特种设备监督检验技术之焊接评定

1、本资料来源本资料来源上海市特种设备监督检验技术研究院顾福明 工学博士教授级高工,国家高级安全评价师,AWS焊接检验师,国际焊接工程师电话EMAIL: 焊接评定焊接评定主要内容主要内容一焊接工艺评定二焊工资格评定一、焊接工艺评定o焊接工艺评定的目的焊接工艺评定的目的o焊接工艺评定程序焊接工艺评定程序o焊接工艺评定的判定准则（替代准则）焊接工艺评定的判定准则（替代准则）o焊接工艺评定的试验焊接工艺评定的试验 o焊接工艺评定报告焊接工艺评定报告(PQR)和焊接工艺指导书和焊接工艺指导书(WPS)多种焊接工艺评定标准共存多种焊接工艺评定标准共存oJB 4708JB 4708钢

2、制压力容器焊接工艺评定钢制压力容器焊接工艺评定oGB 151GB 151附录附录B B换热管与管板接头的焊接工艺评定换热管与管板接头的焊接工艺评定oJB/T 4734JB/T 4734附录附录B B铝容器焊接工艺评定铝容器焊接工艺评定oJB/T 4745JB/T 4745附录附录B B钛容器焊接工艺评定钛容器焊接工艺评定oGB 50236GB 50236现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范oSY/T 0452SY/T 0452石油天然气金属管道焊接工艺评定石油天然气金属管道焊接工艺评定oDL/T 868DL/T 868焊接工艺评定规程焊接工艺评定规程o石

3、化行业石化行业石油化工工程焊接工艺评定石油化工工程焊接工艺评定o焊接工艺评定焊接工艺评定o评定过程中第一个步骤是焊接工艺的完善，这必须在焊工资格评定及产品焊接以前完成，一般情况下，进行焊接工艺评定是显示以下各项的匹配性：o1. 母材o2焊接或钎焊填充金属o3焊接工艺o4技术措施o还必须注意到工艺评定中没有对评定试验焊工的技能水平提出要求。许多规范认为进行工艺评定对施焊的焊工自动进行评定，但是有的规范工艺评定并不用于判定焊工的能力。o国际上焊接工艺评定的三个途径：o 方法 I：标准模型评定试验o 方法II：工艺评定试验o 方法III：免除评定的接头工艺o美国焊接学会AWS D1.1“钢结构焊接规

4、范”中。许多工艺都可以免除评定，在焊接领域是独一无二的。o免除评定焊接接头为单面V型坡口对接焊缝，单面焊接，根部加金属衬垫材料。表中数据显示，根据不同的焊接方法、厚度及焊接位置，对于规定的焊接方法，根部的间隙可随坡口角度变化。如SMAW工艺，根部间隙及坡口角度的组合有三种选择：根部间隙1/4英寸45坡口角度，根部间隙38英寸-30坡口角度，根部间隙12英寸-20坡口角度。在表格右上角插入注明根部间隙及坡口角度的公差的表,为“零件图用”、“装配图用”。1 焊接工艺评定目的（1）材料焊接性）材料焊接性 工艺焊接性工艺焊接性 使用焊接性使用焊接性（2）焊接性能与焊接工艺评定的关系）焊接性能与焊接工艺

5、评定的关系 其解决的问题不同其解决的问题不同 焊接性能是基础和前提焊接性能是基础和前提 进行焊接工艺评定前不一定做焊接性能试验进行焊接工艺评定前不一定做焊接性能试验 焊接工艺评定不允许从外单位焊接工艺评定不允许从外单位“输入输入”（包括焊工）（包括焊工）（3）焊接工艺评定的目的（功能）焊接工艺评定的目的（功能） 验证施焊单位拟定的焊接工艺的正确性，验证施焊单位拟定的焊接工艺的正确性， 评定施焊单位焊制焊接接头的使用性能符合设计要求的能力。评定施焊单位焊制焊接接头的使用性能符合设计要求的能力。 需要工艺评定的焊缝需要工艺评定的焊缝 （1）受压元件焊缝。）受压元件焊缝。 （2）与受压元件相焊的焊缝

6、。）与受压元件相焊的焊缝。 （3）上述焊缝的定位焊缝。）上述焊缝的定位焊缝。 （4）受压元件母材表面堆焊、补焊。）受压元件母材表面堆焊、补焊。2 焊接工艺评定程序焊接工艺评定立项编制焊接工艺评定指导书焊接试件试件理化检验编制焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程3 焊接工艺评定的判定规则（替代准则）（1）焊接工艺因素）焊接工艺因素o重要因素重要因素：影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能。当变更任何一个：影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能。当变更任何一个重要因素是都需要重新评定焊接工艺。重要因素是都需要重新评定焊接工艺。o补加因素补加因素：影响焊接接头冲击韧性。当变更时，可按增加或变更：影响焊接接头冲击韧性。当

7、变更时，可按增加或变更的补加因素增焊冲击韧性试件进行试验。的补加因素增焊冲击韧性试件进行试验。o次要因素次要因素：对要求测定的力学性能无明显影响。当变更时，不需：对要求测定的力学性能无明显影响。当变更时，不需要重新评定焊接工艺，但需重新编制焊接工艺指导书。要重新评定焊接工艺，但需重新编制焊接工艺指导书。oAWS一个主要的区别就是：产品焊缝的每一焊接位置都必须进行工艺评定。oASME和API都使用了焊接工艺评定试验。ASME第九卷“焊接及钎焊评定”涉及到压力容器和管路制造中的焊接和钎焊评定。oAPI 1104“管路及相关设施的焊接标准”主要被美国管道工业在焊接工艺评定和焊工资格评定时使用。 o在

8、ASME和API 1104的体系中都确定了一些基本变素。一旦超出了这些规定的极限，就必须开展另一种工艺评定。这些基本变素包括焊接方法、焊接参数、母材类型、母材厚度、填充金属类型及尺寸、焊接工艺措施等。o在ASME体系中，这些基本变素必须写入焊接工艺规程（WPS）中，必须注明每一变量的范围。因为如果超出了各个基本变素的极限范围，可能需要进行大量的评定试验以确保完全覆盖。试验条件记录于另一份文件工艺评定报告（PQR）。因此，一份PQR可能对应着一系列的WPS文件，或反之。oASME工艺评定中有板材和管子两种形状的试件。在API中试件总是管子。o焊接后按照规范要求截取试样和进行破坏性试验以判定是否合

9、格o在ASME体系中，平焊位置的工艺评定可以覆盖所有位置的评定，oAPI则规定按工作的不同要求，工艺评定的位置为固定或旋转，或是两者均做。但是，这二个位置的任何一个的评定不能覆盖另个位置。（2）焊缝试件分类）焊缝试件分类 板材对接焊缝适用于管材对接焊缝，反之亦然；板材对接焊缝适用于管材对接焊缝，反之亦然； 管板角接焊缝适用于板材角接焊缝，反之亦然；管板角接焊缝适用于板材角接焊缝，反之亦然； 对接焊缝适用于角接焊缝。对接焊缝适用于角接焊缝。（3）焊接方法）焊接方法o改变焊接方法，需重新评定。改变焊接方法，需重新评定。（4）焊接因素：接头（坡口），）焊接因素：接头（坡口）， 焊接材料（填充材料），

10、焊接材料（填充材料）， 预热和后热，预热和后热， 气体，气体， 电特性，电特性， 技术措施，技术措施， 焊接位置焊接位置试件焊接位置及代号位置参考图焊缝倾角，（）焊缝面转角，（）平焊缝A015150120横焊缝B01580150210280仰焊缝C080080280360立焊缝DE15808090802800360 焊接位置焊接位置o焊接位置改变：焊接位置改变： 由立向下改为立向上属补加因素（冲击）由立向下改为立向上属补加因素（冲击） 其他位置改变，为次要因素其他位置改变，为次要因素o增加或取消单面焊的钢垫板或焊接衬垫，为次要因素增加或取消单面焊的钢垫板或焊接衬垫，为次要因素o焊接工艺评定的目

11、的在于评定出合格的工艺，焊接接头的使用性能焊接工艺评定的目的在于评定出合格的工艺，焊接接头的使用性能要符合要求；要符合要求；o焊工考核的目的在于考出合格的焊工，按照已评定合格的焊接工艺焊工考核的目的在于考出合格的焊工，按照已评定合格的焊接工艺能够焊出没有超标缺陷的焊缝。能够焊出没有超标缺陷的焊缝。a.同组母材可以替代同组母材可以替代b.-2适用于适用于-1母材母材c.同类别中，高组别适用于该组别与低组别组成的异种接头同类别中，高组别适用于该组别与低组别组成的异种接头d.不同类别组成的异种接头，即使已分别评定，也需重新评不同类别组成的异种接头，即使已分别评定，也需重新评定定e. 但类（组）别但类

12、（组）别 为为或或-1、 -2适用于该类别与类别适用于该类别与类别的母材组成的异种接头的母材组成的异种接头e.未归类的国产材料未归类的国产材料f.国外钢材国外钢材（6）热处理o改变热处理类别，重新评定改变热处理类别，重新评定.o奥氏体不锈钢的热处理类别：奥氏体不锈钢的热处理类别： 不进行焊后热处理不进行焊后热处理 进行焊后固溶或稳定化热处理进行焊后固溶或稳定化热处理o其他材料的热处理类别其他材料的热处理类别: 不进行不进行 低于下转变温度低于下转变温度 高于上转变温度高于上转变温度 先在高于上转变，再在低于下转变温度先在高于上转变，再在低于下转变温度 在上下转变温度之间在上下转变温度之间（7）

13、试件的厚度a.12Cr2Mo和b 540MPa低合金钢:b.其他材料c. 熔敷金属厚度熔敷金属厚度d. 需进行冲击试验，需进行冲击试验，T8mm时，适用于母材厚度的有效范围最小值为时，适用于母材厚度的有效范围最小值为0.75Te. 特殊焊接条件下，最大适用厚度为特殊焊接条件下，最大适用厚度为1.1T: 经超过上转变温度的焊后热处理；经超过上转变温度的焊后热处理； 任一焊道厚度大于任一焊道厚度大于13mm； 电渣焊；电渣焊； 短路过渡的熔化极气保焊，试件厚度小于短路过渡的熔化极气保焊，试件厚度小于13mm。f. 对接适用于角焊缝时，厚度不限；对接适用于角焊缝时，厚度不限； 角焊缝适用于非受压角焊

14、缝时，厚度不限。角焊缝适用于非受压角焊缝时，厚度不限。4 焊接工艺评定试验o试验项目：外观检查，无损检测，力学性能和弯曲性能试验，金相试验项目：外观检查，无损检测，力学性能和弯曲性能试验，金相检验（宏观）检验（宏观）o注：注：*可以用可以用4个侧弯试样代替个侧弯试样代替2个面弯和个面弯和2个背弯试样个背弯试样o制取试样允许避开试件上的缺陷制取试样允许避开试件上的缺陷o试样去除焊缝余高前允许进行冷校平试样去除焊缝余高前允许进行冷校平试件厚度试件厚度试验项目和取样数量试验项目和取样数量拉伸试拉伸试验验弯曲试验弯曲试验冲击试验冲击试验拉伸拉伸面弯面弯背弯背弯侧弯侧弯焊缝焊缝热影响区热影响区T1.52

15、221.5T1.5T102223310T10T20222*33T20T202433o弯曲试验：弯曲试验： 合格指标：合格指标：其拉伸面上沿任何方向不得有单条长度大于其拉伸面上沿任何方向不得有单条长度大于 3mm的裂的裂纹或缺陷，试样的棱角开裂不计，但由夹渣或其他缺陷引起的棱纹或缺陷，试样的棱角开裂不计，但由夹渣或其他缺陷引起的棱角开裂应计入。角开裂应计入。 执行JB4708-2000的意见： 对接双面焊和堆焊，继续有效；对接双面焊和堆焊，继续有效； 对接单面焊，已达双面焊弯曲角度的，继续有效；对接单面焊，已达双面焊弯曲角度的，继续有效； 对接单面焊，只补做弯曲试验，合格后有效对接单面焊，只补做

16、弯曲试验，合格后有效.o冲击试验：冲击试验： 冲击试验只有在规定时才需进行. 冲击试样取样部位o进行附加的试验来评估焊缝的其它性能,这些试验为：冲击试验、硬度试验、化学试验及特殊的应用条件试验(例：耐腐蚀和耐磨损试验)。作为检验师，可能涉及试验结果的评定及实际试验操作。也许检验师在评定过程中进行的最重要的工作就是仔细地监控焊接过程，以确保依照工艺进行焊接。o焊接工艺评定的最后一种方式就是使用模拟试验。这种方法有时使用于复杂的焊件外形，例如高度拘束和焊接接头难以靠近有可能引起焊接问题，所以只能通过在模拟接头上使用试验焊缝来回答这些问题。o模拟试验可以单独试验或与其它常用评定试验结合使用。这些试验

17、对制造商很有益。这些有价值的经验能够通过试验得到，远胜于在实际生产中调整工艺 WPSPQR二、焊工资格考试二、焊工资格考试o焊工考试内容和方法焊工考试内容和方法o焊工考试试验及评定焊工考试试验及评定o焊工资格管理焊工资格管理o焊工考试记录表焊工考试记录表o焊接工艺评定后，如果焊工不按该工艺进行资格认可，还是无法在生产中使用。进行焊工资格评定试验以确定是否每位焊工都有熟练的技能并使用这些工艺生产出满意的焊缝。o焊接工艺评定关心的是材料与工艺的匹配性。o焊工资格评定也有一些基本变素，包括焊接位置、接头型式、焊条类型及尺寸、焊接方法、母材类型、母材厚度及某些工艺措施。这些变量直接与焊工的能力有关。o

18、规范一般都规定了这些变量的限值。oTSG Z6002-2010特种设备焊接作业人员考特种设备焊接作业人员考核细则核细则, ,范围范围o承压类设备的受压元件焊缝、与受压元件相承压类设备的受压元件焊缝、与受压元件相焊的焊缝、受压元件母材表面堆焊；焊的焊缝、受压元件母材表面堆焊；o机电类设备的主要受力构件焊缝、与主要受机电类设备的主要受力构件焊缝、与主要受力构件相焊的焊缝力构件相焊的焊缝;o熔入前两项焊缝内的定位焊缝熔入前两项焊缝内的定位焊缝 1 焊工考核内容和方法焊工考核内容和方法（1）考核内容：基本知识考试，）考核内容：基本知识考试，焊接操作技能考试焊接操作技能考试（2）焊接操作技能考试）焊接操

19、作技能考试o手工焊焊工，焊机操作工手工焊焊工，焊机操作工o焊接方法，母材，焊接材料，焊接方法，母材，焊接材料，试件形式和位置，焊接要素试件形式和位置，焊接要素（3）焊接方法）焊接方法焊接方法焊接方法代号代号焊条电弧焊焊条电弧焊SMAWSMAW气焊气焊OFWOFW钨极气体保护焊钨极气体保护焊GTAWGTAW熔化极气体保护熔化极气体保护电弧焊电弧焊GMAWGMAW（含药芯焊（含药芯焊丝电弧焊丝电弧焊FCAWFCAW）埋弧焊埋弧焊SAWSAW电渣焊电渣焊ESWESW等离子弧焊等离子弧焊PAWPAW气电立焊气电立焊EGWEGW摩擦焊摩擦焊FRWFRW螺柱电弧焊螺柱电弧焊SWSW（4）母材）母材钢钢,手

20、工焊：手工焊：、类，高可代低；类，高可代低； 铜和铜合金铜和铜合金:同类别可代同类别可代 镍和镍合金镍和镍合金:同类别可代同类别可代,试件母材可以用奥氏体不锈钢代替试件母材可以用奥氏体不锈钢代替铝和铝合金铝和铝合金:同类别可代同类别可代钛和钛合金钛和钛合金:同类别可代同类别可代 （5）焊接材料：焊条分类，钢焊丝不分类）焊接材料：焊条分类，钢焊丝不分类,其他材料焊丝分类其他材料焊丝分类,钢焊条的替代复钢焊条的替代复杂杂,铜及铜合金的焊条焊丝覆盖范围窄铜及铜合金的焊条焊丝覆盖范围窄（6）试件形式和）试件形式和位置位置试件焊接位置及代号o试件位置适用范围试件位置适用范围o试件厚度适用范围试件厚度适用

21、范围o试件管径适用范围试件管径适用范围 （7）焊接要素）焊接要素2 焊工考核试验及评定焊工考核试验及评定o试验项目：试验项目： 外观，射线，弯曲试验，断口检验，金相检验外观，射线，弯曲试验，断口检验，金相检验o弯曲试验：不允许避开缺陷取样；弯曲试验：不允许避开缺陷取样； 单个试样试验不合格，允许再取一个样复验单个试样试验不合格，允许再取一个样复验3 焊工资格管理焊工资格管理（1）项目代号）项目代号o手工焊焊工：方法钢号试件厚度手工焊焊工：方法钢号试件厚度/外径焊条要素外径焊条要素o 例：例：SMAWFe1G12Fef3J；o GTAWFe5G3/6002，o SMAWFe5G(K) 5/60Fef3J；o焊机操作工：方法试件要素焊机操作工：方法试件要素o SAW1G(K) 07/09