执行钢制压力容器 焊接 工艺评定标准时的若干问题(2).pdf

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1、标准规范编者按：!#$%&%钢制压力容器焊接工艺评定 标准已实施三年多，各压力容器制造单位进行的焊接工艺评定是否已真正符合标准的规定？还有哪些事项值得注意？这仍是大家十分关心的问题。为此，压力容器 杂志编辑部特约该标准起草人之一 戈兆文教授级高工等专家，根据他们参与审查的十余家压力容器制造厂为某重大工程所进行的几百项焊接工艺评定中发现的若干带有普遍性的问题，撰写了 执行钢制压力容器焊接工艺评定标准时的若干问题 一文，以飨读者。执行钢制压力容器焊接工艺评定标准时的若干问题（二）戈兆文(，康鸿雁（()合肥通用机械研究所，安徽 合肥*%*(；)北京燕化建筑安装工程公司，北京(%+%）摘要：笔者为某工

2、程审查了(%余个制造厂家的*%余份焊接工艺评定，发现在执行!#$%&%标准过程中的问题。分别从标准适用范围、相关术语、试件与焊件、焊后热处理、焊接材料、预热与层间温度、焊接线能量、试件检验与结果评价和焊接工艺评定管理等方面，结合典型问题，用标准规定进行分析、解释。关键词：压力容器；焊接工艺评定；标准中图分类号：,-+)；,.#/文献标识码：文章编号：(%(0#&*$（%#）%$0%(0%+!#$%&#()*&+,-./0 1.-&.2(#3,2%.(.+2-.#/#(!&44,&5&44&%6&%7./0!#+&7,&（）8)9:2#0;&/(，8?#/0 0 2/（().1213 41516

3、78 97:;3516176:;?53A1，.1213*%*(，B;357；)13C35D E75;75 F16G:;1H3:78 BG6IGJ673G5 BG56A:3G5 75K?578873G5 L5D3511635D BGHI75 N161 7AK31K，7H1 I6GOJ81H N161 2GA5K N;15 1P1:A1K;1!#$%&%75K76KQ,;1 N161 7578R1K 75K 1PI87351KO35D 75K76K:GK1Q,;1 6181S75 675D1 35:8AK1 7II83:7O38375K76K，61871K 5GH15:87A61，7HI81T N

4、18KH15，IGN18K;17 617H15，N18K35D H716378，I61;1735D T 3516I7 1HI167A61，N18K;17 35IA，7HI81 35I1:3G5 T 61A835D 1S78A73G5 75K H757D1 7OGA MA78323:73G5 G2 N18K35D I6G:1KA61，1:QA61 S118；MA78323:73G5 G2 N18K35D I6G:1KA61；75K76K+)*焊丝 L=+%0-与.%&95U3V 之间的关系L=+%0-是 4W,&(%(/+气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝 中的型号，在 焊接材料产品样本 中，焊

5、丝牌号为 94+%0-符合 L=+%0-的要求，而.%&95U3V 是 4W,(#/+&/#气体保护焊用钢丝 中的牌号。L=+%0-、94+%0-和.%&95U3V三种焊丝的化学成分和 BX气体保护焊熔敷金属力学性能对比见表*、#。从表*、#可见，94+%0-与(万方数据!#$%&()是两种不同牌号，按*+,-#表&的规定，改变焊丝牌号应当重新评定焊接工艺。$./01 与 23/0 1 是牌号与型号关系，23/0 1 只是标准规定代号，而$./0 1 是符合 23/0 1 的具体产品，它们之间没有评定替代关系。表 4三种焊丝化学成分对比（!）焊丝型号或钢号5$%(6578(5923/0 1:1

6、;:/:,;:#/:#;:/!:&/!:4/!:/$./0 1:1;:/:,;:#/:#;:/!:&/!:4/!:/!#$%&()!:#;&:）屈服强度!:&（$6）伸长率/（!）?型缺口冲击吸收功（*）23/0 1/,&0&=&-$./0 1/,&0 4&-!#$%&()/,&室温,-从表 4、,对比及*+,-#中表&规定可见，$./0 1 与!#$%&()是不同牌号应重新评定，$./01 与 23/0 1 是牌号与型号关系，它们之间不存在替代关系。/:,焊材的牌号*+,-#表 中焊材牌号或钢号都是按标准或焊接材料产品样本 中规定方法命名的统一钢号或牌号。有不少焊材厂对本厂出品的焊条，焊丝和

7、焊剂产品，规定了本厂牌号表示方法，与焊材标准及焊接材料产品样本 中表示方法不尽相同。压力容器制造厂在焊接工艺评定中，对焊材厂自定牌号的焊材与统一牌号焊材之间相互替代，笔者的意见是请焊材厂出具书面证明，说明焊接材料的自定牌号与统一牌号之间关系，而后再依据*+,-#表 中规定，确定是否可以替代。/:/增加补加因素应补充进行焊接接头冲击试验时，使用的焊丝钢号（或焊条牌号）与原焊接工艺评定所用焊丝钢号（或焊条牌号）不同。按*+,-#表 中规定是不允许的，应重新评定焊接工艺，拉伸试验、弯曲试验都要重新进行。/:1用*1/焊剂焊接奥氏体不锈钢*1/符合.+&,-=低合金钢埋弧焊用焊剂 中 A1&1 0!$

8、%8($B)型号规定，是一种高碱度烧结型焊剂，不适用于焊接奥氏体不锈钢，所以这项焊接工艺评定应判废。/:-有关焊材标准的几个问题（）牌号为*/-的焊条对应型号为 2/是属于碳钢焊条标准.+CD/-，不属于.+CD/#低合金钢焊条。（&）牌号为!*4/的焊剂是符合.+CD/&=4=埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂 中型号为!*,&!$%&的焊剂，而不是属于.+CD&,-=的焊剂。（4）E-8(是符合.+CD/#=/低合金钢焊条 中型号 2/5，而不是符合*+/=-=低温钢焊条 标准。（,）.+4=-焊接用钢丝 早已作废，碳钢、低合金钢焊丝标准已由.+CD,=/-=/熔化焊用钢丝、.+CD,=/#=/

9、气体保护焊用钢丝两个标准代替。不锈钢焊丝标准有 F+CD/=4 惰性气体保护焊接用不锈钢棒及钢丝、F+CD/=&=1 焊接用不锈钢丝。（/）焊材新品种为代号产品，国外焊材牌号进行焊接工艺评定时，按*+,-#表 中规定，改变焊丝钢号（或焊条牌号）要重新评定焊接工艺。1预热和层间温度不少单位对焊接工艺评定报告中的预热温度和层间温度不够重视，有的干脆不填写，有的随意填写数字，如预热温度 ;&/，层间温度 ;&/，这种填法是错误的。*+,-#表 中规定，预热温度比已评定合格值降低/以下，则作为重要因素。若焊接工艺评定报告中填写预热温度为 ;&/，那么预热温度是 还是&/呢？从&/降低到 要经历三个/台

10、阶。同样按*+,-#标准规定，最高层间温度比已评定合格值高/以上，则作为补加因素，若层间温度填写/;&/，从/增加到&/，要经历两个/台阶。根据焊接工艺评定规则，预热温度应填写试件&56?D执行钢制压力容器焊接工艺评定标准时的若干问题（二）?BG&H8B-&,万方数据施焊时预热温度最低值，而层间温度则填写试件施焊时最高值，才是正确的填写方法。层间温度实际在施焊过程中起到预热作用，因此层间温度应控制在预热温度范围内。有一份!#$%&(钢制低温容器的焊接工艺评定报告中，层间温度为)*!+，则太高了，过高的层间温度与过高的预热温度一样，会降低接头的冲击韧性值。,焊接线能量焊接线能量是焊接工艺评定中存

11、在问题最多的。在-.),!/焊接工艺评定规则中，单一焊接电流值、单一电弧电压值或单一焊接速度值都是次要因素，他们单独变更，不要重新评定焊接工艺。而增加线能量则为补加因素。焊接线能量是将焊接电流（!）、电弧电压（）和焊接速度（#）有机地连系在一起，焊接线能量（$）的计算公式为：$0!1#（2-345）焊接工艺评定中焊接线能量有关问题：,67焊接工艺指导书与焊接工艺评定报告中线能量的填写焊接工艺指导书中应填写设定的焊接电流范围，电弧电压范围和焊接速度范围。焊接线能量最大值计算方法是选择焊接电流，电弧电压的最大值，而焊接速度则选择最小值，在施焊试件时，按照最大焊接线能量。焊接工艺评定报告中的焊接电流

12、，电弧电压和焊接速度则应是施焊试件时的焊接电流、电弧电压和焊接速度的实际测量值。基本上是一个定值，而不是一个范围。有些单位的焊接工艺评定报告上的焊接电流、电弧电压和焊接速度都只写一个范围，这是错误的。即使同一焊接方法施焊试件，由于打底焊、填充焊和盖面层所用焊条（丝）直径不同，而线能量有所区别，只要冲击试样缺口通过最大线能量焊制焊缝金属部位，则焊接工艺评定报告中就填写焊制这个部位的焊接电流、电弧电压和焊接速度。,68手工焊（包括半自动焊）如何控制焊接线能量-.),!/中表 7 规定“增加线能量或单位长度焊道的熔敷金属体积超过已评定合格值”是补加因素。因此，必需严格控制现场施焊线能量，对于手工焊，

13、在同一时间内，记录焊接电流值、电弧电压值和焊接速度是十分困难的事情，因而对线能量监督也难以完成，在现场控制手工焊焊接线能量最有效、而且简便的方法是测量焊道长度。其原理是：在一定线能量时，当焊条头长度相同，单根焊条所焊的焊道长度变化不大。在试验室，用焊接工艺评定报告中最大线能量焊出几条焊道，测量各条焊道长度，求出平均值，得到相应于该线能量的焊道长度，以后在施焊产品时，控制焊道长度不短于规定长度，则也控制了线能量的增加。,69控制每条焊道的线能量控制施焊产品的焊接线能量不超过评定合格值是指控制每条焊道的线能量，而不是平均线能量，在编制产品焊接工艺规程时，特别要注重这一点，在同一焊接方法条件下，每条

14、焊道的线能量都不允许超过评定合格值。/试件检验与结果评价焊接工艺评定试件检验与结果评价，应与焊接工艺评定目的紧密相连。-.),!/中有三类焊接工艺评定，目的也各不相同：（7）对接焊缝试件评定的目的是为了得到焊接接头力学性能和弯曲性能符合标准的焊接工艺；（8）型式试验件的评定目的是为了得到接头焊透的焊接工艺；（9）堆焊层评定的目的是为了得到堆焊层化学成分符合标准的焊接工艺。/67试件外观检验、无损检测-.),!/对外观检验与无损检测只规定不得有裂纹，没有其它方面要求。不少工厂自编的焊接工艺评定报告中，详细列出检验试件外观尺寸、内外缺陷、无损检测级别等结果，这些都是没有必要的，焊接工艺评定的目的，

15、不是要评定出无损检测要达到几级，外观尺寸与缺陷要达到什么要求的焊接工艺。/68力学性能与弯曲性能试验取样（7）-.),!/规定与美国、日本标准相同。冲击试验取二区（焊缝区、热影响区）试样，有少数单位在焊接工艺评定报告中却取三区（焊缝区、热影响区、熔合区）试样。熔合区的冲击试样实际上只是名义熔合区或者是定义熔合区不是真正的熔合区。在三个区中，焊接接头的热影响区最为薄弱，难以调整性能，而热影响区中的粗晶区更加薄弱，冲击韧性下降的趋向最大，-.),!/中规定取二区冲击试验，已经充分考虑到焊接接头性能分布特点，不必要再增加试验要求。9第 87 卷第,期压力容器总第 7)!期万方数据（!）有些单位在焊接

16、工艺评定报告中增加了对接焊缝试件金相检验、硬度检验、晶间腐蚀检验，这都不是#$%&标准规定的内容。#$%&标准中没有金相、硬度、腐蚀方面的评定规则，也没有对这些增加检验内容的检验方法、合格指标及适用范围作出规定。焊接工艺评定的基础是钢材的焊接性能，微观金相的裂纹、腐蚀性能等都是焊接性能试验范围，不必再列入焊接工艺评定中。（(）增加全焊缝金属拉伸试验全焊缝拉伸试验，可以帮助选用焊材，判定焊接工艺正确性，但不是焊接工艺评定内容，在#$%&中对全焊缝的拉伸试验，既没有规定试验方法，也没有规定合格指标。#$%&考核的是焊接接头拉伸性能，全焊缝拉伸试验合格与否，不能表达焊接接头拉伸试验结果。（$）临氢设

17、备的焊接工艺评定#$%&是压力容器通用焊接工艺评定标准，是压力容器焊接工艺评定基本要求，!)!*+,-./0 高温抗氢钢制压力容器最大焊后热处理（最高保温温度和最长保温时间）与最小焊后热处理（最低保温温度和最短保温时间）对焊接接头的拉伸强度、弯曲性能和冲击韧性分别有不同影响，因而图样要求进行最大与最小焊后热处理的焊接工艺评定，并规定出检验要求，试验方法与合格指标。笔者认为#$%&对增加检验要求的焊接工艺评定，不完全适用，#$%&中评定规则也不能随意搬到增加检验要求的焊接工艺评定中。（*）组合评定试件取冲击试样某厂试件母材厚度为.11，用焊条电弧焊打底，埋弧焊填充、盖面，只在试件埋弧焊焊缝金属中

18、制取了冲击试样，就认为组合评定合格，笔者认为，焊条电弧焊焊缝金属没有得到冲击试验检验，试件检验并没有完成。当焊条电弧焊焊缝金属厚度小于冲击试样厚度时，可以与埋弧焊焊缝金属联合取样，当冲击试验合格后，也认为焊条电弧焊焊缝金属的冲击韧性得到检验。)(力学性能试样加工错误加工表现如下：（.）冲击试样：棱角上加工成圆角。（!）拉伸试样：棱角上加工成圆角。（(）弯曲试样：受拉面棱角没有加工成圆角。（$）侧弯试样厚度为!&11、.$11，而不是#$%&规定的.&11。)$焊接工艺评定结果评价（.）拉伸试样的断裂位置从拉伸试样的断裂位置可以判断焊材选用、焊接工艺的正确性，写明断裂位置有助于分析焊接工艺评定结

19、果，拉伸试样为紧凑型拉伸试样，试样设计就是强迫试样断于焊接接头（包括焊缝区、热影响区、熔合区），如果试样被看成断于母材上，则必须仔细观察起裂点在什么位置，断裂位置应当写明起裂位置。（!）小尺寸冲击试样的合格指标#$%&规定的冲击试验合格指标是指使用标准冲击试样（.&11 2.&11 2*11）的结果，由于试件厚度原因，常使用非标准的小尺寸冲击试样（%)*11 2.&11 2*11 和*11 2.&11 2*11），在#$%&中没有规定小尺寸试样的合格指标，有人引用#$%$中的规定，这是不适合的，#$%$中对小尺寸冲击试样合格指标只能用于#$%$范围内，不能扩大。据悉，全国锅炉压力容器标准化技术

20、委员会秘书处正在积累数据，制订这方面规定。如果在焊接工艺评定中遇到小尺寸冲击试样时，其合格指标要请图样设计人员确定。（(）冲击试验合格指标有些焊接工艺评定报告中，特别是低温钢焊接工艺评定，冲击试验结果约为!3，从标准角度来看，冲击试验合格，从工程角度来看，这种焊接工艺冲击试验结果的富裕量太小，在工业化生产焊制设备时，很难保证完全按工艺规程操作，而使产品冲击韧性得不到保证，从工程来看，起码要求焊接工艺评定冲击试验结果，超过合格指标.4!倍的焊接工艺，才是适应大生产的正确工艺。（$）焊接工艺评定试验结果复验问题#$%&和国外同类标准中都没有规定焊接工艺评定力学性能试验结果不合格项目可以复验，这是因

21、为焊接工艺评定在严格要求的前提下操作，以验证所拟定焊接工艺的正确性，如果允许复验，则有可能放松试验要求，得不到正确的焊接工艺。如果试验结果不合格（那怕只有一项指标）也应分析原因，重新拟定焊接工艺进行评定。（*）堆焊试件没有化学成分分析结果，便提出了评定最小厚度，堆焊评定目的是保证堆焊层化学成分符合规定，从而达到堆焊层耐腐蚀性能有所保证，不了解堆焊层的化学成分，在堆焊层厚度方向上就$+567执行钢制压力容器焊接工艺评定标准时的若干问题（二）608!.9:0%!&$万方数据得不到评定的最小厚度。!焊接工艺评定管理存在的问题!#焊接工艺评定文件无人签字焊接工艺指导书和焊接工艺评定报告无人签字，说明无

22、人对这两份文件负责，则无法使用这份评定去指导生产。焊接工艺评定文件签字栏中：编制人为焊接工艺人员；审核人为焊接责任工程师；批准人为质保工程师。!$焊接工艺指导书、施焊记录，焊接工艺评定报告和焊接工艺规程四份文件中的时间关系及电参数之间关系混乱上述四份文件中的电参数关系及时间关系存在着前因后果的联系和内在逻辑关系，其正确性反应了焊接工艺评定标准的正确性及焊接工艺评定过程的真实性，笔者看到，不少焊焊接工艺评定文件资料中都有错误。尚未评定的焊接工艺指导书中的焊接电流、电弧电压、焊接速度三个参数都是个范围，根据%&()*评定规则，选用最大线能量进行评定，因此施焊记录只是三个参数的实测值，而焊接工艺评定

23、报告上三个参数值应与施焊记录一致，在焊接工艺规程上的三个参数计算出来的最大线能量，不能超过评定合格值，三个参数各都可以是一个范围，而常见的错误则是：（#）焊接工艺评定报告中这三个参数各是一个范围；（$）焊接工艺评定报告中三个参数表明，没有按最大线能量进行评定；（+）焊接工艺规程、焊接工艺评定报告，焊接工艺指导书三份文件中，这三个参数相同；（）施焊记录中，这三个参数是一个范围。四份焊接工艺评定文件中的时间顺序应当按下列序号排列：（#）拟定的“焊接工艺指导书”上的时间（%&()*表!#结束处时间）在最前；（$）“施焊记录”表格上时间次之；（+）紧接着是“焊接工艺评定报告”时间（%&()*表!$结束

24、处时间）；（）被评定合格的“焊接工艺指导书”上时间（%&()*表!#头部），此时间不能超过“焊接工艺评定报告”上的时间；（,）“焊接工艺规程”上时间不能超过“焊接工艺指导书”表!$头部时间；（-）若按“焊接工艺评定报告”编制“焊接工艺指导书”，则也是“焊接工艺指导书”上表头部位时间在“焊接工艺评定报告”之后。!+焊接工艺评定报告与施焊记录内容混淆焊接工艺评定报告内容就是重要因素、补加因素及各项检验结果，但不要填写次要因素，而施焊记录则纯粹是记录试验过程，包括重要因素、补加因素和次要因素，以及施焊过程中出现问题，但不写检验结果。!没有充分发挥焊接工艺评定报告作用（#）利用现成的焊接工艺评定报告，

25、当重要因素、补加因素不变时，可以编制若干份焊接工艺指导书。那么这些焊接工艺指导书则认为是经评定合格的，他们的力学性能由现成的焊接工艺评定报告保证。扩大焊接工艺评定报告运用范围，尽量减少评定施焊数量。（$）当要进行组合评定时，先从现成的评定合格项目中挑选。（+）母材厚度!#+.的焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、等离子弧焊评定合格的焊接工艺，可以适用于所有母材厚度焊件打底焊。!,关于执行%&()*$)标准意见中“转化”含义国家质检总局$)#年)+号文“关于执行%&()*$)钢制压力容器焊接工艺评定 的标准的意见中：继续有效的焊接工艺评定项目，其焊接工艺指导书和焊接工艺评定报告应按$)版焊接工艺评定标准规定进行转化，其含义是：（#）将继续有效的焊接工艺评定项目的覆盖范围（如厚度、热处理等）按$)版焊接工艺评定标准执行；（$）原焊接工艺指导书、焊接工艺评定报告要附在“转化”后文件的后面；（+）“转化”后，评定文件表格中各责任人员均按当前质保体系人员签字认可。（完）收稿日期：$)/),/)(作者简介：戈兆文（#!)/），男，#!-年清华大学焊接专业毕业，教授级高工，通讯地址：安徽省合肥市长江西路*号。,第$#卷第(期压力容器总第#)期万方数据