1.5 焊接工艺评定及焊接工艺规程
1.5.1 焊接工艺评定
保证焊接质量依靠五大控制环节，即“人、机、料、法、环”。
1）“人”指焊工的操作技能和经验。
2）“机”指焊接设备的高性能和稳定性。
3）“料”指焊接材料的高质量。
4）“法”指正确的焊接工艺规程及标准化作业。
5）“环”指良好的焊接作业环境。
焊前依据焊接试验和焊接工艺评定，制订的焊接工艺规程是“法规”，是确保焊接质量的重要因素。
焊接工艺评定是保证产品焊接质量的重要措施，有关焊接工艺评定的规范和国家标准，规定了焊接工艺评定的内容和方法。通过焊接工艺评定，可验证施焊单位拟订的焊接工艺的正确性，并评定施焊单位的生产加工能力。同时，焊接工艺评定也为制订正式的焊接工艺规程提供可靠的依据。
1.焊接工艺评定的目的
焊接工艺评定是通过对焊接接头的力学性能或其他理化性能的检测，来证实焊接工艺规程的正确性和合理性的一种质量控制程序。每个焊接结构生产企业均应按照国家有关标准或是国际通用的法规，如美国ASME锅炉与压力容器法规第九卷和AWSDl.1钢结构焊接法规等，自行组织并完成焊接工艺评定工作。
焊接工艺评定是企业质量保证体系和产品质量计划中最重要的工作之一，同时也是焊接工艺管理中很重要的一个环节。
在大型和重要焊接结构的生产当中，焊接结构制造质量的控制程序如图1-102所示，主要包括产品图样的评审和工艺性审查、产品焊接技术条件或企业焊接质量标准的编制、焊接工艺方案的编制、焊接工艺评定及工艺文件的编制、焊工及检验人员的考核、原材料及焊接材料入厂检验标准的制订和控制、焊接生产工艺过程的控制、焊后热处理工艺过程的控制、焊件工序质量及成品质量的检验、产品焊接质量问题的分析和改进等。
概括起来，进行焊接结构工艺性审查的目的是确保结构设计的合理性、工艺的可行性、结构使用的可靠性和经济性。此外，通过焊接结构工艺性审查可及时调整和解决工艺性方面存在的问题，加快工艺规程编制的速度，缩短新产品生产准备周期，减少或是避免在生产中发生重大技术问题。通过焊接结构工艺性审查，还可以提前发现新产品中关键零件或是关键加工工序所需的设备和工装，以便提前安排定货和设计。
图1-102 焊接结构制造质量的控制程序
2.焊接工艺评定的程序
焊接工艺评定的程序主要按产品的类型和质量等级而定。对于大型承载结构或是受压焊接结构，可以按照下列程序进行焊接工艺的评定。
（1）焊接工艺评定的立项
1）按照焊接工艺方案立项。对于新型结构的产品，通常要求编制焊接工艺方案，其中包括所需完成的焊接工艺评定项目。焊接工艺方案按规定审批程序通过后，所列的焊接工艺评定项目即可列入工作计划。
2）按照新产品施工图样立项。在新产品施工图样转入工厂工艺部门做技术准备工作时，可根据所采用的新结构材料、拟使用的新焊接方法或焊接工艺以及接头的壁厚范围提出焊接工艺评定项目。
3）按照产品制造过程中重大的更改立项。在大型焊接结构的制造过程中，可能出现结构、材料和工艺的重大更改而需重新编制焊接工艺规程。按照相应的标准规定，凡重要工艺参数变更后，焊接工艺规程需重新进行焊接工艺评定。
（2）焊接工艺评定任务书的制订。焊接工艺评定立项计划批准后，应当根据产品的技术条件制订焊接工艺评定任务书。其内容应当包括产品名称及订货号、接头形式、母材金属牌号及规格、焊接方法、对接头性能的要求、检验项目和合格标准、所依据的标准名称和编号等。
焊接工艺评定指导书大多选用表格的形式，表1-24为焊接工艺评定指导书的格式。
表1-24 焊接工艺评定指导书
（续）
表1-24中各栏目内容填写的要求如下：
1）名词术语要标准化和通用化。其中所用名词术语必须是《焊接术语》（GB/T 3375—1994）中规定的术语，不应当采用本企业的习惯术语。
2）要用词简洁、易懂，切忌用词模糊不清，含义不确切。
3）书写字迹应当工整，简体字应当符合规范，数字不得连写，不准涂改。
4）插图描绘要符合制图标准，尺寸及公差应标注清晰、正确，焊接顺序和焊接层次可以用数字标注，焊接方向可用箭头表示。
5）物理量名称及符号应当符合GB 3102.1—1993《空间和时间的量和单位》，计量单位应当采用法定计量单位。
（3）编制焊接工艺规程设计书 按照焊接工艺评定任务书提出的原始条件和技术要求编制焊接工艺规程设计书。设计书的格式和内容类似于焊接工艺规程。但是在工艺规程设计书中原则上只要求填写所评定的焊接工艺重要参数，而不必详细列出次要参数。而为便于正式焊接工艺规程的编制，大多数焊接工艺规程设计书也均列出焊接工艺的次要参数，特别是那些对评定试板焊接质量有较大影响的次要参数。
（4）编制焊接工艺评定试验计划 评定试验计划的内容应当包括为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、试板组装和焊接、焊后热处理（设计书规定时）、无损检测、取样加工和理化检验等的计划，到试验用料、费用预算、负责单位、协作单位分工及进度要求等。
（5）评定试板的焊接 评定试板的焊接应当由考试合格的熟练焊工，按照焊接工艺规程设计书规定的各种焊接参数完成。试板焊接过程中应记录重要焊接参数的实测数据，如果试板要求焊后进行热处理，则应当记录热处理过程中的试板实际温度和保温时间。
根据拟订的焊接工艺评定指导书焊接试件时，应当注意做到以下几点：
1）按照标准规定的图样，选用材料并加工成待焊试件。根据钢制压力容器焊接结构特点，焊接工艺评定用的试件主要有如图1-103所示的几种。
图1-103 焊接工艺评定所用试件形式
a）板材对接焊缝试件 b）管材对接焊缝试件 c）板材角焊缝试件 d）管材与板材对接焊缝试件 e）管、管角接焊缝试件
对接焊缝试件，试件厚度应充分考虑焊件厚度的有效范围，其他尺寸应当满足制备试样的要求，如图1-104所示参考。
对于角焊缝试件，可以分为板材角焊缝、管与板角焊缝、试板尺寸如图1-105所示，其中300是指最小长度为300mm。
2）使进行焊接工艺评定所用的焊接设备、装备和仪表处于正常工作状态，尤其是焊工必须是本企业熟练的技师或是持证焊工。
3）试件焊接是焊接工艺评定的关键环节之一，要求焊工按焊接工艺评定指导书的规定检查钢材，清理试件，组对焊口，调整好工艺规范等。同时，应当有专人做好实焊记录，它是现场焊接的原始资料。
图1-104 对接焊缝试件形式
图1-105 角焊缝试件尺寸
a）板材角焊缝试件及其焊脚尺寸（T2） b）管与板材角焊缝试件及其焊脚尺寸（等于管壁厚）
（6）评定试板的检验 焊接工艺评定试板原则上不做无损检测，应当在试板焊接后或焊后热处理后直接取样进行力学性能或其他理化性能的检验。焊接工艺评定试板的检验项目根据接头的类别而定。
1）全焊透对接接头（包括开坡口的对接接头）。其力学性能检验项目有拉伸试验和弯曲试验。弯曲试样分为横向及纵向两种。横向弯曲又分面弯和背弯。当接头厚度大于10mm时，可以用侧弯代替面弯和背弯。纵向弯曲试样也分面弯和背弯。板材对接试件的力学性能取样方法如图1-106所示。管材对接焊缝试件的力学性能取样方法，如图1-107所示。
图1-106 开坡口对接接头评定试板的取样部位
a）接头横向试样 b）接头横向侧弯试样 c）纵向弯曲试样
图1-107 管材对接焊缝试件取样位置
a）拉伸试样为整管时 b）不要求冲击试样时 c）要求冲击试样时
1—拉伸试样 2—面弯试样 3—背弯试样 4—侧弯试样 5—冲击试样
③、⑥、⑨、⑿—钟点记号，为水平定位焊时的定位标记
如果产品技术条件要求做焊接接头冲出韧度试验，则焊接工艺评定试板也应当取焊缝金属和热影响区的冲击韧度试样，并在技术条件规定的温度下进行冲击韧度试验。
2）角接接头。对角接接头原则上只做横剖面的宏观检查。其评定试板，包括管接头角焊缝试件和套管角接试件的取样部位如图1-108所示，试样数量分别是5片和4片。
3）电阻焊接头。电阻焊接头应当做焊缝横剖面的宏观检查、剪切试验和剥离试验。电阻对焊接头的检验项目同全焊透熔焊对接接头。
4）螺柱焊接头。螺柱焊接头应当做锤击或弯曲试验、抗扭试验或是拉伸试验以及螺柱接头横剖面的宏观金相检验。
5）耐蚀堆焊层。耐蚀堆焊层应做表面渗透检测、弯曲试验和堆焊层的化学成分分析。耐蚀堆焊层评定试板的尺寸至少是150mm×150mm。堆焊层的尺寸：宽至少为38mm，长约150mm，堆焊层的厚度应当不小于焊接工艺设计书的要求。其试板形状和尺寸如图1-109所示，试样的截取部位如图1-110所示。
图1-108 角接接头评定试件取样部位
a）板-板角接 b）管-板、管-管角接
图1-109 耐蚀堆焊层评定试板的形状和尺寸
图1-110 耐蚀堆焊层评定试板取样部位
a）纵向弯曲 b）横向弯曲
6）耐磨堆焊层。耐磨堆焊层应做表面渗透检测、硬度测定、横剖面的宏观金相检验及堆焊层的化学成分分析。
（7）编写焊接工艺评定报告 按照要求完成上述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。报告的内容大体分为两大部分：第一部分是记录焊接工艺评定的试验条件，包括试板材料牌号、类别号、接头形式、焊接方法、焊接位置、焊接材料、保护气体、预热温度、焊后热处理参数和焊接工艺电参数等；第二部分是记录各项检验结果，其中包括拉伸、弯曲、冲击、硬度试验、宏观金相检验和渗透检测及化学成分分析等。
编写焊接工艺评定报告最重要的准则是如实记录，无论是试验条件还是检验结果都必须是实测的数据，并应有相应的记录卡及检验报告做原始凭证。焊接工艺评定报告是必须由企业负责人签字的重要质量文件，是企业向技术监督部门或用户代表显示其质量控制能力的主要质量记录文件。所以，编写人员必须认真负责，如实填写，不得错填和涂改。
焊接工艺评定试验可能由于接头的某项性能不符标准或技术条件的要求而失败。在这种情况下，首先应分析失效的原因，然后重新编制焊接工艺规程设计书，重复进行上述程序，直到评定试验结果全部合格。
1.5.2 焊接工艺规程
1.焊接工艺规程的内容
焊接工艺规程是指导焊工按法规要求焊制产品焊缝的工艺文件。所以，一份完整的焊接工艺规程应当列出为完成符合质量要求的焊缝所必需的全部焊接参数，除了规定直接影响焊缝力学性能的重要工艺参数以外，也应当规定可能影响焊缝质量和外形的次要工艺参数。具体项目包括：焊接方法、母材金属类别及牌号、厚度范围、焊接材料种类、牌号、规格、预热和后热温度、热处理方法和制度、焊接工艺电参数、接头形式及坡口形式、操作技术和焊后检查方法及要求。对于厚壁受压部件焊缝还应当规定焊接顺序和焊缝层次。在必要时，也可以列入其他有用的工艺参数，如衬垫材料、背面通成形气体等。
2.焊接工艺规程的编制程序
对于一般的焊接结构和非法规产品，可以直接按产品技术条件、产品图样、工厂有关焊接标准、焊接材料和焊接工艺试验报告以及已积累的生产经验数据编制焊接工艺规程，经过一定的审批程序即可以投入使用，无须事先经过焊接工艺评定。对于受监督的重要焊接结构和法规产品，每一份焊接工艺规程必须有相应的焊接工艺评定报告作为支持，即应当根据已评定合格的工艺评定报告来编制焊接工艺规程，只有经评定合格的焊接工艺规程才能用于指导生产。焊接工艺规程原则上是以产品接头形式为单位进行编制，如压力容器壳体纵缝、环缝、筒体接管焊缝、封头入孔加强板焊缝等都应当分别编制一份焊接工艺规程。如果容器壳体纵、环缝采用相同的焊接方法、相同的主要工艺参数，则可以用一份焊接工艺评定报告来支持纵、环缝两份焊接工艺规程。如果某一焊接接头需要采用两种或两种以上焊接方法焊成，则这种焊接接头的焊接工艺规程应以相对应的两份或是两份以上的焊接工艺评定报告为依据。
本章小结及综述
本章主要讲述了焊工岗位技能基础，包括焊接工艺基础，焊接材料的分类、型号及储存，焊接设备及工具，焊接方法以及焊接工艺评定等内容。
焊接与其他连接方法相比较具有节省金属材料、减轻结构重量、简化加工与装配工序、接头的致密性好、能够承受高压、易实现机械化和自动化生产、提高生产率和质量、改善劳动条件等一系列特点。
焊工的安全技能水平的高低直接影响工程的质量和安全，通过对本章的学习，焊工应掌握焊接工艺中焊接接头的形式及位置、焊接方法等方面知识。