《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 二、焊接工艺评定的目的 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： 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 钢号 相应标准号 I I-1 Q235-A·F GB/T912,GB/T3274 Q235-A Q235-B Q235-C 10 GB3087,GB6479,GB/T8163,GB9948 20 GB3087,GB/T8163,GB9948,JB4726 20G GB5310,GB6479 20g GB713 20R GB6654

` 类别号 组别号 钢号 相应标准号 II II-1 16Mn GB6479,JB4726 16MnR GB6654 II-2 15MnNbR 15MnVR 20MnMo JB4726 10MoWVNb GB6479 III III-1 13MnNiMoNbR 18MnMoNbR 20MnMoNb III-2 07MnCrMoVR GB150 IV IV-1 12CrMo GB6479,GB9948 12CrMoG GB5310 15CrMo GB6479,GB9948,JB4726 15CrMoR 15CrMoG 14Cr1Mo

类别号 组别号 钢号 相应标准号 IV IV-1 14Cr1MoR GB150 12Cr1MoV JB4726 12Cr1MoVG GB5310 IV-2 12Cr2Mo GB6479 12Cr2Mo1 12Cr2Mo1R 12Cr2MoG V V-1 1Cr5Mo GB6479,JB4726 VI VI-1 09MnD 09MnNiD JB4727 09MnNiDR GB3531 VI-2 16MnD 16MnDR 15MnNiDR

1、组别评定规则 2、类别评定规则 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。

表3－3试件焊缝厚度适用于焊件焊缝厚度的有效范围 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 试件母材厚度T 适用于焊件母材厚度的有效范围 最小值 最大值 T＜1.5 T 2T 1.5≤T＜8 1.5 2T，且不大于12 T≥8 0.75T 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 适用于焊件焊缝金属厚度的有效范围 最小值 最大值 t＜1.5 不限 2t 1.5≤t＜8 2t，且不大于12 t≥8 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。

表3-4 试件厚度适用于焊件厚度的有效范围（横弯） 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） 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 适用于焊件母材厚度的有效范围 适用于焊件焊缝金属厚度的有效范围 最小值 最大值 T＜1.5 T 2T 不限 2t 1.5≤T＜10 1.5 10＜T＜38 5 ≥38 200* 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。 试件母材厚度T 适用于焊件母材厚度的有效范围 适用于焊件焊缝金属厚度的有效范围 最小值 最大值 ＜1.5 T 2T 不限 2t 1.5≤T≤10 1.5 ＞10 5

四、对焊接工艺因素的分类及分析 1、焊接工艺因素的分类 2、对各种工艺因素的分析 （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 材 焊 缝 金 属 最小值 最大值 埋弧焊 15 40 不限 20 焊条电弧焊 12 氩弧焊 8

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 材 焊 缝 金 属 最小值 最大值 埋弧焊 15 40 不限 表3-7 适用于焊件厚度的有效范围 母 材 焊 缝 金 属 最小值 最大值 埋弧焊 15 40 不限 焊条电弧焊 20 氩弧焊 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 T形接头 角接接头 锁底接头 角接接头 T形接头 搭接接头 对接接头 对接焊缝 对接焊缝 对接焊缝 对接焊缝 角焊缝 角焊缝 角焊缝 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 板材角焊缝试件 管与 板角焊缝试件 上图为对接焊缝试件 上图为角焊缝试件

（4）焊接位置 （5）预热 （6）气体 （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。 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 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____________________ 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

Ti Nb 耐蚀堆焊金属化学成分（％） C Si Mn P S Cr Ni Mo V 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）____________ 焊后热处理： 温度范围（ ℃ ）______________________ 保温时间（ h )_______________________ 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____________________________ 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 焊接电流 电弧电压（V） 焊接速度(cm /min） 线能量（kJ/cm) 牌号 直径 极性 电流（A） 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):____________________

三、理化实验 四、编制焊接工艺评定报告 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：_____________________________ 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 _______ _______ _________ 填充金属： 焊材标准：___________________________ 焊材牌号：___________________________ 焊材规格：___________________________ 焊缝金属厚度：_______________________ 电特性： 电流种类：____________________________ 极性：________________________________ 钨极尺寸：____________________________ 焊接电流(A):___________________________ 电弧电压(V):___________________________ 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） 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：______________________________ 预热： 余热温度（℃）:______________________ 层间温度（℃）:______________________

第四节 焊接工艺评定试验的内容和方法 一、对接焊缝试件 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。 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。

3、试验内容和试验方法 （1）外观检查 （2）无损检测 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。

（3）力学性能和弯曲试验 试验目的：测定接头的强度。 试样形式： 样，见右图： 表3-10 试验项目和试件的数量 1） 拉伸试验 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；

3）冲击试验 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 （2）宏观金相检验 试验目的、试验方法和合格指标与对接焊缝试件相同。 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。 ②

三、型式试件 3、试验内容和试验方法 （2）宏观金相检查； 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）