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焊接工艺评定


《材料成型工程综合试验》
第三章 焊接工艺评定试验

第一节 焊接工艺评定的概念及其目的
一、焊接工艺评定的概念
根据JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》: 定义:为验证所拟订的焊件的焊接工艺的正确性而进 行的试验过程及对试验结果的评价,称为焊接工艺评 定。

二、焊接工艺评定的目的
1、验证施焊单位拟订的焊接工艺是否正确。 2、评价施工单位能否焊出符合有关要求的焊接接头。 ? 待评的焊接工艺由施工单位拟订。 ? 试件要由施工本单位技能熟练的焊接人员施焊。 ? 试件要利用施工本单位的焊接设备施焊。

三、焊接工艺评定的依据
?
? ? ?

? ? ? ?

主要依据是有关的技术标准 国外标准举例: 美国ASME《锅炉压力容器规范》中的第Ⅸ卷“焊接及钎 焊评定”; 日本JISB8285-1993《压力容器焊接工艺评定试验》; 英国BS4870《焊接工艺评定试验》; 德国劳埃德船建法规中关于船体结构焊接工艺评定的规 定等。 我国国内标准举例: JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》; JB4420-1989《锅炉焊接工艺评定》; JB/T6963-1993《钢制件熔化焊工艺评定》; JB/T6315-1992《汽轮机焊接工艺评定》等。

第二节 焊接工艺评定的规则
制定焊接工艺评定规则的目的:
? 防止漏评; ? 尽量减少不必要的评定。

以钢制压力容器为例,在标准中作了以下规定:

一、对须评焊缝的规定
钢制压力容器中有五种焊缝必须评定: 1、受压元件焊缝; 受压元件包括:封头(或端盖)、筒体、人孔盖、 人孔法兰、人孔接管、开孔补强圈、球罐的球壳板等。 2、与受压元件相焊的焊缝; 3、熔入永久焊缝内的定位焊缝 4、受压元件母材表面的堆焊、 补焊; 5、上述焊缝的返修焊缝。

二、对母材之间替代关系的规定
按照化学成分、力学性能和焊接性能的相近程度进行分 类分组,比较相近的归为一类,更为相近的归为一组。 表3-1 钢号分类组表
类别号 组别号 Q235-A· F Q235-A Q235-B Q235-C I I-1 10 20 20G 20g 20R 钢号 GB/T912,GB/T3274 GB/T912,GB/T3274 GB/T912,GB/T3274 GB/T912,GB/T3274 GB3087,GB6479,GB/T8163,GB9948 GB3087,GB/T8163,GB9948,JB4726 GB5310,GB6479 GB713 GB6654 相应标准号

`

类别号

组别号 16Mn II-1 16MnR 15MnNbR

钢号 GB6479,JB4726 GB6654 GB6654

相应标准号

II II-2

15MnVR
20MnMo 10MoWVNb 13MnNiMoNbR III-1 18MnMoNbR 20MnMoNb III-2 07MnCrMoVR

GB6654
JB4726 GB6479 GB6654 GB6654 JB4726 GB150

III

12CrMo
12CrMoG IV IV-1 15CrMo 15CrMoR 15CrMoG

GB6479,GB9948
GB5310 GB6479,GB9948,JB4726 GB6654 GB5310

14Cr1Mo

JB4726

类别号

组别号 14Cr1MoR 12Cr1MoV

钢号 GB150 JB4726 GB5310 GB6479

相应标准号

IV-1
IV IV-2

12Cr1MoVG 12Cr2Mo

12Cr2Mo1
12Cr2Mo1R 12Cr2MoG V V-1 VI-1 1Cr5Mo 09MnD

JB4726
GB150 GB5310 GB6479,JB4726 GB150

09MnNiD
09MnNiDR

JB4727
GB3531 JB4727 GB3531 GB3531

VI VI-2

16MnD 16MnDR 15MnNiDR

1、组别评定规则
? 在同类同组的母材中,只要其中一种评定合格,该工

艺适用于同组别号的其它母材。 ? 在同类别号中、高组别号母材的评定适用于该组别号 母材与低组别号母材所组成的焊接接头。 ? 组别号为 VI-2母材的评定适用于组别号为II-1的母
材。

2、类别评定规则
? 类别号为II(或组别号为VI-1、VI-2)的同钢号母材

的评定适用于该类别号(或该组别号)母材与类别号 为I的母材所组成的焊接接头。

三、对试件厚度有效适用范围的规定
1.试件母材为IV-2组 和σb下限植大于540MPa级的低合 金钢,按表3-2和表3-3中的规定。
表3-2 试件厚度适用于焊件厚度有效范围
适用于焊件母材厚度的有效范围 试件母材厚度T 最小值 T<1.5 1.5≤T<8 T≥8 T 1.5 0.75T 最大值 2T 2T,且不大于12 1.5T

表3-3试件焊缝厚度适用于焊件焊缝厚度的有效范围
试件焊缝金属厚 度t t<1.5 1.5≤t<8 t≥8 适用于焊件焊缝金属厚度的有效范围 最小值 不限 不限 不限 最大值 2t 2t,且不大于12 1.5t

注:t指同一种焊接方法(或焊接工艺)在试件上所熔敷的焊缝金属厚度。

2.其它母材,按表3-4、3-5的规定 表3-4 试件厚度适用于焊件厚度的有效范围(横弯)
适用于焊件母材厚度的有效范围 试件母材厚度 T T<1.5 1.5≤T<10 10<T<38 ≥38 ≥38 适用于焊件焊缝金属厚度的有效 范围

最小值
T 1.5 5 5 5

最大值
2T 2T 2T 200* 200*

最小值
不限 不限 不限 不限 不限

最大值
2t 2t 2t 2t(t<20) 200*(t≥20)

*限用于焊条电弧焊、埋弧焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊的多道焊。

表3-5 试件厚度试用于焊件厚度的有效范围(纵弯)
试件母材厚度T <1.5 1.5≤T≤10 >10 适用于焊件母材厚度的有效范 围 最小值 T 1.5 5 最大值 2T 2T 2T 适用于焊件焊缝金属厚度的有效范围 最小值 不限 不限 不限 最大值 2t 2t 2t

四、对焊接工艺因素的分类及分析
1、焊接工艺因素的分类
(1)重要因素:影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能的焊 接工艺因素,例如,焊接方法、焊接材料等。 (2)补加因素:影响焊接接头冲击韧度的焊接工艺因素, 如热输入,电流种类等。 (3)次要因素:对要求测定的力学性能无明显影响的焊 接工艺因素,如坡口形式 、坡口根部间隙等。

2、对各种工艺因素的分析
(1)焊接方法 ? 改变焊接方法需重新评定; ? 当同一条焊缝使用两种或两种以上焊接方法(或焊接 工艺)时,可采用组合评定和分别评定两种方法。

例如,有一焊件、材质为16MnR,焊接接头有冲击韧 度要求,用三种焊接方法焊成,如何评定?
?

?

第一种方法:组合评定法
? ? ? ?

?
?

表3-6

适用于焊件厚度的有效范围
母 最小值 材 最大值 40 40 40 焊 缝 最小值 不限 不限 不限 金 属 最大值 20 12 8

埋弧焊 焊条电弧焊 氩弧焊

15 15 15

第二种方法:分别评定法
见下图:

表3-7 适用于焊件厚度的有效范围
母 最小值 埋弧焊 焊条电弧焊 氩弧焊 15 15 15 材 最大值 40 40 40 焊 缝 最小值 不限 不限 不限 金 属 最大值 40 20 10

(2)焊缝形式
焊接接头形式包括:对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、 角接接头、锁底接头、端接接头等。 焊缝形式有:对接焊缝、角焊缝、端接焊缝等。

对接接头 对接焊缝

T形接头 对接焊缝

角接接头 对接焊缝

锁底接头 对接焊缝

角接接头 角焊缝

T形接头 角焊缝

搭接接头 角焊缝

对接接头 角焊缝

由于任何接头都是由焊缝连接而成,同一种焊缝可以连接不同的 接头,因此,焊接工艺评定时考察的对象是“焊缝”,而不是焊接接 头。

规定:
? 对接焊缝的试件评定合格的工艺亦适用于焊件角焊缝; ? 板材对接焊缝试件评定合格的工艺亦适用于管材的对接焊缝,反

之亦可。 ? 管与板角焊缝评定合格的工艺亦适用于板材的角焊缝,反之亦可。 ? 坡口形式、坡口根部间隙等一般为次要因素。

板材对接焊缝试件 管材对接焊缝试件 上图为对接焊缝试件

板材角焊缝试件

管与 板角焊缝试件 上图为角焊缝试件

(3)填充材料
包括:焊条、焊丝、焊剂和附加的填充金属等。均是重要因 素。

(4)焊接位置
包括:平焊、横焊、立焊、仰焊等,通常情况下都是次要因 素。只有将位置改变为向上立焊时,为补加因素。

(5)预热
包括:预热和不预热.由预热改变为不预热,或预热温度降低 50摄氏度以上时,需要重新评定。

(6)气体
包括:可燃气体(例如乙炔、丙烷等)和保护气体(例如CO2, 氩气等)均为重要因素。

(7)焊后热处理
包括:不进行热处理和焊后进行热处理(例如正火、 高温回火、固溶处理等),改变热处理方式或改为不进 行热处理,均需要重新评定。

(8)电特性

包括:热输入、电源种类、极性、钨极种类或直径等。 热输入E=36UgIg/V(J/CM) 热输入、电源种类和极性能影响焊接接头的韧性, 因此是补加因素; 钨极种类或直径为次要 因素。 (9)技术措施 包括:焊丝摆动幅度,多道焊与单道焊,焊接方向, 层间清理方法等,一般多为补加因素或次要因素。

第三节 焊接工艺评定的一般程序

一、编制焊接工艺指导书
焊接工艺指导书是焊接工艺评定的原始依据和评定对象, 应将待评定的焊接工艺内容全部反映出来。 包括:焊接接头自然情况,母材种类、焊接方法、焊接材 料、焊接电流、焊接电压、焊接速度、预热温度等。 焊接工艺指导书通常采用标准中推荐的格式,也可以自己 设计格式。

表3-8

焊接工艺指导书

单位名称____________________ 焊接工艺指导书编号______日期______焊接工艺评定报告编号___________ 焊接方法_________ 机械化程度(手工、半自动、自动)____________ 焊接接头: 简图:(接头形式、坡口形式与尺寸、焊层、焊道布制及顺序) 坡口形式:________________________ 衬垫(材料及规格)________________ 其他______________________________ 母材: 类别号_________组别号____________与类别号_____________组别号________________相焊及 标准号___________钢 号____________与标准号_____________钢 号________________相焊 厚度范围: 母材:对接焊缝______________________角焊缝___________________ 管子直径、壁厚范围:对接焊缝________________________角焊缝__________________________ 焊缝金属厚度范围:对接焊缝_____________________角焊缝__________________________ 其他_________________________________________________________________________

焊接材料: 焊材类型 焊材标准 填充金属尺寸 焊材型号 焊材牌号(钢号) 其他

耐蚀堆焊金属化学成分(%) C Si Mn P S Cr Ni Mo V

Ti

Nb

其他: 焊接位置: 对接焊接的位置_____________________ 焊接方向:(向上、向下)___________ 角焊缝位置_________________________ 焊接方向:(向上、向下)____________ 预热: 预热温度(℃ )(允许最低值)___________ 层间温度(℃ )(允许最高值)___________ 保持预热时间________________________ 加热方式____________________________ 焊后热处理: 温度范围( ℃ )______________________ 保温时间( h )_______________________ 气体: 气体种类 混合比 流量(L/min) 保 护 气 _______ _______ ________ 尾部保护气 _______ _______ _________ 背面保护气 _______ _______ _________

电特性 电流种类:______________________________ 极性:____________________________ 焊接电流范围(A)________________________ 电弧电压(V):___________________ (按所焊位置和厚度,分别列出电流和电压范围,记入下

焊道/焊层

焊接方法

填充材料
牌号 直径 极性

焊接电流
电流(A)

电弧电压 (V)

焊接速 度(cm /min)

线能量(kJ/cm)

钨极类型及直径_________________________ 喷嘴直径(mm):___________________________ 熔滴过渡形式___________________________ 焊丝送进速度(cm/min):____________________

二、施焊条件
? 按照标准规定准备试件; ? 由本单位技能熟练的焊接人员使用本单位的焊接设备焊接试件; ? 采用的焊接工艺条件应严格遵守焊接工艺指导书;

三、理化实验
? 按照有关标准确定试验项目; ? 按照有关标准制备各种性能试样;

? 按照有关标准进行各种性能试验;
? 填写各个试验项目的试验报告。

四、编制焊接工艺评定报告
? 焊接工艺评定报告是对焊接工艺评定试验的全面总结,因此应

对各项试验的试验结果进行汇总,同时给出最后的结论。 ? 焊接工艺评定报告的作用:作为制定焊接工艺规程的依据,具 有指导作用。 ? 焊接工艺评定报告通常采用标准中推荐的格式。

表3-9

焊接工艺评定报告

单位名称:_____________________________ 焊接工艺评定报告编号:______________________焊接工艺指导书编号:________________ 焊接方法:_________________________机械化程度(手工、半自动、自动)_____________ 街头简图:(坡口形式、尺寸、衬垫、每种焊接方法或焊接工艺、焊缝金属厚度)

母材: 材料标准:________________________ 钢号:____________________________ 类、组别号:_____与类、组别号_____相焊 厚度:_______________________________ 直径:_______________________________ 其他:_______________________________

焊后热处理: 热处理温度(℃):______________________ 保温时间(h):_________________________ 气体 : 气体种类 混合比 流量(L/min) 保 护 气 _______ _______ ________ 尾部保护气 _______ _______ _________ 背面保护气 _______ _______ _________ 电特性: 电流种类:____________________________ 极性:________________________________ 钨极尺寸:____________________________ 焊接电流(A):___________________________ 电弧电压(V):___________________________ 技术措施: 焊接速度(cm/min):_________________ 摆动或不摆动:_______________________ 摆动参数:___________________________ 多道焊或单道焊(每面):______________ 多丝焊或单丝焊:_____________________ 其他:______________________________

填充金属: 焊材标准:___________________________ 焊材牌号:___________________________ 焊材规格:___________________________ 焊缝金属厚度:_______________________ 其他:_______________________________ 焊接位置: 对接焊缝位置:________方向:(向上、向下) 角焊缝位置:__________方向:(向上、向下) 预热: 余热温度(℃):______________________ 层间温度(℃):______________________ 其他:______________________________

第四节 焊接工艺评定试验的内容和方法
一、对接焊缝试件
1、适用对象:焊缝是对接焊缝和受压角焊缝的焊件接头。 2、试件制备: 有两种: ① 板材对接焊缝试件 ②管材对接焊缝试件 以板材对接焊缝试件为例: ? 厚度:应充分考虑其适 用于焊件的有效范围; ? 宽度:应≥250毫米; ? 长度:应足以切取所需 试样; ? 施焊:按焊接工艺指导 书中给出的工艺。

焊件上不同的焊缝采用不同的焊缝试件,不同的焊缝试件有不同的试验内容。

3、试验内容和试验方法
(1)外观检查
? 试验目的:检查接头表面有无裂纹等缺陷。 ? 试验方法:有肉眼观察试件接头的表面。 ? 合格指标:没有裂纹。

(2)无损检测
? 试验目的:检查接头内部有无裂纹等缺陷。
? 试验方法;采用射线检测和超声波检测法

当试件厚度小于或等于38毫米时,采用100%射线检测; 当试件厚度大于20毫米,抗拉强度大于540兆帕时,除 采用100%射线检测,还应采用局部超声波检测。 当试件厚度大于38毫米时,除采用100%射线检测,还 应采用局部超声波检测。 ? 合格指标:没有裂纹。

(3)力学性能和弯曲试验
表3-10 试验项目和试件的数量

1) 拉伸试验
? ?

试验目的:测定接头的强度。 试样形式: ①紧凑型板接头带肩板形试 样,见右图:

②紧凑型管接头带肩板形试样型式I,见下图:

③紧凑型管接头带肩板形试样形式II,见下图:

④管接头全截面试样,见右图:

? 试验方法:按GB/T228-1987规定的试验方法在拉力机上进行。 ? 合格指标:试样母材为同种钢号时,每个试样σb不应低于母材钢号标准 规定的下限值; 试样母材为两种钢号时,每个试样的σb不应低于两种钢号标 准规定值下限的较低值。

2)弯曲试验
? 试验目的:测定接头的塑性,揭示接头内部的缺陷,以及焊缝的致密性。 ? 试样的形式:有面弯、背弯、纵向面弯、纵向背弯和横向侧弯等五种。其 中板材合和管材的面弯试样如下图所示;

? 试验方法:按GB/T232-1988中的规定在拉力机上进行。 ? 合格指标:试样弯曲到180度以后,其拉伸面上沿任何方向不得
有单条长度大于3mm的裂纹或缺陷。

3)冲击试验
? 试验目的:测定接头的冲
击韧性。

? 试样形式:10mm ×10mm×55mm、
开V型缺口。

? 取样位置:取样位置见右图所示:

合格指标:每个区3个试样的常温冲击吸收功的平均值不得小于27J,
至多准许有1个低于 27J,但不低于19J。

? 试验方法:按GB/T229-1994中的规定在冲击试验机上进行。

二、角焊缝试件
1、适用对象:焊缝是非受压角焊缝的焊件接头。 2、试件制备:有两种,板材角焊缝试件和管材角焊缝试件。如下图所示:

3、试验内容和试验方法
(1)外观检查
? ?

试验目的、试验方法和合格指标与对接焊缝试件相同。

(2)宏观金相检验
试验目的:检查焊缝根部是否焊透,接头内部有无裂 纹、未熔合,以及焊脚之差。 ? 试验方法:以板材角焊缝为例。 如下图所示将两端舍去20mm,沿纵向等分切取 5块试 样,对每块试样取一 个面进行打磨、抛光、腐蚀、用肉 眼或5倍的放大镜检查。 ? 合格指标:①焊缝根部应焊透; ②焊缝和HAZ不得有裂纹、未熔合; ③两焊脚之差不大于3mm。

三、型式试件
1、适用对象:当焊件的T型接头和角接接头的截面要求全焊透时,要求
在用对接焊缝试件的同时,补加型式试件。

2、试件制备:有两种,板材型式
试件和管-板型式 试件,如右图所示,均应开坡口:

3、试验内容和试验方法
(1)外观检查; (2)宏观金相检查;
此两项的试验目的和试验方法均与角焊缝试件相同。不同处在于宏观金相 检验的合格指标要求:①接头焊缝根部应全焊透; ②焊缝和HAZ不得有裂纹、未熔合。

第五节

焊接工艺评定试验工程应用实例
(略)


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