现代焊接生产中的焊接工艺规程和焊接工艺评定

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第91页 共91页现代焊接生产中的焊接工艺规程和焊接工艺评定珠海固得焊接自动化设备有限公司 陈裕川【摘要】 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。【关键词】 焊接生产；焊接工艺规程；焊接工艺评定1 前言在现代焊接生产中，焊接工艺起着极其重要的作用，它不仅决定了产品的焊接质量，而且直接关系到焊接生产的效率和经济效益。根据焊件的结构和技术要求，设计正确而合理的焊接工艺却是一项十分艰巨的技术工作。这是因为焊接工艺的可变参数繁多，对焊接质量的影响十分复杂，且某些重要变量难以精确检测。现行的各类焊接结构制造法规、规程和相关标准都明确规定生产企业相应的焊接工艺规程，以指导焊工正确施焊产品焊缝，确保焊接质量。焊接工艺规程的作用，除了指导焊工正确选用焊接材料、焊接参数和操作技术外，也是制定焊接材料消耗定额，编制综合工艺规程以及焊接质量检验规程的依据。2焊接工艺规程的形式目前，在现代焊接结构生产中使用的焊接工艺规程有以下三种形式：第一种是专用焊接工艺规程。它只适用于某类结构特定接头的焊接，且必须经相应的焊接工艺评定加以验证。这些焊接结构的生产，大多必须接受国家质量监督部门的检查，并要求严格执行相关的国家标准或制造规程。如锅炉、压力容器、管道、船舶和重载钢结构等。这种焊接工艺规程必须由生产企业自行组织编制，不得借用其他生产企业类似的焊接工艺规程，也不得委托其他单位编制。这是因为，一方面焊接工艺规程中的各项规定必须密切结合本企业的实际生产条件；另一方面，它也是国家质量监督部门评审企业生产资格的重要证明文件之一。因此，企业必须重视并组织好专用焊接工艺规程的编制工作。第二种是标准焊接工艺规程。它是企业在积累多年焊接生产经验的基础上，为采用标准的结构材料和焊接材料，并以最通用的焊接工艺方法焊接的标准形式的接头和坡口编制的焊接工艺规程。它不再需要通过相应的焊接工艺评定加以验证，经过规定审批程序后，可直接用于指导焊接生产。第三种是通用焊接工艺规程。主要用于非承载焊件和对接头力学性能无特定要求的焊件，其编制依据是企业多年积累的焊接生产经验。对焊缝质量的要求主要是外形尺寸和外表形状应符合标准规定。因此，无需经过焊接工艺评定验证，但应按规定的程序评审。编制人员应对所适用的焊接工艺具有丰富的实践经验和专业知识, 同时在通用焊接工艺规程上，应明确规定其适用范围，包括构件的名称、规格、结构材料种类。焊接材料型号（牌号）、规格、接头型式、坡口形状、尺寸及焊缝尺寸等。通用焊接工艺规程的格式、项目和内容，基本上与标准焊接工艺规程相同，只是所规定的各焊接工艺参数范围相对较宽。以下详细阐述与专用焊接工艺规程有关的各方面内容。3 专用焊接工艺规程3.1焊接工艺规程的定义焊接工艺规程（英文名为Welding procedure specification）是一种规定焊接工艺参数，并经试验评定合格的书面文件，以指导相关人员按相应的制造法规要求焊制产品焊缝。换言之，焊接工艺规程是一种指导焊工或焊接操作工施焊产品焊缝的正式工艺文件, 也是检查产品焊缝质量的主要依据之一。在企业内部，它是一种必须强制执行的工艺文件，也是质量体系中最重要的质量文件之一。3.2焊接工艺规程的格式焊接工艺规程的格式应简洁明了, 层次分明，便于焊工使用。表1列出一种典型的焊接工艺规程格式，以供参考。焊接结构生产企业可根据自己的传统，设计符合本企业文件体系的格式，同时应注意焊接工艺规程应包含的所有项目及通用性和统一性。切忌采用多种格式，造成混乱，不便管理。3.3焊接工艺规程的内容由上节所列举的焊接工艺规程格式样表中可知，一份完整的焊接工艺规程，应当列出为焊制质量符合标准（或法规）要求的焊缝所必需的全部焊接参数。除了规定直接影响接头力学性能的重要焊接参数外，也应明确规定可能影响焊缝外观质量和外形尺寸的次要焊接参数。具体项目包括：焊接工艺方法、母材金属的类别号及牌号、适用接头厚度范围、焊接材料的种类、牌号、规格；接头型式、坡口形状和尺寸；焊前准备要求；预热温度，层间温度和后热温度；焊接电参数；保护气体种类及流量；热处理方法和工艺参数；操作技术；焊后检查方法；检验程序及要求。对于厚壁焊件或形状复杂易变形的焊件，还应规定合理的焊接顺序。对于容许加衬垫焊接的焊件，则应规定衬垫的种类、材料牌号、规格和敷设方法。如焊接工艺规程的编制者认为有必要，也可列出其他有用的焊接参数。在焊接工艺规程上还应在醒目部位列出其统一编号及相对应的焊接工艺评定报告编号，以及所焊接的产品部件名称。因焊接工艺规程也是向用户或第三方展示质量控制能力的证明文件之一，因此在表头应印上生产企业的全名，在表格末尾设责任人员签署栏，缺一不可，以示负责。3.4焊接工艺规程的编制程序焊接工艺规程的编制程序大体上可分为以下四种情况：3.4.1 对于企业首次投产的新产品，应先编制焊接工艺方案，提出必要的焊接工艺评定项目，评定合格后，根据焊接工艺评定报告，编制正式的焊接工艺规程。3.4.2 对于结构形状同类型，而结构材料和相配的焊接材料类别不同的焊接结构，则在产品施工图样批准生效后，提出必须进行的焊接工艺评定项目，并根据该评定报告编制相应的焊接工艺规程。3.4.3 企业为提高生产效率，改进质量和降低制造成本，计划采用新工艺、新材料和新设备，则应先提出相关的焊接试验研究项目和焊接工艺评定项目，并根据该试验研究报告和工艺评定报告编制相对应的焊接工艺规程。3.4.4 对于不要求作焊接工艺评定的焊件或接头，则可按产品制造技术或图样规定的技术要求，直接编制焊接工艺规程。焊接工艺规程原则上是以焊件的接头型式为单位编制的。例如：在压力容器的焊接生产中，筒体的纵缝、环缝、接管焊缝、人孔加强板焊缝等, 都应分别编制一份焊接工艺规程，如容器筒体的纵、环缝采用相同的焊接工艺方法，相同的焊接材料和相同的其他重要工艺参数。则可用一份焊接工艺评定报告，支持纵、环缝两份焊接工艺规程。如某些焊接接头需采用两种或两种以上焊接工艺方法焊成，则这些焊接接头的焊接工艺规程，应以相对应的两份或两份以上的焊接工艺评定报告为依据。3.5焊接工艺规程的编写3.5.1 焊接工艺规程的编写原则编写焊接工艺规程时，通常应当遵循以下原则：3.5.1.1 名词术语的标准化焊接工艺规程所用的名词术语，应统一采用国家标准GB/T3375-1994焊接术语和其他相关标准中规定的名词术语。英文技术名词和缩写，应符合美国AWS有关标准的规定。不应沿用本企业生产活动中常用的习惯语和口头语。3.5.1.2 规范用词 焊接工艺规程中的用词应简洁明了、易懂、切忌用词模糊不清、含义不确切。3.5.1.3 书写字迹工整焊接工艺规程以书写方式编写时，字迹应工整，简体字应符合现代汉语规范，数字不连写，英文采用印刷体，文字数字不准涂改。3.5.1.4 插图标准化焊接工艺规程中插图的描绘应符合国家制图标准的规定。尺寸和公差应标注清晰、正确。焊接顺序和焊缝层次可用数字标注。焊接方向用箭头表示。3.5.1.5 物理量名称及符号的标准化焊接工艺规程中所用的物理量名称及符号，应符合国家标准GB3102.18- 1993。计量单位应采用我国法定计量单位。3.5.2 焊接工艺规程的编写依据焊接工艺规程的编写，应以下列国家标准、行业标准，以及有关的技术文件为依据：（1）GB/T19866-2005焊接工艺规程及评定的一般原则；（2）JB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程；（3）JB/T1613-1993锅炉受压元件 焊接技术条件；（4）JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程；（5）AWSB2.1：2005焊接工艺评定和焊接技能考核标准；（6）ASME锅炉与压力容器法规2007第1X卷焊接与钎焊技术评定；（7）本企业的基础工艺标准；（8）本企业产品焊接技术条件；（9）相关焊接新材料、新工艺试验研究报告；（10）相对应的焊接工艺评定报告；（11）相对应的焊件施工图样。3.5.3 焊接工艺规程编写原则 焊接工艺规程大多数选用表格的形式。格式确定后，在一段较长的时期内一般不会作改动，可将其铅印成空白表格（参见表1）。因此，编写焊接工艺规程实际上是逐行填写空格，但必须正确无误。各栏填写的方法及要点介绍如下：3.5.3.1 编制单位名称编制单位的名称应以醒目的字体印在焊接工艺规程表格顶部，这一方面表明所编写的焊接工艺规程只适用于本企业，另一方面也显示其是本企业的重要质量文件之一，企业的最高管理者对其正确性负有全部责任。编制单位名称不应用简称，必须用全称。3.5.3.2 焊接工艺规程编写为便于管理和检索，每份焊接工艺规程应加以编号。它可以是简单的序号，也可以用汉语拼音字母加序号的组合编号。如该焊接工艺规程要求相应的焊接工艺评定报告支持，则应在相应的空格上填写该焊接工艺评定报告的编号。 在焊接工艺规程执行过程中，如果发生所焊焊缝质量屡次达不到要求, 或焊接生产成本过高，则应及时修改焊接工艺规程。如修改的焊接参数为次要参数，或虽然需修改重要参数，但不要求作焊接工艺评定，则可将焊接工艺规程直接进行修改。因焊接工艺规程不允许作任何涂改，需修改的焊接工艺规程应重新填写，并在原编号末尾加R.1、R.2等。3.5.3.3 焊接工艺方法 焊接工艺方法是焊接工艺的重要参数之一。其名称应采用标准学名，并注明焊接过程自动化的等级，如手工、机械化、自动化及全自动化等。在某些焊接接头中，要求采用多种焊接工艺方法，如厚壁管对接环缝，先采用TIG焊封底，接着以焊条电弧焊加厚，最后采用埋弧焊填充盖面，则应在焊接工艺规程上写明这三种不同的焊接工艺方法。 为简洁起见，焊接工艺方法的名称亦可采用英文缩写，但必须符合美国AWS名词术语标准，不应沿用其他国家的习惯写法，更不应自行杜撰。3.5.3.4 焊接接头 焊接接头应按标准定名，并按焊件施工图样绘出坡口详图，注明坡口的主要尺寸及公差，接缝装配尺寸及公差，便于焊工和专职检查员对装配质量进行检查。如采用衬垫，也应标出衬垫的尺寸及其与焊件装配间隙的要求。焊缝符号、名称及其标注方法，应符合相应国家标准的规定。3.5.3.5 母材金属 母材金属的填写方法可分下列几种情况：(1）采用标准材料。当采用纳入国家标准的结构材料时，则可填写标准规定的钢号或牌号，以及其所属的分类号和组别号。例如：所焊钢材牌号为Q235-C，其分类号和组别号为I- 1，填写方式为：钢号：Q235-C，分类号I，组别号-1。 （2）采用美国ASME或ASTM标准材料。当采用ASME法规和ASTM标准规定的结构材料时，则应填写该种材料的标准号、牌号及其所属的M类、P类别号和组别号。例如：所焊钢材的标准号为SA213，牌号为T2，P类别号为3，组别号为1，其填写方式为：钢号SA213-T2，分类及组别号P3-1。（3）采用非标准材料。当采用非标准材料或非法规材料时，除填写材料牌号或代号外，还应列出该种结构材料的化学成分和力学性能。如已对该种材料完成系统的焊接性试验，并已确定其焊接性等级，则可将其归类和分组。如未完成上述工作，可暂将分类号和组别号空缺。当所焊接头系异种材料相焊时，则应将所焊接头两种不同材料的牌号或标准号、分类号及组别号一并列出。（4）母材金属的厚度范围。这是指焊接工艺规程对接头厚度的适用范围。原则上应按相应焊接工艺评定标准的规定，这主要取决于焊接工艺评定试板的厚度。如焊接工艺规程无需相应的焊接工艺评定报告的支持，则母材金属的厚度范围可根据本企业所积累的焊接生产经验而定。（5）管件的直径范围。当焊件由管材制成或管件与板材、型材组合成焊件时，则应标出适用的管径范围。因为管子的直径在很大程度上影响接头的冷却速度，也就直接影响到接头的力学性能。（6）填充金属。填充金属包括药皮焊条、实心焊丝、药芯焊丝、焊带、焊剂及可熔衬垫等。填充金属一栏可按下列原则填写： 焊条型号及牌号 当采用已纳入相应国家标准的焊条时，可填写该种焊条的标准型号和相对应的焊条牌号。例如抗拉强度等级为500MPa的低氢钠型焊条，其标准型号为E5015，相对应的牌号为J507。我国现行的焊接工艺评定标准对焊接填充材料未作分类和分组，故不必填写分类号和分组号。当采用美国ASME法规认可，并纳入AWS焊接材料标准的焊条时，则应填写ASME法规规定的相应标准号、型号及其所属的“A”分类号和“F”组别号。例如：采用低氢型铁粉碳钢焊条，其标准型号为E7018，相对应的ASME标准号为SFA-5.1，A类别号为1，F组别号为4。 当采用未列入标准的焊条时，除了写明焊条的非标准牌号或代号外，还应列出熔敷金属的实际化学成分和力学性能。 气体保护焊用焊丝 气体保护焊用焊丝分熔化极气体保护焊焊丝、钨极氩弧焊填充焊丝和药芯焊丝。这些焊丝已制订相应的国家标准。当采用标准焊丝时，可填写国家标准所规定的焊丝型号（牌号）。例如：500MPa 强度等级的气体保护焊碳钢焊丝的型号为ER50-6。 当采用ASME法规或AWS焊丝标准所列的焊丝时，应写明该标准所规定的焊丝标准号和牌号，同时还应填写其分类号。例如：抗拉强度为500MPa 级气体保护焊碳钢焊丝，其标准号为SFA5.18，焊丝牌号为ER70S-6。相应的A分类号为1，F分组号为6。相同强度等级的气体保护焊药芯焊丝，其标准号为SFA5.20，焊丝牌号为E71T-1, 相应的A分类号为1，F分组号为6。当采用其他国家生产的焊丝时，除了写明该种焊丝的商品牌号外，还应列出相对应的AWS标准号和焊丝牌号，但不必注明其分类号。 当采用非标准焊丝时，除了写明焊丝的非标准牌号和/或代号外，还应列出焊丝的实际化学成分（焊丝进厂复验结果）。 埋弧焊焊丝和焊剂 我国现行的埋弧焊焊丝和焊剂国家标准，对于焊丝与焊剂的型号采用了组合表示法。例如HJ4A2-H08MnA，其含义是采用所列焊剂-焊丝组合埋弧焊时，焊缝金属的抗拉强度415MPa，-20温度下的冲击韧度不低于27J。但这种表示方法未能反映出实际使用的焊剂商品牌号，不便于焊接操作工识别和生产管理。因此，在焊接工艺规程中，在填写所用焊丝-焊剂标准型号的同时，还应写明焊剂的商品牌号，如HJ431、HJ330、SJ301等。当采用ASME法规或AWS标准规定的埋弧焊焊剂和焊丝组合时，则应填写ASME或AWS的标准号及焊剂-焊丝组合型号。例如：焊缝金属抗拉强度为500MPa级碳钢埋弧焊焊剂-焊丝组合表示方法为：SFA5.17、F7A4-EH14 （焊丝牌号相当于我国H10Mn2焊丝）。其分类号为1，F分组号为6。 当采用其他国家生产的埋弧焊焊剂和焊丝组合时，除了写明其商品牌号或代号外，还应列出相对应的AWS 标准型号和焊丝牌号，但不必注明其分类号。 填充金属的规格 在填充金属一栏中，还应写明所用各种填充材料的规格。其中药皮焊条标出焊条芯直径，实芯焊丝、药芯焊丝和钨极标出其外径。焊带标出其宽度和厚度，焊剂应标出其颗粒度（有特殊要求时）, 可熔衬垫应注明全尺寸。 （7）保护气体 各种气体保护焊所用的保护气体，应按其保护焊接区的方式分别填写。保护气体通常分焊枪喷嘴保护气体、拖罩保护气体、焊缝背面成形气体。在等离子弧焊中，还需加离子气。目前在焊接生产中应用的单一保护气体有CO2、Ar、He、H2和N2等。最常用的混合气体有：CO2 +Ar、CO2+O2+Ar、Ar+He、Ar+He+CO2、Ar+He+CO2+O2、Ar+H2、Ar+N2等。焊接某些金属材料时，成形气体也可采用N2+H2。当采用混合气体时，应标明气体的混合比（体积分数），如80% Ar与20%CO2混合的保护气体，其正确的填写方式应为80%Ar+20%CO2。 保护气体流量以L/min为单位。通常只填写每种保护气体的最低容许流量。为焊接工艺规程适用的工件厚度范围较宽时，则应标出保护气体流量的合适范围，由焊工按实际所焊焊件厚度合理选择。 （8）预热温度和层间温度 预热温度通常填写所要求的最低预热温度。对于某些结构材料，过高的预热温度可能会降低接头的力学性能，则应规定预热温度的范围，即预热温度上限值应加以限制。 层间温度通常对于厚壁多层焊缝才作规定，薄板接头单层焊或双面单道焊，以及外形尺寸较小的焊件可不填写层间温度。对于冷裂和再热裂纹较敏感的钢材，应规定最低容许的层间温度；而对于热敏感的材料，以及过高的层间温度可能降低接头力学性能的钢材，则应规定最高容许层间温度，如奥氏体不锈钢、镍基合金和调质高强度钢厚壁接头等。 （9）后热和消氢处理温度 在低合金高强度钢厚壁接头焊接时，为防止延迟裂纹的形成，要求焊后保温一段时间，则应规定最低的保温温度和保温时间。对于某些延迟裂纹倾向较高的合金钢厚壁接头，焊后保持预热温度往往还不能可靠地防止延迟裂纹的形成，则应根据该种钢材的焊接性和焊接工艺试验报告，规定后热温度和后热时间。对氢致延迟裂纹敏感，且接头壁厚80mm的钢材，还应规定消氢处理温度和保温时间。 （10）焊接能量参数 对于各种常用的电弧焊工艺方法，在焊接能量参数一栏中，应列出焊接电流种类、极性、焊接电流、焊接电压及焊接速度的范围。对于脉冲电弧焊，还应列出脉冲频率、峰值电流、基本电流及脉宽比等焊接参数。 对于电阻焊，除了规定焊接电流外，还应列出通电时间和电极压力或顶锻力。在摩擦焊中，焊接能量参数应包括焊件转速、摩擦压力、摩擦时间及顶锻压力等。 电子束焊的能量参数为加速电压（kV）、电子束流（mA）及焊接速度（cm/min）。 激光焊接分为脉冲激光焊和连续激光焊。脉冲激光焊的能量参数为脉冲能量（J）和脉冲宽度（ms）。连续激光焊的能量参数是激光功率（kJ）、焊接速度（cm/min）和光斑直径d。 填入焊接工艺规程的上述能量参数范围，均不应超过相应焊接工艺评定报告和焊接工艺评定标准的容许范围。无需焊接工艺评定报告支持的焊接工艺规程，则可根据本企业的焊接工艺专业标准，以及有关焊接工艺试验报告规定能量参数的适用范围。 对于厚壁多层焊接头，尤其是采用两种或两种以上不同焊接工艺方法焊接，或各层焊道焊接能量参数差异较大的接头，则应单独列表，填写每种焊接工艺方法所焊各道焊缝的焊接能量参数适用范围。 （11）焊后热处理工艺参数 对于焊后需作热处理的焊件，应在焊后热处理一栏中，写明焊后热处理工艺方法的名称。如固溶处理，水调质、正火、正火+回火、回火、消除应力处理和时效处理等。并列出所要求的热处理的温度范围和保温时间范围。对于热处理过程升温速度和降温速度影响热处理效果的材料和焊件，则应注明所要求的升温速度和降温速度。 对于要求严格控制焊后热处理温度和保温时间的焊件，除了规定热处理温度容许偏差外，还应注明热处理时，焊件加热温度的实测方法及要求。如规定热电偶在焊件上装接的方法等。（12）焊接操作技术 焊接操作技术一栏应列出焊接位置、焊接方向、焊接顺序、运条方式、焊丝摆动参数、焊丝伸出长度、焊道层次、焊前清理和层间清理方法、焊缝背面清根方法、锤击方法、焊件及焊枪倾角等。在大多数情况下，操作技术参数不是焊接工艺的重要参数。但对于某些焊件和焊接工艺方法，操作技术参数对焊接质量仍起重要的作用。例如：正确的焊接顺序可防止或减少焊件的变形；电渣焊时焊丝的摆动参数对保证焊缝边缘的良好熔合和焊道的成形起着决定性的作用。焊前和层间清理、焊缝背面清根方法，对消除焊缝的各种缺陷也相当重要。某些操作参数，如焊条电弧焊的运条方式，对于热敏感的钢材，甚至可能影响接头的力学性能。因此，操作技术一栏的各参数仍应认真填写，可根据企业所积累的焊接生产经验、技术标准和有关的工艺试验报告，规定适当的范围。对于操作技术参数为重要参数的某些焊接工艺方法，如电渣焊、电子束焊、螺柱焊、摩擦焊、电阻焊和堆焊等，则应根据相对应的焊接工艺评定报告和有关的焊接工艺试验报告确定其适用范围。3.6 焊接工艺规程的适用性和局限性 焊接工艺规程是焊工、检查人员和生产管理人员，在焊接生产中必须遵循的重要工艺文件之一。其按规定的程序审批后，分发到生产车间、装焊生产班组、检查站、便于有关人员遵照执行。 如前所述，焊接工艺规程是以构件的接头为单位进行编制的，但这并不意味着焊件的每个焊接接头都有一份焊接工艺规程。即使是专用焊接工艺规程，也有它特定的适用范围。在下节“焊接工艺评定的实施”中可知, 如采用相同的焊接工艺方法，同一类结构材料和焊接材料，接头厚度在规定的范围内，其他各重要焊接参数也在规程容许的范围之内，则该焊接工艺规程也适用于其他同类型的焊接接头。焊接工艺规程在一定范围内的通用性，已为多年的焊接生产经验证明是可行的。同时也符合工业生产经济性的要求。当然，标准焊接工艺规程和通用焊接工艺规程则具有更宽的适用范围，但也必须注意其限定的条件。 综上所述，焊接工艺规程已成为任何焊接结构生产企业保证和控制产品焊接质量的重要手段，但决不应理解为唯一的举措。特别是对于制造大、中型焊接结构的企业，只凭借焊接工艺规程去指导焊工施焊产品接头，以期焊制出质量完全符合产品制造技术条件或制造法规要求的焊接构件，那是很难做到的。应当看到，焊接工艺规程只是以填表的方式，用极其简略的词句和数字，阐明该种接头施焊时应使用的重要焊接参数和次要焊接参数。即使将标准所规定的所有焊接参数全部填满，也不能包括了焊接工艺的全部内容。为持续稳定地焊制质量符合标准和制造法规要求的焊接构件, 除了按相应标准培训一批技能熟练，并取得资格证书的焊工和焊接操作工外，还应编制必要的、其内容更详细、更全面的焊接工艺文件，如焊接工艺专业标准。它对本企业的焊工具有更普遍的指导作用。可使焊工更确切地理解焊接工艺规程的内容，更自觉地执行焊接工艺规程。4 焊接工艺评定4.1 焊接工艺评定的定义 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ASME锅炉与压力容器法规和AWS D1.1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。4.2 焊接工艺评定的依据 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）GB/T 19866-2005焊接工艺规程及评定的一般原则； 2）GB/T 19868.1-2005基于试验焊接材料的工艺评定； 3）GB/T 19868.2-2005基于焊接经验的工艺评定； 4）GB/T 19868.3-2005基于标准焊接规程的工艺评定； 5）GB/T 19868.4-2005基于预生产焊接试验的工艺评定； 6）GB/T 19869.1-2005钢、镍及镍合金的焊接工艺评定； 7）压力容器安全技术监察规程 1996； 8）JB 4708-2000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 1999； 10）钢质海船入级与建造规范，第6分册，第8篇 焊接 1999； 11）JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程； 12）ASME锅炉与压力容器法规，2007第IX卷，焊接与钎焊技术评定； 13）AWS B2.1：2005焊接工艺评定和焊工技能考核。4.3 焊接工艺评定的工作程序 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：4.3.1 焊接工艺评定的立项 焊接工艺评定的立项可分以下几种情况：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。4.3.2 焊接工艺评定任务书的编制 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。4.3.3 焊接工艺规程设计书的编制 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。4.3.4 焊接工艺评定试验执行计划的编制 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。4.3.5 工艺评定试板的焊接 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。4.3.6 焊接工艺评定试板的检验 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10mm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。4.3.7 焊接工艺评定报告的填报 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。4.4.2 钢结构焊接工艺评定规则 近年来，我国钢结构正在向大型化、重型化、全焊承载结构发展，对焊接质量的要求越来越高。GB50205- 95钢结构工程施工及验收规范明确规定施工单位对其首次采用的钢材，焊接材料、焊接方法、焊后热处理等应进行焊接工艺评定，并应根据评定报告确定焊接工艺。焊接工艺评定应按国家现行的“建筑钢结构焊接规程”和“钢制压力容器焊接工艺评定”的规定进行，但迄今，我国尚未为钢结构制定专用的焊接工艺评定标准。由于压力容器的工作条件和焊接技术要求与钢结构有较大的差别，引用钢制压力容器焊接工艺评定标准有些牵强, 执行过程中也存在不少问题。但实际生产经验表明，在钢结构元件、组件和部件投产之前，以及整体组焊之前, 完成相应的焊接工艺评定的确是十分必要的。在美国，早在1928年AWS就编制出版了“建筑结构熔焊和气割法规”。以后几经修改、演变成了包括动载结构在内的AWSD1.1“钢结构焊接法规”，其中详细地规定了焊接工艺评定规则。下面主要介绍该法规2006 版的有关规定。 按照AWS钢结构焊接法规，适用的焊接工艺规程分为两大类：一类是可免作评定的焊接工艺规程，亦可称其为标准焊接工艺规程。意即，只要焊接工艺规程的各项内容均在法规规定的范围之内，则可免作焊接工艺评定试验。编成后可直接用于指导焊工施焊产品焊缝，另一类焊接工艺规程，必须按法规的有关规定作焊接工艺评定试验，以验证其正确性和可行性。这类焊接工艺规程的各重要参数，只要有其中一项超出了法规容许的范围，则必须重做焊接工艺评定。4.4.2.1 标准焊接工艺规程的限定条件。准备采用标准焊接工艺规程的钢结构生产企业，首先必须完全贯彻执行AWS钢结构法规的所有条款，同时应特别注意下列限定条件： 1）焊接工艺方法。可以免作焊接工艺评定的通用焊接工艺方法有：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊（短路过渡焊接法除外），以及药芯焊丝电弧焊。 2）母材金属和填充金属。如所制造的钢结构采用表10所列52种牌号钢材，和与其相匹配的标准焊接填充金属，则可免作焊接工艺评定。这些钢材的抗拉强范围为310620MPa，基本上可满足各种钢结构的需要。所列钢号均符合美国ASTM钢材标准。相匹配的焊接填充金属均为美国AWS相应标准规定的焊接材料，其标准编号为AWS A5.1和A5.5焊条电弧焊药皮焊条；AWS A5.17和A5.23埋弧焊焊剂和焊丝；AWS A5.18气体保护焊焊丝；AWS A5.20和A5.29药芯焊丝等。3）最低预热温度和层间温度。标准焊接工艺规程规定的预热温度和层间温度。应按钢号和接头厚度符合表11的要求。对于钢结构来说，预热主要为了防止冷裂的形成，而不必考虑对接头力学性能的影响。如接头由两种合金成分不同的钢材组成，则应取其中较高的预热温度。对于单层开坡口焊缝，或角焊缝的平列焊丝多丝埋弧焊，最低预热温度和层间温度可按热影响区最高硬度来确定。对于最低抗拉强度不大于415 MPa的钢材，热影响区的最高硬度应不大于225HV，对于最低抗拉强度大于415MPa，但不超过485MPa的钢材，最高硬度不应超过280HV。按照硬度测定结果确定的预热温度，应得到授权焊接工程师的认可。 4）焊接能量参数。焊接电流、电弧电压及焊接速度等能量参数应在已评定合格的焊接工艺规程规定的范围之内。其中最大容许的焊接电流，对于焊条电弧焊，熔化极气体保护焊及药芯焊丝电弧焊，不应超过焊条或焊丝制造厂推荐的焊接电流范围。对于单丝埋弧焊、角焊缝的最大焊接电流, 不应超过1000A；开坡口焊缝根部焊道和填充层焊道的最大焊接电流不应超过600A。对于并列焊丝埋弧焊、角焊缝、留间隙或不留间隙开坡口焊缝根部焊道，以及开坡口焊缝的填充层焊道，最大焊接电流相应为1200A、700A、900A及1200A。开坡口焊缝盖面层焊道和多丝埋弧焊的焊接电流可不加限制。 除了限制焊接电流外，对于各种焊接工艺方法，焊接位置和接头型式, 容许采用的最大焊条芯直径和焊丝直径列于表12。 5）坡口和焊缝尺寸。免作评定的焊接工艺规程中，所采用的开坡口局部焊透和全焊透的焊接接头外形尺寸, 必须符合该法规的有关规定。其中，按焊接工艺方法，焊接位置及接头型式，详细列出了坡口型式、尺寸、允差，以及最大和最小的焊缝尺寸。表13和表14列示其典型示例。局部焊透单V形或双V形、单面斜坡口、丁形和U形坡口焊缝的最小焊缝尺寸，应符合表15的规定。5）坡口和焊缝尺寸。免作评定的焊接工艺规程中，所采用的开坡口局部焊透和全焊透的焊接接头外形尺寸, 必须符合该法规的有关规定。其中，按焊接工艺方法，焊接位置及接头型式，详细列出了坡口型式、尺寸、允差，以及最大和最小的焊缝尺寸。表13和表14列示其典型示例。局部焊透单V形或双V形、单面斜坡口、丁形和U形坡口焊缝的最小焊缝尺寸，应符合表15的规定。4.4.2.2 焊接工艺评定规则。美国钢结构焊接法规中关于焊接工艺评定制定了如下规则：除了该法规认可的标准焊接工艺规程外，如下列焊接工艺重要参数的变化超出了以下容许的范围，则该焊接工艺规程需作工艺评定试验。 1）焊接工艺方法。法规容许钢结构生产中采用下列各种焊接方法：焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊、药芯焊丝电弧焊、电渣焊和气电立焊等。从一种焊接工艺方法改用另一种焊接工艺方法，或每种焊接工艺方法的重要参数的变化超过了已评定合格的范围，则需对该焊接工艺规程作焊接工艺评定。 2）母材金属。如钢结构焊接部件所用的母材金属不是法规已认可的材料，即采用了未列入表10的钢材，则用于焊接该种钢材的焊接工艺规程需作焊接工艺评定。 3）焊接填充金属和电极。焊接填充金属和电极发生下列变化时，应作焊接工艺评定： 焊接填充金属强度级别的提高； 从低氢型焊条改成高氢型焊条； 从标准焊接填充金属，改用非标准焊条、焊丝或焊丝焊剂的组合； 在钨极氩弧焊中，增加或取消填充丝；从添加冷丝改成添加热丝，或反之，钨极直径的变动或采用非标准钨极； 在埋弧焊中，添加或取消附加铁合金粉末，或粒状填充金属、或焊丝段、或增加其添加量。采用合金焊剂时，焊丝直径的变动； 在各种机械化和自动化焊接法中，焊丝数目的变化； 在电渣焊和气电立焊中，填充金属或熔嘴金属成分的重要变化。熔池挡板从金属型改成非金属型，或反之；从可熔挡板改成不可熔挡板，或反之。实心非熔挡板任何横截面尺寸或面积的缩减量大于原用挡板的25%。实心的非熔挡板改为水冷挡板，或反之。熔嘴金属芯横截面的变量大于已评定值的30%。添加焊剂方式的改变, 例如由药芯改为磁性焊丝，或外加焊剂。焊剂成分，包括熔嘴涂料成分的改变，焊剂配料成分的变化，大于已评定焊剂成分的30%。 4）预热温度和层间温度。焊件的最低预热温度和层间温度，如低于表11的规定，则应做焊接工艺评定试验, 具体焊接工艺方法规定如下：对于焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊及药芯焊丝电弧焊，预热温度不得比规定值低14；对于钨极氩弧焊不得比规定值低55；对于要求缺口冲击韧度的焊接接头，层间温度不应比规定值高55以上。 5）焊接电参数。重要的焊接电参数包括：焊接电流、电流种类和极性、熔滴过渡型式、电弧电压、送丝速度、焊接速度和热输入量。这些参数的变量如超过下列容许极限，则应作焊接工艺评定试验： 对于焊条电弧焊，每种直径焊条的焊接电流不应超过焊条制造厂所推荐的上限值（见焊条说明书）； 对于埋弧焊，熔化极气体保护焊、药芯焊丝电弧焊，焊接电参数不应超过已评定值的10%； 对于钨极氩弧焊，焊接电参数不应超过已评定值的25%； 埋弧焊中，当使用合金焊剂或焊接淬火、回火调质钢时，电流种类和极性的变化； 熔化极气体保护焊时，熔滴过渡型式的变化； 电弧电压的变量，对于焊条电弧焊不应超过焊条制造厂推荐的上限值（见焊条说明书）；对于埋弧焊，熔化极气体保护焊，不应超过已评定值的7%；对于钨极氩弧焊，不应超过已评定值的25%； 对于各种机械化焊接方法，送丝速度不应大于已评定值的10%； 焊接速度的变量，对于埋弧焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊，在不要求控制热输入量的情况下，相应不得超过已评定值的15%、25%和50%。当要求控制热输入量时，热输入量的增量不应超过已评定值的10%。对于电渣焊和气电立焊，焊接电流的变量不应超过已评定值的20%，电压变量不应大于10%，焊接速度的变量不大于20%。 6）焊接保护气。在各种气体保护焊中，保护气体发生如下变化，应看作重要参数： 保护气体从一种气体改用另一种气体； 保护气体从单一保护气体改用混合气体，或改变混合气体的配比； 取消气体保护，或使用非标准气体； 对于熔化极气体保护焊，药芯焊丝电弧焊和钨极氩弧焊，保护气体总流量相应增加20%、25%以上和50%, 或相应减少10%、10%以上和20%； 对于气电立焊，保护气体总流量变化的容限为25%。采用混合气体时，任一种气体的混合比的变化大于总流量的5%。 7）焊后热处理。焊后热处理发生以下变化，需作焊接工艺评定。 对于常用弧焊方法焊接的接头, 增加或取消焊后热处理； 对于电渣焊和气电立焊接头，改变焊后热处理的加热温度范围及保温时间。 8）坡口型式和尺寸。焊接接头坡口型式和尺寸发生下列变化，则需作焊接工艺评定试验： 焊接坡口型式的改变，例如：从单V形坡口改成双V形坡口；从直边对接改成开坡口对接； 坡口的截面积变量，大于已评定值的25%；坡口尺寸的变化，如坡口角减小，间隙减小和钝边增加超过了法规规定的限值； 取消背面衬垫。 全焊透开坡口接头的焊接工艺评定适用于所有标准焊接工艺规程所采用的各种坡口，包括局部焊透开坡口的各种接头型式。 9）焊接位置。焊接工艺评定试验的焊接位置，分为平焊、立焊、横焊和仰焊。焊接工艺评定试验的焊接位置，只适用于相对应的产品焊缝的焊接位置。从一种焊接位置改成另一种焊接位置，需作焊接工艺评定。电渣焊和气电立焊时，接头垂直度的偏差不应大于10。焊条电弧焊和气体保护焊立焊时，焊接方向从向上立焊改成向下立焊，或反之，亦应看作是重要参数。 10）母材金属的规格。母材金属的规格对于板结构，只取母材金属的厚度；对于管结构，应同时考虑管径和壁厚。当采用全焊透开坡口焊缝进行焊接工艺评定试验时，对于板材接头，如试板厚度小于25mm，其适用厚度范围为3.02t（t为试板厚度）；如试板厚度大于25mm，其适用厚度范围的上限不受限制。对于管材接头试样, 其规格分为两种：一种名义直径小于610mm，另一种大于610mm。适用的产品焊件外径为等于和大于试件管径的所有规格。其壁厚的适用范围是：壁厚小于10mm的试件，对应的产品壁厚范围为3.02T（T为试件壁厚）；如试件壁厚为1019mm，则适用壁厚范围为T/22T；壁厚大于19mm的试件，可代表10mm至无限大的产品接头厚度。 对于电渣焊和气电立焊，工艺评定试板适用的壁厚范围为0.51.1T 。 对于焊条电弧焊、气体保护焊和埋弧焊，任何厚度或管径的全焊透开坡口焊缝的工艺评定，适用于所有尺寸的角焊缝或任何厚度的局部焊透开坡口焊缝。当采用局部焊透焊缝工艺评定时，其适用壁厚范围按坡口深度而定：如试板的坡口深度为310mm，则适用的壁厚范围为3.02h（h为坡口的深度）；如试板坡口深度为1025mm, 则适用壁厚范围为3.0mm至任何厚度。 当以T型接头试板评定角焊缝时, 如试验角焊缝为单道，其尺寸为产品结构图样中所规定的最大角焊缝尺寸, 则可适用于任何厚度的板厚和焊道尺寸等于和小于单道试验角焊缝的任何角焊缝。如以产品结构中所规定的最小尺寸多道角焊缝为试验角焊缝，则可适用于任何厚度板材及焊缝尺寸等于和大于多道试验角焊缝的产品结构角焊缝。当以管件T型接头评定角焊缝时，其适用范围与板材相同，只是将板厚改成管壁厚。 11）操作技术参数。对于常用的焊接工艺方法，操作技术参数一般不是重要参数。但在一些特种焊接方法中，某些操作技术参数应是重要参数, 例如：多丝埋弧焊的纵向和侧向丝间距变量，大于已评定值的10%或3mm, 焊丝倾角增加或减少大于3；焊丝与焊接方向角度偏差大于5等。4.5 焊接工艺评定报告4.5.1 焊接工艺评定报告内容 焊接工艺评定试验完成后，将试验结果填入焊接工艺评定报告。此报告的英文定名为Procedure Qualification Report，缩写为PQR。一份完整的焊接工艺评定报告，应记录评定试验时所使用的全部焊接重要参数和各项性能试验结果。由表4所示的推荐格式可见, 其内容应包括下列各项： 1）评定报告编号及相对应的焊接工艺规程设计书编号； 2）评定项目的名称； 3）评定试验采用的焊接工艺方法和焊接位置； 4）所依据的焊接工艺评定标准编号；产品制造规程或技术条件编号； 5）试板的接头型式、坡口形状和尺寸； 6）试板焊接接头的焊接顺序和焊缝层次。 7）试板母材金属的牌号、规格、类别号。如采用非标准材料，则应列出实际的化学成分和力学性能检验结果； 8）焊接试板所用的焊接材料，应记录牌号、标准型号和规格。必要时, 列出该批焊材入厂复验结果，包括化学成分和力学性能； 9）评定试板焊接过程中实测的预热温度、层间温度和后热温度； 10）试板焊后热处理的实际加热温度和保温时间。对于各种合金钢试板，应记录实际的升温和冷却速度； 11）焊接电参数。应记录试板焊接过程中实际使用的焊接电流、焊接电压、焊接速度。对于熔化极气体保护焊和电渣焊，应记录实测的送丝速度。电流种类和极性应清楚写明。如采用脉冲电流，应记录脉冲电流的各参数，如脉冲电流值、脉冲频率、脉冲时间（脉宽）、基本电流等； 12）操作技术参数。在试板焊接中加以监控或检测的操作技术参数应作记录； 13）接头力学性能检验结果，应注明检验报告的编号、试样编号、试样型式和数量，以及接头的强度性能和抗弯性能的试验结果； 14）接头其他性能检验结果，如角焊缝宏观检查结果、耐蚀性检验结果及硬度测定结果等； 15）评定结论； 16）编制、校对、审核人员签名； 17）企业管理者代表批准，以示对报告的正确性和合法性负责。4.5.2 焊接工艺评定报告与焊接工艺规程之间的关系 对于锅炉、压力容器焊接结构的生产，每一份焊接工艺规程都必需有相对应的焊接工艺评定报告的支持，也就是说，它是以评定报告为编制依据的