扩散量。采用低氢焊后可以适当降低预热水平，并增大不需要预热处理的范围，件表 17 示例。 E.2 扩散氢水平 下面给出了手工电弧焊外的其他焊接方法的合适的扩散氢水平选用标准。 除非特别规定，用于气体保护焊的固体焊丝的扩散氢水平应为 C 等。这一水平同样适 用于相应的经烘干处理的其他焊接耗材，干燥方法有制造商给出。 TIG 焊的扩散氢水平应为 D 等。这一水平同样适用于相应的经烘干或其他处理的焊接耗材， 如用于气体保护电弧焊的清洁固体焊丝和用制造商推荐的温度烘干过的基本药皮焊条。须 注意的是在某些情况下烘干温度甚至会超过 400。 埋弧焊、药芯焊丝电弧电弧焊和连续熔敷焊中焊接耗材的扩散氢水平可以从 A 等到 D 等，根据实际情况而定。 E.3 需求更为严格工艺的条件 焊接条件满足下列因素之一者，需要较 21.2 节中更为严格的焊接工艺： (a)高拘束 (b)厚截面 (c)低碳当量钢材 (d)合金钢 (e)无硫或低硫钢材 目前，为避免裂纹的产生，上面这些因素具体要达到什么量值才需要更为严格的焊接 工艺还不清楚。下面仅给出了一些参考。 节点拘束是截面厚度、焊接准备、几何尺寸和制作刚度的复杂函数。当母材截面厚度 大于 50mm 且焊缝根部焰坡口对接点分布需要更为严格的焊接工艺。 对于低（约低于 0.1）碳锰钢，第 4 节的碳当量公式并没有充分的给出硬化区产生加 氢裂化的危险性，可能低估了这种危险，所以对于此种钢材的焊接工艺应进行修正。另外， 本规范 21.2 节给出的焊接工艺可能对防止低碳当量（约低于 0.42）加氢裂化的产生还不够 严格，当母材较厚（厚于约 50mm）并且屈服强度较高时尤其如此。合金钢或锰含量较高 （约高于 1.5）的碳锰钢，焊接时会导致较高的操作应力，不论它是否会增加热影响区产 生裂纹的危险，焊接沉淀物会更硬也更易裂。 最近的经验和研究表明：降低钢材中杂质的含量，主要是硫的含量（也包括氧）会增 加钢材的硬度。按照一般经验，这会导致热影响区硬度的增大，也会增大加氢裂化产生的 危险。目前还无法知道这种影响的大小，但是已知硫含量低于 0.008的钢材硬度会增大， 相应的热影响区产生裂纹的危险也增大。 固然，对于上述这些因素情况下的焊接工艺，可以也通过修正本规范 2 节中的预热热 输入得到，但最为有效的方法还是降低扩散氢水平。可以采用直接法或间接法来降低扩散 BS 5135：1984 15 氢水平。直接法就是采用低氢焊接工艺和低氢焊接耗材，间接法就是提高预热温度和道间 温度，或者保持该预热温度一段时间作为焊后的热处理。焊后热处理的时长需求与多种因 素有关，一般情况下 23 小时就能产生效果，建议对焊接工艺的修正应建立在充分的节点 模拟试验基础上。 E.4 焊接工艺可以降低要求的条件 在下列情况下，本规范 21.2 中规定的焊接工艺可以降低要求： (a)整体预热。如果预热范围是整个构件或本规范 21.2 中规定预热宽度的 2 倍以上，则 预热温度一般可降低 50。 (b)限制热降。如果热降在一个或多个方向上被限制（例如，最短传热路径小于焊缝长 度的 10 倍） ，特别是在较厚的板中（如在一个搭接节点中搭接边仅大于焊脚长度时） ，可以 降低预热要求。 (c)奥氏体焊条。在某些场合，提高预热温度来防止裂纹的措施行不通，这时可采用奥 氏体焊条，如 BS2926 中的 19.12.3 或高镍合金。此时，可以不需要预热，尤其是在焊条可 以将扩散氢控制在低水平的时候。 (d)节点几何因素。闭合角焊缝，其根部为单 V 形坡口时可降低焊接工艺防裂要求。 E.5 防止加氢裂化的焊接工艺设计示例 第 1 步 利用表 2、21.2.1、21.2.2 和附录 E.3 计算母材的碳当量。例如：若钢材为 BS4360 中等级 50C，非轧制。表 2 显示其碳当量为 0.45。 第 2 步 初步确定焊接工艺和耗材。利用表 1 确定该工艺的扩散氢水平，以确定应选用 的碳当量。假设手工电弧焊，采用低氢焊条，扩散氢含量为表 1 中的 B 等。 第 3 步 假设角焊缝或对焊缝，并参考表 2。 假设角焊缝，结合表 7 参考表 2。 第 4 步 确定各角焊缝所需的最小焊脚设计长度。假定为 5mm。 第 5 步 确定单道角焊缝焊脚为 5mm 时节点的组合厚度，参考 21.2.5。这里假设该值 为 70mm。 第 6 步 返回表 7，确定所需最小余人温度。在上面例子中，根据扩散氢含量 B 等， 5mm 角焊缝，组合厚度为 70mm，所需预热温度为 100。 第 7 步 表 7 和表 13 给出了由焊条种类和角焊缝焊脚尺寸确定的热输入。 表 10、表 11 和表 12 给出了相应的焊道尺寸和偏心率。表 11 给出了可供选择的焊道 尺寸范围：从直径 3.2mm 焊道长 145mm 到直径 8mm 焊道长 910mm。 实际上可能此限制为直径最大 5mm，相应焊道长度 355mm。 从第 3 步起也可按如下步骤： 第 A 步 假设对接焊缝。结合图 4(a)、4(g) 和 4(h)参考表 2。图 4(g)与 0.45 碳当量和扩 散氢等级 B 等有关。 第 B 步 确定对接焊缝的最小焊道尺寸。最常见的是确定根部焊道尺寸。假设焊条直 径 4mm，焊道长 320mm。根据表 11 查得最小热输入为 1.2KJ/mm。 第 C 步 根据 21.2.5 确定对焊节点的组合厚度。假设计算得组合厚度为 50mm。 第 D 步 返回图 4(g)，根据热输入 1.2KJ/mm 和组合厚度 50mm 查得最小预热温度和道 间温度（用插值或近似） ，此例中为 100。 若实际情况与上面第 7 步或第 D 步不同，不需要进行预热处理时，可按如下步骤： 第 W 步 回到图 4(g)确定不需要预热时（20，正常情况下）的最小热输入。对于角 焊缝一例：2.2KJ/mm 。对于对焊缝一例： 1.6KJ/mm。 第 X 步 如果表 11 表明上述热输入是可行的，则据表 11 选择焊条尺寸和焊道长度。 若不可行，至第 Y 步。 第 Y 步 对于角焊缝，对照表 7；对于对焊缝，对照图 4(a)和 4(e)，考察在可行的热输 入水平下降低扩散氢水平（提高烘焙焊条的温度或改用低氢焊条）以避免预热的可行性。 附录 F 防止硬化裂纹的措施 F.1 硬化裂纹通常是轴线裂纹。它最常见于焊缝根部。皮下裂纹和清渣后可见裂纹也较常 见，它们可能就埋伏在 0.5mm 厚的金属下。硬化裂纹也可能很深并严重的消弱节点的性能。 在进行碳锰钢的焊接时，采用埋弧焊经常会产生此类裂纹。 F.2 硬化裂纹的产生与杂质特别是硫和磷的含量有关，并随母材中含碳量的增大而明显， 但是增加锰的含量则对裂纹有抑制作用。因焊接耗材一般都较母材纯度高，杂质含量和裂 缝敏感性通常在焊道的最薄区最高，如对接焊缝的根部。为防止硬化裂纹，焊接耗材最好 采用含碳量低、纯度高、含锰量高的材料。 F.3 对埋弧焊，可以用一个公式来计算硬化裂纹的敏感性，该公式设计到被焊金属的组分 （以百分含量为单位） ，利用它可以得出一个裂纹敏感性系数（UCS） 。该公式写为如下形 式： 230C+190S+75P+45Nb-12.3Si-5.4Mn-1 上式使用与焊接金属的组分在如下范围时： C 0.030.23 S 0.0100.050 P 0.0100.045 Si 0.150.65 Mn 0.451.6 Nb 0 .07 合金元素和杂质含量不超过下列限制的，对 UCS 值无明显影响： 1 Ni 0.02%Ti 0.5%Cr 0.03Al 0.4%Mo 0.002%B 0.07%V 0.01%Pb 0.3%Cu 0.03%Co 在上述公式中，UCS 值为 10 以下表明抗裂纹能力很强，而 30 以上则表明很差。在这 两各近似限值之内，裂纹产生的危险随焊道厚宽比的增大、装配间距的增大而增大。 对于厚宽比约 1.0 的角焊缝，UCS 超过