5.3 焊接工艺评定

    本节参考了现行国家标准《焊接工艺规程及评定的一般原则》GB/T 19866和现行行业标准《钢制压力容器焊接工艺评定》JB/T 4708对于编制焊接工艺的指导要求。本规范的焊接工艺评定过程与国内外其他行业的焊接工艺评定过程是一致的。目的都是为了验证施焊单位已拟订的焊接工艺指导书，其代号为PWPS的正确性及评定施焊单位所作的焊接接头的使用性能是否符合设计要求，并使焊接工艺评定全过程更加完整，也更加易于操作。焊接工艺规程的通用代号为WPS。

    焊接工艺评定是产生焊接工艺规程过程的一个程序性文件。它的主要作用在于验证所拟订的焊接工艺指导书的正确性和合理性，焊接工艺规程是为焊工和焊接操作工提供指导的焊接文件之一。

    焊接工艺评定中的钢材和焊接材料应符合相应的国家标准及行业标准，这样才能代表钢管焊接接头的真实性，并强调焊接工艺评定应在施焊单位内进行，不能请其他施焊单位代做或引用其他施焊单位的焊接工艺评定结果，以保证本施焊单位真实地验证焊接工艺的可靠性。

    焊接工艺评定是由施焊单位的熟练焊工按照拟订的焊接工艺指导书的规定焊接工艺试件，然后对工艺试件进行外观、无损检测、力学性能和金相等项检测，同时将焊接时的实际工艺参数和各项检测结果记录在焊接工艺评定报告上，焊接工艺评定报告的通用代号为PQR。施焊单位的技术负责人应对该报告进行审批。

    为了保证焊接接头和母材的力学性能和其他性能相匹配——低碳钢、低合金钢要求遵循等强度原则，高强钢根据不同的使用条件、力学性能要求遵循等强度原则，同时考虑等韧性、等塑性原则。不锈钢和不锈钢复合钢板的覆层要求遵循等强度原则，同时考虑等耐腐蚀性原则。为此，在施焊前应由施焊单位编制拟订完整的焊接工艺指导书。为了保证焊接工艺规程的正确性，施焊单位应根据焊接性试验资料，按照本规范规定的焊接工艺评定规则对钢管的重要焊缝进行焊接工艺评定。

    施焊单位不得将焊接工艺评定的关键工作——例如，拟订焊接工艺指导书、试板焊接与无损检测等工作委托其他单位完成。但因本施焊单位设备不够，可将试件加工、力学性能试验或其他试验委托有资质的单位完成。拟订焊接工艺指导书，要以钢板的焊接性试验为依据。焊接性试验的主要内容：

    1  基础试验(母材理化试验)。

    2  主要焊接性试验(包括裂纹敏感性、焊缝塑性及缺口韧性)。

    3  焊接接头试验(包括无损检测和力学性能试验，不锈钢的耐腐蚀试验)。

    焊接性试验是焊接技术基础，除了自身的技术积累之外，也可由科研单位或供货钢厂提供有效的钢板焊接性资料。

5.3.1  按本规范附录D检测焊接工艺评定“试验方法和合格标准”而提出报告。焊接工艺指导书，亦称预焊接工艺评定和焊接工艺评定报告的格式应符合本规范的附录E的规定，这个格式是多年以来针对水工金属结构生产实践不断修正完善的。

5.3.2  为了简化施焊单位分析施工条件变化而对焊接接头影响程度——将焊接的工艺因素划分为重要因素、补加因素及次要因素。现在影响焊接接头质量的条件日益增多，以往钢管建造主要是焊条电弧焊和单丝埋弧自动焊方法，但随着焊接技术的迅速发展，目前在管道建造时出现了多丝埋弧焊、气体保护焊和自保护药芯焊等。为了指导施焊单位更好地掌握哪些工艺因素变化将会影响焊接接头质量，这次规范编写将焊接的三类因素的影响分别给予列出。这些因素是参考了现行行业标准《钢制压力容器焊接工艺评定》JB/T 4708中“各种焊接方法的焊接工艺评定因素”来划分的。

5.3.3  随着我国高水头、大直径或小直径厚壁的压力钢管的不断出现，高强钢的应用日益广泛，过去高强钢主要是靠国外进口钢材，现在国产高强钢不断涌现，因此在本规范表5.3.3中列出了一些钢号示例。同时也是为了与现行国家标准《压力容器》GB 150、《焊接工艺规程及评定的一般原则》GB/T 19866和现行行业标准《钢制压力容器焊接工艺评定》JB/T 4708规范相协调，互通使用。

5.3.5  因为类别号Ⅲ内的组别号Ⅲ-4及其以下低组别号、类别号Ⅱ低合金钢和类别号Ⅰ低碳钢，都属于低碳、低裂纹敏感指数的焊接钢材，只是钢材的比强度比后者高而已。多年的实践证明，材质为低碳钢、低合金钢的灌浆孔堵头或加劲环等与钢管材质为本规范表5.3.3类别号Ⅲ内的组别号Ⅲ-4及其以下低组别号的高强钢焊接，没发现焊接质量问题，本条这样规定是符合实际施工需要的，减少不必要的成本和时间浪费。根据熔焊原理，前者的焊接工艺评定可以代替后者，但后者不能代替前者。

5.3.6  因为异种钢焊接接头两侧母材和焊缝本身的金相组织、亚结构组织和性能均存在一定差异。冲击试验主要是检验异种钢焊接相应部位的韧性。

5.3.7  对焊接工艺评定时焊接位置的选取。埋弧焊只能在水平位置焊接和滚动焊接，所以只能在乎焊位置选取焊接试样。其余能进行全位置焊接的焊接方法，应选取立向上焊的焊接试样，因为该位置与其他所有焊接位置比较，是焊接热输入最大、冲击吸收能量低的焊接位置。

5.3.9  本条对重新进行焊接工艺评定的条件作出了规定。

    2  因为焊条牌号尾数代表焊条的药皮类型，尾数的变化主要是影响焊接接头的冲击吸收能量。

    5  现在钢管焊接施工不断出现新的焊接方法，而熔化极气体保护焊接过程中，不同的焊丝熔滴过渡形式将直接影响焊缝结晶组织的力学性能，所以焊丝熔滴过渡类型是影响焊缝质量的重要因素。

5.3.10  本条对试件做冲击试验作出规定。

    4  除增加“焊接热输入”外，再规定了单位长度焊道熔敷金属体积，便于更加直观的评定焊接热输入的增加，这说明了焊接工艺评定具有一定的局限性，它仅仅是一种对拟订焊接工艺的验证，因此焊接工艺评定采用的焊接热输入或确定的单位长度焊道熔敷金属体积都应严格控制在焊接工艺规程或有关技术文件规定的焊接热输入范围以内。

    9  结合本规范第5.3.11第6款，焊接位置变更对大多数焊接工作者存有疑义，由于焊接工艺评定都在平焊位置进行，其他位置除向上立焊由于熔池受重力影响会降低焊接速度，而焊接电流又比仰焊位大，因此向上立焊位置的焊接热输入是所有焊接位置中最大的，所以有冲击吸收能量要求的焊接接头应在向上立焊位置(埋弧焊为平焊位)施焊作焊接工艺评定。至于其他位置的变化以及取消单面焊的钢垫板只能由焊工的焊接技能来给予保证。

5.3.11  本条主要说明在什么焊接条件下属于次要因素。以往的一些规程、规范和标准对影响焊接接头力学性能的重要因素和补加因素都已比较熟悉，对钢管的建造质量起到了很好的作用。然而实际焊接施工中影响焊接质量的因素很多，有些因素介于两种因素的边缘，导致施焊单位焊接人员较难判断。为此在编写本规范时将焊接时属于次要因素的焊接条件也在此条中详细列出，以便于执行。

    焊接坡口型式对各种焊接方法都为次要因素，它的变更对焊接接头力学性能和弯曲性能以及耐腐蚀性无明显影响。焊条、焊丝直径的变化可由焊接热输入控制，所以也不会影响焊接接头的性能。

    9  在电特性变更中，单独的变更电流值或电压值只是次要因素，当将电流与电压结合后再考虑焊接速度就是焊接热输入，这样成了补加因素。

    11、12  这两款都属于施焊前的准备工作，对焊接接头的影响较小，所以也属于次要因素。

    15  都是在同一种已经评定的焊接方法下改变施焊操作方式，与焊接工艺评定与否无关。

    明确了焊接条件变更属于次要因素的范畴时，仅仅是为了说明不需要重复作焊接工艺评定，而不是说不需要作焊接工艺评定，但需要重新编制或修改已进行过的焊接工艺评定的焊接工艺规程，见本规范第5.3.14条中规定，在重要因素、补加因素没有改变时对接焊缝试件评定合格的焊接工艺用于角焊缝，即可理解为对接焊缝试件的焊接工艺评定报告需重新编制角焊缝的焊接工艺规程，也可理解为角焊缝试件的焊接工艺已经由对接焊缝试件评定过了不需要重复进行焊接工艺评定，但不能理解为不需要焊接工艺评定。这点应引起广大施焊人员对焊接工艺评定的重视。

5.3.12  随着炼钢技术和焊接材料生产技术的不断发展，材料性能的提高，焊材扩散氢含量的降低，采用后热方法来对焊接接头消氢已不是主要手段，国外一些标准甚至不强调。后热现在主要是用来对淬硬倾向大的部分高强钢、拘束度大的焊接接头减缓其冷却速度，降低焊接热应力，防止焊接接头出现热应力裂纹，因此不属于焊接工艺评定范畴。

5.3.15  本条说明当采用两种或两种以上的组合焊接方法或重要因素、补加因素不同的焊接工艺时，可以分别评定或组合评定。组合评定合格后可以采用其中一种或几种焊接方法或焊接工艺，但应保持每种焊接方法或焊接工艺所评定的试件厚度和熔敷金属的厚度都在已评定合格的各自有效范围内。

5.3.16  鉴于有些水质泥沙含量比较大或水质污染严重，有的冲沙孔道钢衬和泄水孔(洞)钢衬内的流速甚至高达50m/s，且水流紊乱，对此要求抗冲刷、抗腐蚀的部位就凸现出来了，采用不锈钢的部件越来越多，为了降低成本，采用不锈钢复合钢板的也在不断涌现。因此在本规范内也给予规定。

5.3.17  随着我国大直径、高水头的压力钢管不断增加，钢管制作材料强度越来越高。因此按美国机械工程师协会标准ASME《锅炉及压力容器规范》中“焊接及钎焊评定表”QW-45“坡口焊缝拉伸试验和横向弯曲试验”及我国现行行业标准《承压设备焊接工艺评定》NB/T 47014的规定将低碳钢、低合金钢与高强钢分开处理。经焊接工艺评定后的试件对母材及焊件熔敷金属有更大的适应范围。

5.3.20  对焊接接头焊缝及热影响区硬度值的规定，是为了更加便于做焊接工艺评定——也就是说硬度测试作为辅助测试合格后，再去做力学性能试验，可以节省试验成本。此条引用了《钢电弧焊焊接工艺评定》BS EN288-3硬度值规定。维氏硬度值HV100N≥450时说明有淬硬组织产生，易产生冷裂纹；而维氏硬度小于母材70％的部位，往往发生在焊接接头的热影响区(代号为HAZ)，即说明HAZ出现了软化现象，尤其是高强钢和本质粗晶粒钢焊接热输入偏大时这种软化区出现的几率较大，这主要是焊接热输入偏大之原因或主要是母材本身化学成分有问题不适合这种焊接热输入或焊接方法。当焊缝熔敷金属为不锈钢奥氏体型组织，在焊态下的硬度都比较低，最大不会超过HV100N300，且焊缝的塑性、韧性均较好，所以不必做硬度检测。