焊接检验作业指导书

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焊接检验作业指导书

一、焊接概念

1. 焊接定义

两种或两种以上的材料（同种或异种）通过原子或分子之间的结合和扩散造成永久性联接的工艺过程。

2. 主要焊接方法分类

1）熔化焊

A．电弧焊

a. 熔化极

Ⅰ. 手工电弧焊（SMAW）

Ⅱ. 埋弧焊（SAW）

Ⅲ. 熔化极气体保护电弧焊（GMAW）

Ⅳ. 药芯焊（FCAW）

Ⅴ. 螺柱焊

b. 非熔化极

Ⅰ. 钨极氩弧焊（GTAW）

Ⅱ. 等离子焊（PAW）

B. 气焊（OFW）

C. 电渣焊（ESW）

D. 电子束焊（EBW）

E. 激光焊（LBW）

2）固相焊（压力焊）

A.电阻焊（接触焊）

a. 点焊

b. 缝（滚）焊

c. 对焊

B.超声波焊

C.爆炸焊

D．扩散焊

二、熔化极气体保护焊（GMAW）

1.概念及特点

通常熔化极气体保护焊是采用实心焊丝作电极，CO2或CO2+Ar作保护气体，可以采用半自动或全自动焊接设备完成的焊接过程。与手工电弧焊相比，它具有如下特点：

1）由于是连续送丝，生产效率高。

2）焊缝表面无熔渣，不需清渣。

3）可采用小直径焊丝(0.8mm)，提高了电流密度和焊丝的熔敷速度。

4）焊缝金属含氢量低，抗裂性好。

5）具有较深的穿透能力。

6）可采用直径很细的焊丝，适用于较薄件的焊接。

2.电源特性

电源应是直流电源，其外特性为平特性或缓降性。

3.保护气体（CO2气体保护焊）

CO2气体是一种无色无味气体，比重为空气的1.5倍，具有氧化性。焊接时要求的纯度为99%以上，用黑色钢瓶盛装。

用它作保护气体时具有电弧穿透能力强、熔深较大、熔池体积较小、热影响区窄、焊接变形小、抗锈能力强和抗裂性好等特点。但焊接时飞溅较多［但如采用ESAB（瑞典伊萨公司）生产的镀膜焊丝飞溅可大大减少］、焊缝金属容易产生气孔和合金元素的烧损。

为了在焊接时减少或避免纯CO2气体保护的缺点，有时在CO2气体中加入氩气作为混合气体来进行焊接的保护，一般为50%CO2+50%Ar，或20%CO2+80%Ar 的混合气体。

4.焊材选用

焊材选用应与所焊母材相匹配，并按评定合格的WPS选用。常用的焊丝一般为镀铜实芯焊丝。也有镀膜的实芯焊丝，因价格较贵，目前应用较少。

对于碳素钢、合金钢和不锈钢焊丝，其相关中国和美国标准有：

1）GB/T8110-1995 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝

2）GB/T14957-1994 熔化焊用钢焊丝

3）YB/T5092-2005 焊接用不锈钢丝

4）ASME SFA-5.9/ SFA-5.9M 不锈钢光焊丝和填充焊丝

5）ASME SFA-5.18/ SFA-5.18M 气体保护焊用碳钢焊丝和填充焊丝

6）ASME SFA-5.28/ SFA-5.28M 气体保护焊用低合金钢焊丝和填充焊丝

三、非熔化极气体保护焊-钨极氩弧焊（GTAW）

1. 概念及特点

是一种以惰性气体-氩作为保护气体，以钨极作为电极的非熔化极气体保护焊方法，其特点是：

1）由于惰性气体与任何金属不发生化学反应，熔池金属也不发生冶金变化，可以用来焊接几乎所有的钢种和合金。

2）氩弧具有相当好的稳定性，即使在相当低的电流下（20-30A），电弧还能稳定地燃烧，故特别适合于极薄材料和各种难焊位置的焊接。

3）氩弧热量集中，熔透能力较强，熔化金属因无氧化还原反应，表面张力较大，故是完成封底焊缝的理想方法。

4）缺点是钨极承载电流的能力较差，过大的电流将引起钨极的熔化和蒸发，故不宜用于厚壁工件的焊接。另外氩气的价格较贵，造成此焊接方法成本较高。

2. 电源特性

电源应为陡降或垂直陡降外特性，交直流电源均可。当采用直流电源时，一般采用直流正接（DCEN）。但当焊接铝、镁及其合金时，由于直流反接（DCEP）具有阴极雾化作用，所以采用直流反接（DCEP）。

3.保护气体

氩气是无色无味气体，比空气重25%，其纯度可达99.99%，用灰色钢瓶盛装。氩气具有如下特点：

1）是一种惰性气体，在焊接时，它既不与金属发生化学反应，也不溶解于金属中。因此，可以避免焊缝金属中的合金元素的烧损以及由此带来的其它焊接缺陷，使焊接冶金反应变得简单和容易控制。

2）不像其它气体，它没有脱氧或去氢作用。所以该焊接方法对焊前的除油，去绣、去水等准备工作要求较高。

3）导热系数小，而且是单原子气体，高温时不分解吸热，所以在氩气中燃烧的电弧热量损失较少。在氩气中，电弧一旦引燃，燃烧就很稳定。

4.焊材选用

焊材选用应与所焊母材相匹配，并按评定合格的WPS选用。对于碳素钢、合金钢和不锈钢焊丝，其相关中国和美国标准有：

1）GB/T8110-1995 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝

2）YB/T5092-2005 焊接用不锈钢丝

3）ASME SFA-5.9/ SFA-5.9M 不锈钢光焊丝和填充焊丝

4）ASME SFA-5.18/ SFA-5.18M 气体保护焊用碳钢焊丝和填充焊丝

5）ASME SFA-5.28/ SFA-5.28M 气体保护焊用低合金钢焊丝和填充焊丝

四、药芯焊丝电弧焊（FCAW）

1. 概念及特点

药芯焊丝电弧焊分为气体保护电弧焊和自保护电弧焊。由于目前大部分应用的是前一种，因此只讨论CO2气体保护药芯焊丝电弧焊。

药芯焊丝是由薄钢带卷成圆形钢管的同时，填进一定成分的药粉，经拉制而成的一种焊丝。药芯焊丝根据制造方法的不同可分为无缝药芯焊丝和有缝药芯焊丝，根据焊丝截面的不同又可分为O型、丁型、中间填丝型和梅花型等。

CO2气体保护药芯焊丝电弧焊的主要特点如下：

1）在焊接过程中比实心的CO2气体保护电弧焊飞溅少，能使电弧燃烧稳定，接

头区域平滑、干净，焊缝成形美观。

2）可以通过药芯的装药量和配方来调整合金成分，使焊缝金属具有不同的力学性能、冶金性能和耐蚀性能。

3）通过药芯产生的熔渣与熔化金属发生冶金反应，消除熔化金属中的杂质。产生的熔渣可保护正在凝固的焊缝金属，并能改善各种焊接位置时的焊缝形状。4）抗气孔能力比实心CO2气体保护电弧焊强，焊接熔池受CO2气体和熔渣两方面的保护。

5）熔敷效率高，生产率为手工电弧焊的3-5倍。药芯焊丝用于角接焊时，熔深比手工电弧焊大50%左右。

6）对焊接电源无特殊要求。直流、交流电源都可以使用。采用直流电源焊接时，要用直流反接（DCEP）。

2. 电源特性

由于药芯焊丝的焊剂改善了焊接时的电弧特性，因而可使用直流、交流电源，平特性或下降特性的焊接电源均可使用。通常采用直流平特性电源，并采用直流反接（DCEP）。

3. 保护气体

见上述的熔化极气体保护焊内容。

4．焊材选用

焊材选用应与所焊母材相匹配，并按评定合格的WPS选用。对于碳素钢、合金钢和不锈钢焊丝，其相关的中国和美国焊丝标准有：

1）GB/T 10045-2001 碳钢药芯焊丝

2）GB/T 17493-2008 低合金钢药芯焊丝

3）GB/T 17853-1999 不锈钢药芯焊丝

4）ASME SFA-5.20/ SFA-5.20M 弧焊用碳钢药芯焊丝

5）ASME SFA-5.22/ SFA-5.22M 弧焊用不锈钢药芯焊丝和钨极气体保护焊用不锈钢药芯填充焊丝

6）ASME SFA-5.29/ SFA-5.29M 弧焊用低合金钢药芯焊丝

五、焊接工艺评定

1. 有关焊接工艺评定的概念

1）焊接工艺评定

为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果的评价。2）焊接工艺指导书（WPS）

为验证性试验所拟定的、经评定合格的、用于指导生产的焊接工艺文件。3）焊接工艺评定报告（PQR）

按规定格式记载验证性试验结果，对拟定的焊接工艺的正确性进行评价的记录报告。

4）焊接接头

由两个或两个以上零件或一个零件的两端要用焊接组合或已经焊合的接点。包括焊缝区，熔合区和热影响区。

5）重要因素（重要变数、基本变素）-Essential Variables

是指影响焊接接头力学性能（冲击韧性除外）的焊接工艺评定因素，当这种因素改变时，需重新进行焊接工艺评定。

6）补加因素（附加重要变数）- Supplementary Essential Variables 是指影响焊接接头冲击韧性的焊接工艺评定因素。当规定进行冲击试验时，需增加补加因素。AWS D1.1 规范无此名称，但有评定要求。

7）次要因素（非重要变数）-Nonessential Variables

是指对要求测定的力学性能无明显影响的焊接工艺评定因素，当这种因素改变时，无重新进行焊接工艺评定。AWS D1.1 规范无此名称。

2. 评定的基本原则

a. 评定应以可靠的钢材焊接性能为依据，在焊接性试验合格的基础上进行，并在产品焊接之前完成。

b. 评定应由本单位自行完成，由本单位技术熟练的焊接人员使用本单位的焊接设备焊接评定焊件。但符合ASME规范第Ⅸ卷SWPS（标准焊接工艺指导书）规定的除外。

3. 压力容器焊接工艺评定

1）按JB4708-2000 《钢制压力容器焊接工艺评定》标准进行评定（耐蚀堆焊除外）

A．评定规则

a. 当焊接方法改变时，需重新进行焊接工艺评定。

b. 评定对接焊缝焊接工艺时，采用对接焊缝试件。对接焊缝试件评定合格的焊接工艺亦适用于角焊缝。

c. 板材对接焊缝试件评定合格的焊接工艺适用于管材的对接焊缝，反之亦可。

d. 管与板角焊缝试件评定合格的焊接工艺适用于板材的角焊缝，反之亦可。

e. 对于截面全焊头的T形接头和角接接头，当无法检测内部缺陷，而制造单位又没有足够的能力确保焊透时，还应增加制作型式试验件进行焊接工艺评定，经解剖试验确认方能允许施焊产品。

f. 当同一条焊缝使用两种或两种以上的焊接方法或重要因素、补加因素不同的焊接工艺时，可按每种焊接方法或焊接工艺分别进行评定，亦可使用两种或两种以上的焊接方法、焊接工艺焊接试件，进行组合评定，并按相关条款确定每种焊接方法或焊接工艺使用焊件厚度的有效范围。

B. 母材

a. 根据母材的化学成分、力学性能和焊接性能对母材进行分类分组（见该标准表2），以便于减少焊接工艺评定的数量。

b. 对于未列入表2钢号的评定规则

Ⅰ. 已列入国家标准、行业标准的钢号，根据其化学成分、力学性能和焊接性能确定归入相应的类别、组别中，或另行分类别、组别。未列入国家标准、行业标准的钢号，应分别进行焊接工艺评定。

Ⅱ. 国外钢材首次使用时，应按每个钢号（按该国标准规定命名）进行焊接工艺评定。当已掌握该钢号焊接性能，且其化学成分、力学性能与该标准表2中某钢号相当，且某钢号已进行过焊接工艺评定时，该进口钢材可免做焊接工艺评定。可在本单位的技术文件中将此国外钢材归入某钢号所在类别、组别内。

C. 评定的厚度范围

a. 评定合格的对接焊缝试件的焊接工艺，适用于产品焊件厚度的有效范围见该标准表3-7有关规定。

b. 对接焊缝试件评定合格的焊接工艺用于角焊缝试件时，产品焊件厚度的有效范围不限。

D．评定检验和试验项目及数量

a. 对接焊缝

Ⅰ. 外观检验

Ⅱ. 无损检测，按JB/T 4730标准。

Ⅲ. 力学性能试验，包括拉伸试验和冲击试验（当规定冲击试验时）。

Ⅳ. 弯曲试验。

Ⅴ. 力学性能试验和弯曲试验项目及取样数量应符合该标准表11规定。

b. 角焊缝

Ⅰ. 外观检验。

Ⅱ. 金相检验（宏观）。

Ⅲ. 金相检验数量：板材：5件；管材：4件。

E. 换热器换热管与管板接头的焊接工艺评定按GB151《管壳式换热器》标准附

录B执行，其余按JB4708标准执行。

2）按ASME规范第Ⅸ卷进行评定(不包括堆焊、螺柱焊和钎焊)

A．评定规则

a. 当焊接方法改变时，需重新进行焊接工艺评定。

b. 坡口焊缝的评定可适用于角焊缝。

c. 板材的焊接评定也适合管材的焊接评定，反之亦然。

d. 焊接位置, 在任一位置进行评定的工艺, 该工艺对各种位置即视为评定, 但

焊接变数有特殊要求者除外。

e. 焊接工艺的组合, 在一个产品接头上可采用有不同重要变数和非重要变数的

一种以上的焊接工艺, 每个焊接工艺可包括一种或多种不同的焊接方法、填充金属或其它变数。每种焊接方法或焊接工艺所评定的母材厚度范围和焊缝熔敷金属的最大厚度范围应按本卷QW-451确定，[但按本卷QW-200.4(b)评定的根部焊道除外]。此时，拉力试验、导向弯曲试验和缺口韧性试验(当需要时)应包括每种焊接方法或焊接工艺的焊缝熔敷金属。

B. 母材

a. 根据母材成份、焊接性和力学性能等特性, 可对母材指定 P-No.,而对于普通

钢和合金钢, 除P-No.外, 应当附加组号。组号是将P-No.内的材料分组，以便于在有缺口韧性要求的场合下，进行工艺评定，以便于减少焊接工艺评定的数目。有关P-No.和组号的分类，见该卷表QW/QB-422。

b. 母材可以是板材、管材或其它制品。

C．焊材

对焊条和焊丝，主要是根据他们的使用特性进行的分组，即F-No., 见该卷表QW-432，以便于减少焊接工艺评定的数量。

D. 熔敷焊缝金属

根据铁基焊缝金属的化学成分进行分类，即A-No.（见该规范QW-442），通常列为重要变数。

E．评定的厚度范围

a. 坡口焊缝的工艺评定厚度范围见该卷表QW-451.1 & QW-451.2.

b. 角焊缝的工艺评定厚度范围见该卷表QW-451.3 & QW-451.4.

F．评定检验和试验项目及数量

a. 坡口焊缝

Ⅰ. 外观检验。

Ⅱ. 拉力试验和导向弯曲试验。而一般对于所有的P-No.11淬火回火钢、第Ⅷ卷中低温用钢和第Ⅲ卷中各种等级的结构用钢, 缺口韧性的要求必须满足, 其合格标准按各卷要求。

Ⅲ. 试验数量见该卷表QW-451.1 & QW-451.2.

b. 角焊缝

Ⅰ. 外观检验。

Ⅱ. 宏观检验。

Ⅲ. 试验数量见该卷表QW-451.3 & QW-451.4.

G．标准焊接工艺规程（SWPS）

由WAS制定并在ASME规范第Ⅸ卷附录E中引用。制造商可直接使用而不必进行评定。按ASME规范第Ⅸ卷规定，制造商必须按典型的SWPS做一个验证性试验并予以记录，则其它相似的SWPS被使用时则无需再做验证试验。

H．对于按ASME规范第Ⅷ卷第2册制造的换热器，其换热管与管板接头的焊接工艺评定应按该规范F3节执行。

3. 锅炉产品焊接工艺评定

1）目前国内锅炉产品的焊接工艺评定按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》附录1或JB4420-1989《锅炉焊接工艺评定》的要求进行。将来连同压力容器都要按

JB/T4708-xxxx《承压设备焊接工艺评定》标准进行。

2）按美标制造的锅炉产品的焊接工艺评定按ASME规范第Ⅸ卷进行。

4. 钢结构焊接工艺评定

1）国内钢构产品焊接工艺评定可按JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》执行。

2）按AWSD1.1《钢结构焊接规范》进行焊接工艺评定

A．焊缝类型

为了进行WPS评定，焊缝类型必须作如下分类：

a. 非管材连接的接头完全熔透（CJP）坡口焊缝（见4.9）。

b. 非管材连接的接头部分熔透（PJP）坡口焊缝（见4.10）。

c. 管材和非管材连接的角焊缝（见4.11）。

d. 管材连接的接头完全熔透（CJP）坡口焊缝（见4.12）。

e. 管材T、Y和K形连接和对接接头的接头部分熔透（PJP）坡口焊缝（见4.13）。

f. 管材和非管材连接的塞焊缝和槽焊缝（见4.14）。

B. 评定变数：

a. 只列出基本变数（见表4.5和表4.6）。

b. 低于表3.2要求的或低于按附录Ⅺ计算的预热和层间温度，必须按工程师同意的试验进行评定。

c. 当合同图纸或技术规定要求作冲击试验，则必须将其包括在WPS评定中（相当于附加基本变数）。

C．焊接位置

所有焊缝必须分类为：平焊缝（F），横焊缝（H），立焊缝（V）和仰焊缝（OH）。由WPS评定覆盖的产品焊接位置必须符合表4.1的要求。

D．评定试验的类型和数量

对于给定厚度、给定直径、或两者均给定情况下，为评定一种WPS而要求的试验类型和数量必须符合表4.2（CJP）、表4.3（PJP）或表4.4（角焊缝）的规定。各无损检测（NDT）和力学性能试验的详细要求见下述各小节：

a. 目检（见4.8.1）。

b. 无损检测（NDT）（见4.8.2）。

c. 正面弯曲、根部弯曲和侧面弯曲（见4.8.3.1）。

d. 缩减断面试验（见4.8.3.4）。

e. 全焊缝金属拉伸, 用于电渣焊（ESW）或气电焊（EGW）焊接方法（见4.8.3.6）。

f. 宏观腐蚀（见4.8.4）。

E．母材

a. 母材的分组见该标准表3.1.

b.列于表 3.1 的母材如通过WPS评定试验，则必须认为其覆盖符合表4.7规定范围的其他组别母材。使用附录M中的钢材评定的 WPS也必须认为它覆盖符合表 4.7 规定的表 3.1 或附录M的钢材。

c. 未列于表3.1或附录M中的母材必须按第4章要求进行评定, 且需得到工程师的认可。

d. 板材和管材要分别评定评定。

F．评定的厚度和管径范围

a. 分别见表4.2（CJP）、表4.3（PJP）和表4.4（角焊缝）。

b. 任何厚度或直径的接头完全熔透（CJP）坡口焊缝的评定所覆盖的范围包括任何尺寸的角焊缝或任何厚度的接头部分熔透（PJP）的坡口焊缝。但对于非管材接头完全熔透（CJP）坡口焊缝的WPS已评定合格且用于接头部分熔透（PJP）坡口焊缝的焊接条件时，需要3个宏观腐蚀的横断面试样以验证达到了指定的最小焊缝尺寸的要求。

c. 任何接头部分熔透（PJP）焊缝的评定必须也被认为覆盖任何板材厚度的任何角焊缝尺寸。

d. 对任何管子直径的评定覆盖所有方管截面宽度和高度。

G．角焊缝的评定

一条试验焊缝必须为结构中所用的最大尺寸单道角焊缝，另一条试验焊缝必须为结构中所用的最小尺寸多道角焊缝。这两种角焊缝试验可组合在一个单一的焊接件中或组装件中。

六、焊接工艺规程审查（主要以压力容器焊接工艺为例）

焊接工艺规程的审查应主要了解引用焊接工艺评定的覆盖情况、持证焊工的上岗要求、产品检验要求及焊接工艺文件的签署等（应是质量体系焊接人员签署）。

1．焊接工艺评定的覆盖审查应考虑如下因素：

1）通过审查设计图纸，应了解如下情况：

A. 图纸上的产品有哪些材料组成，结构形式及厚度范围等。

B. 查看图纸上的技术条件，如是否需要热处理等。

2）通过审查焊接工艺规程，应了解如下情况：

A. 焊接工艺上规定了哪些焊接方法，使用什么焊接材料。

B. 规定了哪些焊接工艺参数。

C. 有哪些工艺措施，如预热、层间温度及焊后热处理等。

3）通过上述两项的审查，可确定该焊接工艺规程引用的WPS(?)是否合适，是否全面。

2．持证焊工的上岗要求的审查

通过对照相关标准规范（如《焊考规》及ASME规范第Ⅸ卷等），对持证焊工的上岗要求的审查应考虑如下因素：

1）焊接方法。

2）焊接位置。

3）所焊接的母材、厚度及管径等。

3．检验要求

主要通过设计图纸、相关标准规范（如GB150、GB151、《容规》及ASME规范）等审查检验要求，如NDE检测及焊接试板理化检验等。

4．先前评定合格的WPS

对一些产品的焊接，如钢结构等，有的制造商可能会在焊接作业中直接使用经评定合格的WPS作为焊接工艺规程，这也是可以的。