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现代焊接新技术、新设备、新工艺、新成果 现 代 焊 接M o d e r nW e l d i n g 作者简介:陈裕川(1 9 3 6 - ),男,浙江余姚人,高级焊接 工程师。主要从事焊接工艺与设备的研究及设计工作。曾主 编现代焊接生产实用手册(机械工业出版社2 0 0 5 年5 月 出版)、焊工手册:埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、等离 子弧焊(第2 版)(机械工业出版社2 0 0 6 年9 月出版)。 (续上期) 4 . 1 焊接工艺评定的定义 4 焊接工艺评定 焊接工艺评定是通过焊接试板接 头试样的力学性能和其他性能的检验, 证实焊接工艺规程正确性和合理性的 一种程序。每家焊接结构生产企业都 应遵照国家有关标准、安全技术监察 规程、制造规程或国际通用的制造法 规,如美国A S M E 锅炉与压力容器法 规和A WS D 1 . 1 钢结构焊接法规 等,自行组织并完成焊接工艺评定工 作。鉴于焊接工艺评定的另一项重要 功能是借以鉴定生产企业焊制合格产 品的能力,故上列规程和法规都不准 许生产企业将焊接工艺评定的关键工 作,如焊接工艺规程设计书的编制、 评定试板的焊接等委托其他单位去完 成。但如果生产企业因加工设备或检 测手段不完备,可将试板的下料、坡 口加工、试板接头的无损检测、试板 的取样和加工、接头试样力学性能试 验及其他性能的检验等,委托其他单 位完成。但生产企业仍应对焊接工艺 评定的全过程及试板的检验结果负全 部责任。 焊接结构生产企业可按所生产的 产品类型,分别遵照下列国家标准、 行业标准、制造规程或国际通用制造 法规完成焊接工艺评定工作。 1 )G B / T 1 9 8 6 6 - 2 0 0 5 焊接工艺规 程及评定的一般原则; 2 )G B / T 1 9 8 6 8 . 1 - 2 0 0 5 基于试验 焊接材料的工艺评定; 3 )G B / T 1 9 8 6 8 . 2 - 2 0 0 5 基于焊接 经验的工艺评定; 4 )G B / T 1 9 8 6 8 . 3 - 2 0 0 5 基于标准 焊接规程的工艺评定; 5 )G B / T 1 9 8 6 8 . 4 - 2 0 0 5 基于预生 产焊接试验的工艺评定; 6 )G B / T 1 9 8 6 9 . 1 - 2 0 0 5 钢、镍及 4 . 2 焊接工艺评定的依据 镍合金的焊接工艺评定; 7 )压力容器安全技术监察规程 1 9 9 6 ; 8 )J B4 7 0 8 - 2 0 0 0 钢制压力容器 焊接工艺评定; 9 )蒸汽锅炉安全技术监察规程 1 9 9 9 ; 1 0 )钢质海船入级与建造规范, 第6 分册,第8 篇 焊接 1 9 9 9 ; 1 1 )J G J 8 1 - 2 0 0 2 建筑钢结构焊 接技术规程; 1 2 )A S ME 锅炉与压力容器法 规,2 0 0 7 第I X 卷,焊接与钎焊技 术评定; 1 3 )A WS B 2 . 1 :2 0 0 5 焊接工艺 评定和焊工技能考核。 焊接工艺评定的工作程序,主要 按焊接结构的类型和质量等级而定。 以大型焊接结构生产企业为例,焊接 工艺评定的基本工作程序如下: 焊接工艺评定的立项可分以下几 4 . 3 焊接工艺评定的工作程序 4 . 3 . 1 焊接工艺评定的立项 J -2 0 1 0 年第8 期 总第9 2 期4现代焊接 珠海固得焊接自动化设备有限公司陈裕川 摘要 关键词 焊接工艺规程和焊接工艺评定是现代焊接生产中两项最重要的技术工作。本文全面系统地论述了现行焊 接工艺规程的定义、形式、格式、内容、编制程序和编写方法,指出焊接工艺规程的适用性和局限性;详细地阐明了 焊接工艺评定的定义、依据、工作程序和规则以及焊接工艺评定报告填报原则;说明了焊接工艺评定报告与焊接工艺 规程之间的关系,焊接工艺评定的管理及其合法性和有效性;完整地介绍了国际标准规定的焊接工艺评定试验方法、 试验项目和合格指标。 焊接生产;焊接工艺规程;焊接工艺评定 现代焊接生产中的 焊接工艺规程和焊接工艺评定(二) Welding process regulations and welding process assessment in modern welding production () 种情况: 4 . 3 . 1 . 1 按产品或部件焊接工艺方案 立项。对于新产品和新结构,通常要 求编制焊接工艺方案。其中包括该新 产品投产前需完成的焊接工艺评定项 目。焊接工艺方案经审批后,所列的 焊接工艺评定项目即可列入工作计划。 4 . 3 . 1 . 2 按新产品或老产品改型施工 图样立项。对于老产品改型,或结构 类似而工作参数不同的新产品,因无 需编制焊接工艺方案,可直接按新设 计的施工图样,根据所采用的新结构 材料、新焊接工艺方法和焊接接头壁 厚范围,提出焊接工艺评定项目。 4 . 3 . 1 . 3 按产品焊接工艺的重大更改 立项。在产品的制造过程中,可能会 出现结构材料和焊接工艺的重大更改, 这必然会涉及到焊接工艺重要参数的 变更。因此,需补作相应的焊接工艺 评定。 焊接工艺评定立项后,通过审批 程序,即可按施工图样和产品制造技 术条件的要求,编制焊接工艺评定任 务书。其内容应包括:产品订货号、 部件名称、接头型式、母材金属牌号 及规格,焊接材料牌号及规格、拟采 用的焊接工艺方法,对接头力学性能 或其他性能的要求、检验项目和合格 标准等。为减少工作量,任务书可制 成表格形式。表2 列出一种推荐格式。 焊接工艺评定任务书按规定程序 审批后,下达给责任焊接工程师,编 制焊接工艺规程设计书。 焊接工艺规程设计书可按焊接工 艺评定任务书列出的接头原始条件和 技术要求进行编制。该设计书实际上 是焊接工艺规程的初稿。设计书的格 4 . 3 . 2 焊接工艺评定任务书的编制 4 . 3 . 3 焊接工艺规程设计书的编制 式与焊接工艺规程相似,但可相对简 化。原则上,在设计书中只要求填写 所评定的重要焊接工艺参数,而次要 焊接工艺参数,尤其是操作技术参数 可列,也可不列,由编制者自行决定。 但为便于编写正式的焊接工艺规程, 大多数焊接工艺规程设计书,都列出 了次要的焊接工艺参数,特别是那些 对焊接质量有较大影响的次要参数。 焊接工艺规程设计书的典型格式示于 表3 ,以资参考。 焊接工艺规程设计书审批通过后, 由焊接工艺部门计划员按工厂技术准 备进度要求,编制焊接工艺评定试验 执行计划。其内容应包括:为按时完 成所列焊接工艺评定试验的全部工作, 从试板备料、坡口加工、试板组焊、 焊后热处理、无损检测和试样的理化 4 . 3 . 4 焊接工艺评定试验执行计划的 编制 检验等工作步骤,规定要求的计划进 度、费用预算、负责单位、协作单位 及人员分工与要求等。 执行计划按规定程序审批后生效, 并作为工作进度的考核依据。 工艺评定试板的焊接,应由经考 试合格的熟练焊工担任,并严格按焊 接工艺规程设计书规定的各焊接参数 进行焊接。负责焊接工艺评定试验的 工程师,应监视试板的焊接过程,并 记录实测的重要焊接参数,而次要焊 接参数一般可不作记录。如试板要求 作焊后热处理,则应记录热处理过程 中,试板的实际加热温度和保温时间。 如所使用的热处理设备装有温度自动 记录仪,则应将实测温度记录纸保存 好,并加注该焊接工艺评定试验编号, 便于检索。 4 . 3 . 5 工艺评定试板的焊接 4 . 3 . 6 焊接工艺评定试板的检验 表2 焊接工艺评定任务书 任务来源 产品名称 部(组)件名称 零件名称 产品令号 部(组)件图号 焊接方法 母材钢号母材类组别规格 母材力学性能 钢号 试件 规格 屈服点 / M P a s 抗拉强度 / M P a b 冲击吸收功 (A )/ J K V 伸长率 / % 5 收缩率 / % 冷弯角 (D = 3 S )/ () 标准 产 品 试 件 评定标准 试件无损检查项目外观M T P T R T U T 试件理化性能试验项目 补充试验项目(不作考核) 性能试验合格标准(按试件母材) 要求完成日期 项目 试样数量 接头全焊缝面弯背弯侧弯 冲击 拉伸弯曲金相 宏观微观 硬度 化学 分析 制订日期校对日期 现代焊接Mo d e r n We l d i n g 现代焊接 2 0 1 0 年第8 期 总第9 2 期J -5 焊接工艺评定试板原则上不必作 无损检测。试板可在焊接后,或经焊 后热处理直接取样。但需注意,某些 焊接工艺评定标准、规定试板焊后需 作无损检测。 焊接工艺评定试板的检验项目, 按接头的类别原则规定如下: 1 )开坡口对接接头(包括直边对 接接头)。检验项目有拉伸和弯曲试 验。弯曲试样分横向和纵向两种。横 向弯曲试样分面弯和背弯。当接头厚 度大于1 0 m m 时,可用侧弯代替面弯和 背弯。纵向弯曲试板也分面弯和背弯。 异种钢接头或焊缝金属的强度与母材 金属相差较大的接头应取纵向弯曲试 样。 如产品制造规程或焊接技术条件 要求焊接接头作冲击韧度试验,则焊 接工艺评定试板应取焊缝金属和热影 响区冲击试样。 2 )角接接头。角接接头原则上只 作横剖面的宏观检查。 3 )电阻焊接头。电阻焊接头应作 焊缝横剖面的宏观检查、剪切试验和 剥离试验。 4 )螺柱焊接头。螺柱焊接头应作 焊缝锤击或弯曲试验,扭转试验或拉 伸试验,以及螺柱接头横剖面的宏观 金相试验。 5 )耐蚀堆焊层。耐蚀堆焊层应作 表面着色检测,弯曲试验及堆焊层的 化学成分分析。 6 )耐磨堆焊层。耐磨堆焊层应作 表面着色检测、硬度测定、耐磨堆焊 层接头横剖面宏观金相检查,以及堆 焊层的化学成分分析。 按试板接头的类型完成上列所要 求的试验项目,且试验结果全部合格 后,即可编写焊接工艺评定报告。报 告的推荐格式示于表4 。焊接工艺评定 报告的内容大体上分成两大部分:第 一部分是记录焊接工艺评定试验的条 件,包括试板材料牌号、类别号、接 头型式、焊接位置、焊接材料、保护 气体、预热温度、焊接能量参数和焊 后热处理工艺参数等;第二部分是如 实记录各项检验的结果,分别列出拉 伸、弯曲、冲击、硬度、宏观金相、 着色检测及化学成分分析结果等。 编写焊接工艺评定报告最重要的 原则是如实记录,无论是试验条件还 是检验结果,都必须是实测记录数据, 并应有相对应的记录卡和试验报告等 原始凭据。焊接工艺评定报告是一种 必须由企业管理者代表签署的重要质 保文件,也是政府质量监督部门和用 户代表审核企业质保能力的主要依据 之一。因此,编写人员应认真负责、 如实填写,不得错填和涂改。报告应 经有关人员校对和审核,并对其真实 性负责。 焊接工艺评定试验可能由于试板 接头某项性能不合格而失败。在这种 情况下,首先应分析试验项目不合格 的原因,然后重新编制焊接工艺规程 设计书,重复上述程序,直至评定试 验结果全部合格。 焊接工艺评定工作是焊接结构生 产企业重要的质量保证活动之一,因 此必须加以规范化。我国目前已制定 了多份焊接工艺评定专业标准,经过 4 . 3 . 7 焊接工艺评定报告的填报 4 . 4 焊接工艺评定规则 表3 焊接工艺规程设计书(样表) 编号N o工艺评定编号 评定项目 焊接方法自动化等级焊接位置技术标准 接头坡口型式焊接层次(顺序) 对焊接接头的基本要求 1 . 力学性能 2 . 其它 / M P a b / M P a s / % 5 弯曲角度/ () (d = a ) 冲击试验 缺口型式试验温度/ A / J K V 其它 母材 焊接 材料 预热 焊后 热处 理 焊接 工艺 参数 要求 操作 技术 要求 牌号规格类别 焊条牌号 焊丝牌号 预热温度 中间热处理 电流种类 焊条规格 焊丝规格 层间温度 时间 极性 型号 型号 后热温度、时间 焊后热处理 焊接电流 钨极型号规格 保护气 其它气体 焊剂 流量 流量 消氢温度、时间 时间 电弧电压 编制 日期 批准 日期 审核 日期 校对 日期 现代焊接Mo d e r n We l d i n g J -2 0 1 0 年第8 期 总第9 2 期6现代焊接 多年的实际贯彻执行,以及与国外相 应标准的对比分析,可以认为,由于 我国技术标准制订体制的不健全,编 写人员的组成缺乏广泛的代表性,这 些标准在许多方面都存在不少欠缺, 且可操作性较差,使生产企业难以全 面贯彻执行。 目前,国际焊接工程界已普遍遵 循美国A S M E 锅炉与压力容器法规 第九卷“焊接与钎焊技术评定”标准 和美国A WS D1 . 1 钢结构焊接法规 第二章和第三章进行焊接工艺评定。 这两份焊接工艺评定标准,已有近7 0 年工业生产应用经历,标准内容较为 全面、科学、合理,且密切结合生产 实际。下面以这两份标准为依据,分 别说明锅炉与压力容器以及钢结构焊 接工艺评定规则。 在锅炉与压力容器的焊接生产中, 焊接工艺评定的必要性,原则上是按 焊接工艺重要参数的变化确定的。任 何一种重要参数不同于原有焊接工艺 规程的规定,或其变化量超过了标准 所容许的范围,都必须进行相应的焊 接工艺评定。 4 . 4 . 1 . 1 接头型式。焊接工艺评定的 项目以接头型式分类,并以下列三种 接头型式作为评定试板的基本接头型 式,以代表焊接结构中可能出现的各 种接头型式。 1 )开坡口全焊透对接接头。可用 于评定所有开坡口的全焊透对接接头 和角接接头,包括直边对接和开坡口 全焊透T 型接头。 2 )开坡口局部焊透对接接头。可 用于评定所有开坡口局部焊透的对接 接头和角接接头,包括开坡口局部焊 透的T 型接头。 3 )不开坡口的角接接头。可用于 所有不开坡口的角接接头,包括接管 与筒体相接的角接接头。 4 . 4 . 1 锅炉与压力容器焊接工艺评定 规则 表4 焊接工艺评定报告 编号N o设计书编号N o 评定项目 焊接方法自动化等级焊接位置技术标准 接头坡口型式焊接层次(顺序) 编制 日期 批准 日期 审核 日期 校对 日期 母材 牌号规格类别 检验编号 钨极型号直径 化学成分 (%) 力学性能 焊材 化学成分 (%) 焊条 熔敷金属 化学成分 (%) C C C S i S i S i M n M n M n P P P S S S / M P a b / M P a s / % 5 A/ J K 检验编号 焊丝牌号焊丝规格焊丝型号焊剂牌号 焊条牌号焊条规格焊条型号检验编号 保护气体流量其他气体流量 预热及焊后热处理 预热温度 消氢温度 焊后热处理温度 焊接参数 电流种类极性焊接电流I电弧电压U焊接速度v 操作技术 性能检验结果 拉伸试验检验报告编号 层间温度 时间 后热温度 中间热处理温度 时间 时间 时间 试样编号 试样编号 试样编号 焊缝 宏观 无损检验结果 焊工钢印号 评定结论 定向弯曲 冲击韧性试验 硬度试验结果(H V) 金相检验结果 1 0 试样型式 试样型式 缺口型式 / M P a 弯轴直径/ m m d = a 缺口位置 热影响区 b / M P a 弯曲角/ () 试验温度/ 其他检验 s 检验报告编号 检验报告编号 检验报告编号 检验报告编号 检验报告编号 焊工合格证号 断裂位置 检验结果 A/ J 母材 K 注:母材、焊丝、焊条中化学成分“%”均指该化学成分的质量分数,全稿同。 H V表示试验力为9 8 N ,下同。 1 0 现代焊接Mo d e r n We l d i n g 现代焊接 2 0 1 0 年第8 期 总第9 2 期J -7 4 . 4 . 1 . 2 焊缝的类别。在锅炉与压力 容器制造中,焊接工艺评定的必要性 取决于焊缝的受力状态。原则上,下 列类别的焊缝必须作焊接工艺评定: 1 )在受压部件上的各种型式的焊 缝; 2 )在非受压、但承载焊接部件上 各种型式的焊缝,例如,与受压部件 相焊的各种永久性或临时性吊耳和加 强板的连接焊缝; 3 )非受压且基本不承载的部件, 例如,加大换热面的附件、绝热层支 撑销钉等与受压部件相接的焊缝,接 下列原则确定焊接工艺评定的必要性: 如采用手工或机械化焊接工艺方法, 应作角焊缝焊接工艺评定试验;如 采用全自动焊接工艺方法,则不必作 焊接工艺评定试验。 4 . 4 . 1 . 3 焊接工艺重要参数。按焊接 工艺重要参数变量,确定焊接工艺评 定必要性的规则如下: 1 )按焊接工艺方法。从一种焊接 工艺方法改用另一种焊接工艺方法, 应作焊接工艺评定。在同一条焊缝上, 如采用两种或两种以上不同的焊接工 艺方法,或采用不同的重要工艺参数 焊接时,则可按每种焊接工艺方法所 焊的母材金属厚度,分别进行焊接工 艺评定试验,也可以产品焊缝拟采用 的组合焊接方法,或组合焊接工艺焊 接同一副焊接工艺评定试板。但每一 种焊接工艺方法,或不同焊接工艺所 焊的焊缝金属厚度,均应能取得标准 规定的拉伸和弯曲试样,以完成符合 标准规定的评定试验。 2 )母材金属的类别。在锅炉与压 力容器制造中,所用母材金属的种类 繁多。如以母材金属的牌号为评定项 目,则其工作量相当大,而在很多情 表5 焊接工艺评定中母材的分类示例 P - N o 分类号 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 5 5 A 5 B 5 C 6 7 组别 号 1 1 1 2 2 2 3 3 3 1 1 1 2 2 3 3 3 3 1 1 1 1 2 3 1 1 1 2 1 3 4 5 1 2 3 4 1 2 钢材 标准号 S A - 1 0 6 S A - 1 0 6 S A - 3 6 S A - 1 0 6 S A - 2 9 9 S A - 5 0 8 S A - 3 3 3 S A - 5 3 7 S A - 6 7 2 S A - 2 1 3 S A - 3 3 5 S A - 3 8 7 S A - 2 0 4 S A - 6 7 2 S A - 3 0 2 S A - 5 3 3 S A - 5 0 8 S A - 6 7 2 S A - 2 0 2 S A - 2 1 3 S A - 3 3 5 S A - 3 8 7 S A - 4 2 3 A - 6 6 8 S A - 1 8 2 S A - 1 8 2 S A - 2 1 3 S A - 3 8 7 S A - 1 8 2 S A - 3 3 5 S A - 1 8 2 S A - 1 9 9 S A - 3 3 5 S A - 3 8 7 S A - 3 3 6 S A - 5 4 2 S A - 5 4 2 S A - 5 4 2 S A - 5 4 2 S A - 2 6 8 S A - 1 8 2 S A - 2 4 0 S A - 1 8 2 S A - 2 1 7 S A - 1 8 2 S A - 2 4 0 S A - 4 8 7 S A - 2 6 8 S A - 1 8 2 S A - 2 4 0 型号或 钢号 A B - C - 1 a 1 0 C L . 2 D 8 0 T 2 P 1 C r . 2C L . 1 B . C H 7 5 C B - 2 C L . 2 H 8 0 A T 1 2 P 1 1 1 1 - 2 1 K 6 F 3 V F 2 1 T 2 2 2 1 - 1 F 5 P 9 F 9 1 T 9 1 P 9 1 9 1 - 2 F 3 V C - 4 B - 3 A - 1 C - 2 T P 4 1 0 F 4 2 9 T y p e 4 2 9 F 6 6 C A 1 5 F 6 N M - C A 6 N M - B T P 4 0 5 F 4 3 0 T y p e 4 3 9 统一 编号 K 0 2 5 0 1 K 0 3 0 0 6 K 0 2 6 0 0 K 0 3 5 0 1 K 0 2 8 0 3 - - K 0 2 4 0 0 K 0 2 4 0 0 K 1 1 5 4 7 K 1 1 5 4 7 K 1 2 1 4 3 K 1 2 0 2 0 K 1 2 0 2 1 K 1 2 0 3 9 K 1 2 5 3 9 K 1 2 7 6 6 K 1 2 0 2 2 K 1 1 7 4 2 K 1 1 5 6 2 K 1 1 5 9 7 K 1 1 7 8 9 K 1 1 5 3 5 - K 3 1 8 3 0 K 3 1 5 4 5 K 2 1 5 9 0 K 3 1 5 4 5 K 4 1 5 4 5 K 8 1 5 9 0 - - - - K 3 1 8 3 0 K 3 1 5 4 5 K 2 1 5 9 0 K 2 1 5 9 0 K 3 1 5 4 5 S 4 1 0 0 0 S 4 2 9 0 0 S 4 2 9 0 0 S 4 1 0 2 6 J 9 1 1 5 0 S 4 1 5 0 0 S 4 1 5 0 0 J 9 1 5 4 0 S 4 0 5 0 0 S 4 3 0 0 0 S 4 3 0 3 5 产品 形式 无缝管 无缝管 板材 无缝管 板材 锻件 无缝管 板材 板材 无缝管 无缝管 板材 板材 有缝管 板材 板材 锻件 有缝管 板材 无缝管 无缝管 板材 无缝及有缝管 锻件 锻件 锻件 无缝管 板材 锻件 无缝管 锻件 无缝管 无缝管 板材 锻件 板材 板材 板材 板材 无缝管 锻件 板材 锻件 铸件 锻件 板材 铸件 无缝管 锻件 板材 最低抗拉强度/ (k l b f / i n ) 4 8 6 0 5 8 7 0 7 5 7 0 8 0 7 0 8 0 8 0 6 0 5 5 5 5 7 0 7 5 8 0 9 0 8 0 8 0 7 5 6 0 6 0 7 5 6 0 1 0 0 8 5 7 5 6 0 6 0 7 0 6 0 8 5 8 5 8 5 8 5 8 5 8 5 9 5 1 0 5 1 1 5 6 0 6 0 6 5 1 1 0 9 0 1 1 5 1 1 5 1 0 0 6 0 6 0 6 5 2 合金 系统 C - S i C - S i C - M n - S i C - S i C - M n - S i C - M n - S i C - M n - S i C - M n - S i C - M n - S i 0 . 5 C r - 0 . 5 M o C - 0 . 5 M o 0 . 5 C r - 0 . 5 M o C - 0 . 5 M o M n - 0 . 5 M o M n - 0 . 5 M o - 0 . 5 N i M n - 0 . 5 M o - 0 . 5 N i 0 . 7 5 N i - 0 . 5 M o - 0 . 3 C r - V M n - 0 . 5 M o 0 . 5 C r - 1 . 2 5 M n - S i 1 C r - 0 . 5 M o 1 . 2 5 C r - 0 . 5 M o - S i 1 . 2 5 C r - 0 . 5 M o - S i 0 . 7 5 C r - 0 . 5 N i - C a C 3 C r - 1 M o - 0 . 2 5 V 3 C r - 1 M o 2 . 2 5 C r - M o 3 C r - 1 N o 5 C r - 0 . 5 M o 9 C r - 1 M o 9 C r - 1 M o - V 9 C r - 1 M o - V 9 C r - 1 M o - V 9 C r - 1 M o - V 3 C r - 1 M o - 0 . 2 5 V 3 C r - 1 M o 3 C r - 1 M o 2 . 2 5 C r - 1 M o 3 C r - 1 M o 1 3 C r 1 5 C r 1 5 C r 1 3 C r - 0 . 5 M o 1 3 C r 1 3 C r - 4 . 5 N i - M o 1 3 C r - 4 . 5 N i - M o 1 3 C r - 4 N i 1 2 C r - 1 A l 1 7 C r 1 7 C r - T i 现代焊接Mo d e r n We l d i n g J -2 0 1 0 年第8 期 总第9 2 期8现代焊接 现代焊接Mo d e r n We l d i n g 现代焊接 2 0 1 0 年第8 期 总第9 2 期J -9 况下是没有必要的。为减少不必要的 重复评定,美国A S M E 锅炉与压力容器 法规的做法是:将法规认可的标准材 料,按其化学成分、力学性能和焊接 性加以分类,将合金成分相近、强度 级别和焊接性接近的材料归入一类, 并以P 分类号为标准。在同一类母材金 属中,再按强度和冲击韧度的等级细 分成组,并将组别号标在分类的后面。 例如,S A 1 0 6 - A 碳钢属于第1 类第1 组, 其分类号组别号的表示方法为P 1 - 1 。 这种对母材金属的分类,是以大量的 材料焊接性试验和焊接工艺试验数据, 以及多年的实际生产经验为基础的。 因此,列于同一类的各种母材金属, 如所拟定的焊接工艺规程中,其他的 焊接工艺参数相同,或在标准容许的 范围之内,则采用同类母材金属完成 的焊接工艺评定,也适用于同类其他 牌号的材料。换言之,对于同一类母 材金属之间,其焊接工艺评定报告可 相互通用。例如:牌号为S A 1 0 6 B 和S A - 3 6 两种碳素结构钢,同属于P - 1 类, 如采用相同的焊接工艺方法,同一种 焊接材料,相近的焊接参数,且焊件 接头厚度在标准容许范围之内,则S A - 3 6 钢的焊接工艺规程,可以根据已有 的S A 1 0 6 - B 钢的焊接工艺评定报告编写, 而不必对S A 3 6 钢再作一次焊接工艺评 定试验。表5 列出美国A S M E 锅炉与 压力容器法规第九卷(最新版)对 母材分类的示例。表6 列出各类母材金 属相互组焊时,工艺评定试板母材类 别及评定所通用的母材类别。 这里应当指出,由于我国现有的 材料合金系列与美国材料的合金系列 P - N o 分类号 8 9 A 9 B 9 C 1 0 A 1 0 B 1 0 C 1 0 F 1 0 H 1 0 I 1 0 J 1 0 K 1 1 A 1 1 B 组别 号 1 2 3 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 8 9 1 0 钢材 标准号 S A - 2 1 3 S A - 2 1 3 S A - 2 4 0 S A - 2 1 3 S A - 2 4 0 S A - 2 1 3 S A - 2 4 0 S A - 3 5 8 S A - 2 1 3 S A - 2 0 3 S A - 2 0 3 S A - 3 5 2 S A - 2 2 5 S A - 4 8 7 S A - 2 1 3 S A - 6 1 2 S A - 4 8 7 S A - 2 4 0 S A - 2 4 0 S A - 2 4 0 S A - 2 4 0 S A - 3 3 3 S A - 3 5 3 S A - 6 4 5 S A - 4 8 7 S A - 5 3 3 S A - 5 4 3 S A - 5 1 7 S A - 5 1 7 S A - 5 1 7 S A - 5 1 7 A - 5 1 4 S A - 5 1 7 S A - 5 1 7 A - 5 1 4 S A - 5 4 3 型号或 钢号 T P 3 0 4 T P 3 1 6 T y p e 3 1 7 L T y p e 3 0 9 H T y p e 3 1 0 S T P 2 0 1 T y p e 2 0 2 X M - 1 9 S 3 1 7 2 5 A E 1 - C 4 C 1 - A T 1 7 - 2 - A S 3 1 2 0 0 S 4 4 6 3 5 S 4 4 7 0 S 4 4 8 0 8 - - 4 - B B - 3 B - 3 A E F B O J P Q B - 2 统一 编号 S 3 0 4 0 0 S 3 1 6 0 0 S 3 1 7 0 3 S 3 0 9 0 9 S 3 1 0 0 8 S 2 0 1 0 0 S 2 0 2 0 0 S 2 2 1 0 0 S 3 1 7 2 5 K 2 1 7 0 3 K 3 2 0 1 8 J 4 1 5 0 0 K 1 2 5 2 4 J 0 3 0 0 4 K 1 2 0 4 7 K 0 2 9 0 0 J 1 3 0 0 5 S 3 1 2 0 0 S 4 4 6 3 5 S 4 4 7 0 0 S 4 4 8 0 0 K 8 1 3 4 0 K 8 1 3 4 0 K 4 1 5 8 3 J 1 3 0 4 7 K 1 2 5 3 9 K 4 2 3 3 8 K 1 1 8 5 6 K 2 1 6 0 4 K 1 1 5 7 6 K 1 1 6 3 0 K 1 1 6 6 2 K 1 1 6 2 5 K 2 1 6 5 0 - K 4 2 3 3 8 产品 形式 无缝管 无缝管 板材 无缝管 板材 无缝管 板材 有缝管 无缝管 板材 板材 铸件 板材 铸件 无缝管 板材 铸件 板材 板材 板材 板材 管材 板材 板材 铸件 板材 板材 板材 板材 板材 板材 板材 板材 板材 板材 板材 最低抗拉强度/ (k l b f / i n ) 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 9 5 9 0 1 0 0 7 5 6 5 7 0 7 0 1 0 5 8 5 6 0 8 1 8 5 7 0 0 9 0 8 0 8 0 1 0 0 1 0 0 9 5 1 0 5 1 0 0 9 0 1 0 5 1 1 5 1 0 5 1 0 5 1 1 0 1 0 5 1 0 5 1 0 0 - 1 1 0 1 1 5 2 合金 系统 1 8 C r - 8 N i 1 6 C r - 1 2 N i - 2 M o 1 8 C r - 1 3 N i - 3 M o 2 3 C r - 1 2 N i 2 5 C r - 2 0 N i - S 1 7 C r - 4 N i - 6 M n 1 8 C r - 5 N i - 9 M n 2 2 C r - 1 3 N i - 5 M n 1 9 C r - 1 5 N i - M o 2 . 5 N i 3 . 5 N i 4 . 5 N i M n - 0 . 5 N i - V M n - V 1 C r - V C - M n - S i M n - 0 . 2 5 M o - V 2 5 C r - 6 N i - M o - N 2 5 C r - 4 N i - 4 M o - T i 2 9 C r - 4 M o 2 9 C r - 4 M o - 2 N i 9 N i 9 N i 5 N i - 0 . 5 M o 0 . 5 N i - 0 . 5 C r - 0 . 2 5 M o - V M n - 0 . 5 M o - 0 . 5 N i 3 N i - 1 . 7 5 C r - 0 . 5 M o 0 . 5 C r - 0 . 2 5 M o - S i 1 . 7 5 C r - 0 . 5 M o - C u 0 . 7 5 N i - 0 . 5 C r - 0 . 5 M o - V 0 . 5 C r - 0 . 2 M o - V 1 C r - 0 . 2 M o - S i C - 0 . 5 M o 1 . 2 5 N i - 1 C r - 0 . 5 M o 1 . 3 N i - 1 . 3 C r - 0 . 5 M o - V 3 N i - 1 . 7 5 C r - 0 . 5 M o (续) 1 k l b f / i n = 6 . 8 9 4 7 6 k P a ,下同。 2 表6 焊接工艺评定试件母材类别及评定所通用的母材类别 工艺评定试件所用母材评定所适用的母材 某一P - N o 的材料与相同P - N o 的任何一种材料相焊 某一P - N o 的材料与另一种P - N o 的任何一种材料相焊 P - 3 类的某一种钢材与P - 3 类任一种钢材相焊 P - 4 类的某一种钢材与P - 4 类任一种钢材相焊 P - 5 A 类的某一种钢材与P - 5 A 类任一种金属相焊 P - 5 A 、P - 4 、P - 3 类任一种钢材与P 类别号较小的任一种钢材相焊 任一种未纳标归类的材料与相同的未归类材料相焊 任一种未纳标归类的材料与任一种P N o 类材料相焊 任一种未纳标归类的材料与另一种未纳标归类的材料相焊 该P - N o 所属的任一种材料间的接头 第一种P - N o 所属的任一种材料与第二种P - N o 所属的任一种材料 P - 3 类所属任何一种钢材与P - 3 或P - 1 类所属任一种钢材 P - 4 类所属任何一种钢材与P - 4 、P - 3 或P - 1 类所属任一种钢材间的接头 P - 5 A 类所属任何一种钢材与P - 5 A 、P - 4 、P - 3 、P - 1 类所属的任一种钢材间的接头 P - 5 A 、P - 4 、P - 3 类所属任一种钢材与类别号较小的任一种钢材间的接头 该种未纳标归类的材料与其本身相焊 该种未纳标归类的材料与相同P - N o 的任一种材料相焊 第一种未纳标归类的材料与第二种未纳标归类的材料相焊 现代焊接Mo d e r n We l d i n g J -2 0 1 0 年第8 期 总第9 2 期1 0现代焊接 存在较大的差别,且尚未推行法规材 料认可制度。因此,在焊接工艺评定 中,很难直接引用美国A S M E 法规的材 料分类号。如果设计图样中规定采用 A S M E 法规材料,则完全可按表6 所列 的材料分类原则,确定焊接工艺评定 项目的必要性。 当采用国产标准材料时,建议按 上述原则,并对照A S M E 法规相近钢种 的化学成分和强度级别,可自行将常 用的国产标准材料进行分类、分组, 并逐步形成企业标准。但必须看到, 从焊接工艺评定角度对材料进行分类, 是一项十分复杂而细致的技术工作, 而且需要积累大量的基础资料才能做 到正确、适用。表7 列出作者对我国最 常用锅炉与压力容器钢材的分类,以 资参考。 3 )母材金属和焊缝金属的厚度。 母材金属和焊缝金属的厚度,在一定 程度上决定了接头的性能。这一方面 随着厚度的增加,母材本身的强度性 能会发生变化;另一方面,焊接区的 冷却速度决定了接头的壁厚。厚度越 大,冷却速度越快,接头的强度性能 越高。因此,对于特定的焊接参数、 母材和焊缝金属的厚度有一定的适用 范围,并与所采用的焊接工艺方法有 关。对于常用的焊接工艺方法,如焊 条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体 保护焊及埋弧焊等,开坡口对接接头 试板的评定结果,适用于母材厚度为 试板厚度2 倍的产品接头,而角焊缝的 焊接评定试验结果,则可适用于所有 的母材厚度和所有的角焊缝尺寸。 在下列情况下,焊接工艺评定的 母材厚度适用范围,应是试板厚度的 9 0 %。 单道焊道厚度或多道焊焊缝每 层焊道的厚度 1 3 m m ; 采用短路过渡形式的熔化极气 体保护焊且评定试板的厚度 2 0 0 m m 时,焊接工艺评 定适用的母材厚度范围为试板厚度的 1 . 3 3 倍。 对于不等厚对接接头,焊接工艺 评定的母材厚度适用范围按下列规定: 对接接头中较薄组件的厚度, 应符合上述适用范围; 对接接头中,较厚组件的厚度 对于不要求缺口冲击韧度的材料,其 最大厚度不受限制;对于要求缺口冲 击韧度的材料,较厚组件的厚度,应 在上述范围之内;如焊接工艺评定试 件的厚度 3 8 m m ,则其最大厚度亦可 不受限制。 4 )焊接填充金属。按美国A S M E 法规第九卷的规定,焊接填充金属与 母材金属相似,可按焊接材料的类别、 合金成分、强度等级及品种等归类。 按焊接填充金属品种和标准号,焊条 药皮类型、焊丝- 焊剂组合,可将碳钢 和合金钢填充金属分成6 类,铝及铝合 金焊材分成4 类,铜和铜合金焊材归成 1 类等,并标以F 分类号。详见表8 。对 于各种钢材的焊接填充金属,可按焊 缝金属的合金成分分成1 2 类,并标以 A 分类号,详见表9 。焊接填充金属分 表7 压力容器标准认可的常用钢种类别 类别号 组别号 - 2 - 1 - 2 - 1 - 3 - 2 - 1 钢号标准号 Q 2 3 5 - A 、B 、C 1 0 ,2 0 2 0 G 2 0 R 2 0 g 2 0 M n M o , 2 0 M n M o N b , 1 5 M n V N R 1 0 M o WV N b 1 3 M n N i M o N b R , 1 8 M n M o N b R 0 7 M n C r M o V R 1 2 C r M o G , 1 5 C r M o G 1 5 C r M o R 1 4 C r 1 M o R 1 2 C r 1 M o V G ( g ) , 1 2 C r 2 M o G 1 2 C r 2 M o 1 R 1 C r 5 M o 1 0 C r 5 M o WV T i B 0 9 M n D 0 9 M n N i D R 1 6 M n D R 1 5 M n N i D R 0 7 M n N i C r M o V D R 1 C r 1 8 N i 9 T i , 0 C r 1 8 N i 9 , 0 C r 1 8 N i 1 0 T i 0 0 C r 1 9 N i 1 0 0 C r 1 7 N i 1 2 M o 2 , 0 C r 1 9 N i 1 3 M o 3 0 C r 1 8 N i 1 2 M o 2 T i , 0 0 C r 1 7 N i 1 4 M o 2 0 0 C r 1 9 N i 1 3 M o 3 0 C r 1 3 G B / T 9 1 2 , G B / T 3 2 7 4 G B3 0 8 7 , G B8 1 6 3 G B5 3 1 0 G B7 1 3 G B6 4 7 9 G B7 1 3 J B4 7 2 6 G B6 4 7 9 G B7 1 3 G B1 5 0 G B5 3 1 0 G B7 1 3 G B1 5 0 G B5 3 1 0 G B1 5 0 G B6 4 7 9 G B5 3 1 0 G B1 5 0 G B3 5 3 1 G B1 5 0 G B / T 3 2 8 0 , G B / T4 2 3 7 G B / T 3 2 8 0 , G B / T4 2 3 7 - 1 - 1 - 2 - 2 - 1 - 1 - 2 - 1 Q 3 4 5 (1 6 M n , 1 6 M n R ), 1 5 M n N b R , 1 5 M n V R G B3 5 3 1 G B / T 3 2 8 0 , G B / T4 2 3 7 现代焊接Mo d e r n We l d i n g 现代焊接 2 0 1 0 年第8 期 总第9 2 期J -1 1 类的作用与母材金属的分类相似。其 目的在于减少不必要的焊接工艺评定, 即属于同一类的焊接填充金属的焊接 工艺评定是可以相互通用的,即采用 某一F 分类号或A 分类号的焊接填充金 属完成的焊接工艺评定报告,适用于 相同F 分类号和A 分类号所属的任一种 焊接填充金属。 在焊接填充金属方面,直接引用 上述美国A S M E 法规的分类原则已具备 一定的有利条件。例如焊条电弧焊用 药皮焊条,气体保护焊用焊丝、药芯 焊丝和埋弧焊用焊丝及焊剂等,都已 等效采用美国A WS 相应的焊接材料标 准。A S M E 法规中的焊接材料标准,完 全等同于A WS 的相应标准,因此在一 定的条件下,可以引用A S M E 法规的焊 接填充金属分类法,从而可进一步简 化焊接工艺评定的工作程序。 我国现行的焊接工艺评定标准, 与美国A S M E 法规相比,对焊接填充金 属的规定显得过于严格,大多是以焊 接填充金属牌号的变动,作为确定焊 接工艺评定必要性的依据。这必将造 成焊接工艺评定不必要的重复。对于 已积累多年焊接工艺评定经验的生产 企业,在条件许可的前提下,可参照 A S M E 法规,按其焊接填充金属的分类 原则执行。 5 )预热温度和层间温度。预热温 度可看作焊接温度参数,它直接决定 了焊接接头的冷却速度,对接头的力 学性能产生一定的影响,在防止接头 冷裂纹方面起着重要的作用。当拟采 用的预热温度比原焊接工艺规程规定 的预热温度低5 0 以上时,需作焊接 工艺评定试验。对于某些钢材,过高 的层间温度会降低接头的强度和冲击韧 度。如最高层间温度比原定的层间温度 高5 0 以上,则必须作焊接工艺评定。 如焊接接头焊后需作上临界转变温度 以上的热处理,或奥氏体钢接头焊后 需作固溶处理,则最高层间温度可不 受限制。 6 )焊接气体。在使用燃气和保护 气体的焊接工艺方法中,出现下列情 况之一者,则需作焊接工艺评定: 气焊时,改变燃气的种类,例 如,从乙炔改成丙烷,或反之; 气体保护焊时,改变单一保护 第8 各种焊接填充金属的分类(F - N o ) 类别号F - N o 1 2 3 4 4 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 2 1 2 2 2 3 2 4 3 1 3 1 3 1 A S M E 标准号A WS 型号 碳钢和合金钢 S F A - 5 . 1 及5 . 5 S F A 5 . 1 及5 . 5 S F A 5 . 1 及5 . 5 S F A 5 . 1 及5 . 5 S F A 5 . 4 (奥氏体钢除外) S F A 5 . 4 (奥氏体钢) S F A 5 . 2 S F A 5 . 1 7 S F A 5 . 9 S F A 5 . 1 8 S F A 5 . 2 0 S F A 5 . 2 2 S F A 5 . 2 3 S F A 5 . 2 5 S F A 5 . 2 6 S F A 5 . 2 8 S F A 5 . 2 9 S F A 5 . 3 0 铝及铝合金 S F A 5 . 1 0 S F A 5 . 1 0 S F A 5 . 1 0 S F A 5 . 1 0 铜及铜合金 S F A 5 . 6 S F A 5 . 7 S F A 5 . 2 7 E 2 0 , E 2 4 ,

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