焊接检验工艺评定及焊工评定.wps

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1、焊接检验工艺评定及焊工评定焊接检验工艺评定及焊工评定每项以焊接工作为主的工程，不管是在车间完工，还是在现场完工，焊接工艺评定及焊工评定都是工作的一个重要部分。工艺及焊工的评定工作是制造工序中最重要的准备步骤之一。经常有许多项目焊接工艺未经批准就开始。 由于技术、 材料或操作工技能等不可预知因素的缺乏，可能会导致过高的产品拒收率。焊接检验师有可能参与评定试验。 个别公司会控制焊接检验师参与试验的程度。 有些工艺要求焊接检验员见证焊接及评定试验。 因此，焊接检验师必须熟知焊接工艺评定和焊工评定的步骤。许多规范为制造商或承包商规定了评定的职责。 因此，公司必须详细规定焊接评定细则以确保焊接工艺及焊工

2、符合适宜的规范和技术要求。显然，精明的焊接制造商及承包商意识到焊接工艺及焊工的评定会节省一笔成本。当焊接人员及焊接方法经试验认可后，很少会由于焊缝拒收及工程延期引起过多的费用开销。在试验中发现这些缺陷比在制造加工中发现要经济的多。焊接检验师也可以通过资料审核参与这些评定。 其责任之一就是审核焊接工艺及焊工评定来决定它们是否符合规范及技术要求。有经验的焊接检验师经过仔细检验，会发现许多问题并且在焊接之前给予纠正。另外，许多规范授权焊接检验师可以在焊工的焊接质量持续低于标准要求时对他们进行再次评定。在本讨论中，并不是说只有焊接要作评定。 例如钎焊，也要求工艺评定及焊工评定。钎焊评定见 ASME 第

3、九卷，此卷描述了焊接工艺评定及焊工评定的步骤。几个主要规范（例：AWS D1.1、ASME第九卷、API 1104）中有关焊接工艺的规定稍有不同，有些区别在规范中也作了注明。检验师必须经常参考这些规范。工艺评定工艺评定评定的第一个步骤就是焊接工艺的准备及完善，这在焊工评定及产品焊接以前完成，因为工艺评定来衡量实际焊接工艺与材料是否匹配。 一般情况下，进行焊接工艺评定是显示以下各项的匹配性。（1） 母材（2） 焊接、钎焊填充金属（3） 方法及（4） 技巧焊接检验师还必须注意到工艺评定中对试验焊工的技能没有提出要求。尽管许多规范认为工艺评定对焊工进行自动评定，但是实际上工艺评定并不专门用于判定焊工

4、的能力。每个规范对于焊接工艺的评定都有细微的差别，但其基本目的是一样的。工艺评定有三种基本方法，包括免除评定工艺试验，实际的工艺评定试验及特殊应用的模拟试验。 模拟试验作为工艺评定的补充。我们首先讨论美国焊接协会 AWS D1.1，钢结构焊接规范。因为许多工艺都可免除评定，这一体系在焊接领域是独一无二的。所以只要焊接参数在规定的范围内，则不需要进行评定试验。D1.1 规范列出了不同的焊接方法、 母材、 厚度、 接头型式及焊接技巧，当这些焊接参数在规定范围内组合使用时，则认为是免除评定的。AWS D1.1 规 定 四 种 焊 接 方 法 是 免 除 评 定 的 ， 包 括 ：SMAW、 SAW、

5、 FCAW、 GMAW，除了短路过渡焊接。 但这并不是说只能使用这几种焊接方法。简单地说来，如果产品焊接中使用其他焊接方法，则要求焊接工艺评定试验。 有许多母材也是免除评定的。母材的厚度也会对焊接工艺的性能产生影响。 因此，各种免除评定接头在厚度上有限制。AWS D1.1 规定钢材焊接厚度大于等于 1/8英寸。 不同方法、 不同位置、 不同接头型式的免除评定焊接接头的母材的特殊厚度范围已列表。另外，因为有些条件使得工艺超出限制的范围，这并不是说这项工艺不能使用。而必须进行评定试验以确认这一工艺。图 5.14 即 AWS D1.1 列出了对免除评定焊接接头的各种限制。观察这张图及表中的值，你会看

6、到此免除评定焊接接头为单面V 型坡口对接焊缝，单面焊接，根部加金属衬垫材料。表中数据依照方法、 厚度及焊接位置的不同列出不同焊接接头型式的要求。 另外，对于规定的方法，根部的间隙和坡口角度有关。 对于 SMAW 工艺，根部间隙及坡口角度的连接有三种选择：根部间隙 1/4 英寸45 度坡口角度，根部间隙 3/8 英寸30 度坡口角度，根部间隙 1/2 英寸20 度坡口角度。在表格右上角插入注明根部间隙及坡口角度的公差的表也很重要。有些尺寸上注明公差为“零件图用”、“装配图用”。 “装配图用”公差与部件实际装配时的允许偏差有关。因此，焊接检验师在产品接头实际装配检验时要运用这些“装配图用”公差。下

7、一列列出了免除评定接头的位置。紧随其后的一列阐述使用FCAW 时是否使用气体保护。 参照这些免除评定焊接接头时，注意表格最后一栏中的标注非常重要。 这些标注往往是对免除评定焊接接头进行更多的限制。最后审阅了 AWS D1.1 规范的第三第四章内容后，才能分别判断一个焊接工艺是否免除评定或需要评定。另外，第 5 章规定了许多焊缝准备及完工的验收质量要求。第 5 章也包含达到这些质量等级的验收方法。这一章还详细规定了对不同焊接方法的具体要求，包括“重要变量”。重要变量是焊接方法的主要参数。 如果其变化超过一定的限值，就必须建立一项新的焊接工艺。这就是说，这些变量非常重要，如果其发生变化，会导致不合

8、格的焊缝。已列出了每种不同焊接工艺的重要变量。如上所述，如果任何变量导致焊接工艺不能免除评定，可以通过对焊接试板进行破坏性试验来评定。与 ASME 第 4 章基本类同，这在下一章即将讨论。 但是，AWS 一个主要的区别就是：产品焊缝的每一焊接位置都必须进行工艺评定。 AWS D1.1 第 4 章中可以见到试验要求，详细描述了试验条件、试验结果及不同工艺评定的限值要求。工艺评定另一种常用方法就是工艺评定试验。 ASME 和 API 的一些修订版都使用了这种方法来进行焊接工艺评定。ASME 第九卷焊接及钎焊评定涉及到压力容器和管路制造中的焊接和钎焊评定。API 1104 管路及相关设施的焊接标准主

9、要被美国管道工业在焊接工艺评定和焊工评定时使用。在 ASME 和 AWS 中都存在一些重要的变量。如在 AWS 体系中，这些重要变量决定工艺评定的范围。即一旦超出了这些规定的极限，就必须重做工艺评定。 这些重要的变量包括焊接方法、 焊接参数、 母材类型、母材厚度、填充金属类型及尺寸、焊接技巧等。在 ASME 体系中，焊接工艺规程（WPS）中必须注明这些重要的变量，必须注明这些变量的范围。因为超出了变量的极限范围，则要求进行全面的评定试验。试验情况记录于另一份工艺评定报告（PQR）。因此，一份 WPS 可能对应着系列的 PQR 文件。当产品焊接中所有变量确定后就可以焊工艺评定试样。 ASME 工

10、艺评定中板材和管子可通用。 在 API 中通常是管状的。 焊接后要求截取试样，依照要求进行破坏性试验以判定是否合格。图 5.15 及 5.16为一些典型的工艺评定试样，分别根据 ASME 第九卷和 API 1104的评定要求。在 ASME 体系中，平焊位置的工艺评定可以评定所有位置的评定。API 则规定按工件的不同要求，工艺评定的位置为固定或旋转，或是两者都有。但是，这二个位置的任何一个的评定不能覆盖另一个位置。试验是用来评估焊接技巧、母材及填充金属的影响。工艺评定中使用一些普通的试验：拉伸试验、 弯曲试验、 断口试验、 宏观粗相侵蚀试验、角焊缝断裂试验及其它无损检验。取样图见第 6 单元。图

11、 5.17 为依照 ASME 第九卷要求评定的要求，规定试样及各种坡口焊接工艺评定的厚度范围。 图 5.18 列出了按照 API1104 要求的对接焊缝评定所要求的试样。QW-451.1 坡口焊缝拉伸试验及横弯试验坡口焊缝拉伸试验及横弯试验评定母材的厚度 T 范围，in. （注 1）评定的熔敷焊接金属的厚 度 ， in.(注 1)所需的试验型式及次数(拉伸及导向弯曲试验) （注4）所焊的试件厚所焊的试件厚度 度 T，in.最小最小最大最大最大最大拉伸拉伸QW-150侧 弯侧 弯QW-160面 弯面 弯QW-160背 弯背 弯QW-160小于 1/16T2T2t2221/16T3/81/162T

12、2t2Note(3)223/84 1/2 12-3/4114.3 323.822220812-3/4323.84442016壁厚1/2 英寸（12.7 毫米）4-1/2114.30b22024a4 1/2 12-3/4114.3 323.822202412-3/4323.84440816a: 须分别从两条试验焊缝中截取一个断口试样和一个背弯试样；对于直径1-5/16 英寸（33.4 mm）的管子，必须取一个全厚度拉伸试样。b: 对于最小屈服强度大于每平方英寸 42kips，至少要做一个拉伸试验。 摘于：API 1104图图 5.18API 对接焊缝工艺评定试样类型及数量对接焊缝工艺评定试样类型

13、及数量不同的公司工艺评定可能稍有出入，但这几项很重要而必须考虑。根据每个公司的结构状况，焊接检验师可能会涉及到这几项中的一项或几项。必须理解工艺评定中最重要的部分就是产品焊接中工艺规程的使用。 许多公司进行评定试验常常只为满足客户的要求。 工艺评定一旦完成，这些规程就会被置于整洁的文件夹中，或埋藏于某人的书橱中，或放在文件箱中。这对在现场工作的，需要了解工艺评定的焊工没有帮助。工艺即焊接指导书。 所以，在产品制造中焊工应能够查阅这些工艺。由于焊接环境中纸张使用受到实际的限制，一些公司使用塑料卡或在纸张外包上塑料纸，这样可以比较耐用以免焊接过程中损坏这些焊接工艺规程。这里包含认可的焊接工艺规程中

14、的所有必要信息，这样焊工容易查阅这些问题。 这还有助于焊接检验师。 因为焊接检验师可以检查规程要求并且将这些要求与焊工使用的实际参数进行对比。焊接过程监控的另外一个目的就是可以发现工艺规程的缺陷，这些缺陷可能只有在焊接过程中才会显示。一旦发现这些缺陷，焊接检验师就可以向监督人员或焊接工程师汇报以进行更正。每个规范都有工艺评定的标准格式供参考，这些标准格式一般比较简单清晰。每个规范都附有标准格式。焊工评定焊工评定焊接工艺评定后将对焊工进行评定，评定合格的焊工按工艺进行焊接。 这里有两个不同的环节，这将在下文解释。 让我们假定已经建立了适当的焊接工艺，并且已经通过了工艺评定。现在必须进行焊工评定试

15、验以决定是否每位焊工都有熟练的技能并使用这些工艺生产出满意的焊缝。前面我们关心的是材料与技术的匹配性。 一旦这些被证明，就要计划每个焊工的资格评定来判断焊工熟练等级。因此，焊工资格评定略有不同。尽管有些方面存在差异，但是焊工评定与与工艺评定还有某些相似之处。 焊工评定也有一些重要的变量，包括焊接位置、 接头型式、焊条类型及尺寸、 焊接方法、 母材、 母材厚度及某些焊接技巧。 这些变量主要是与焊工的能力有关。规范一般都规定了这些变量的限值。 图表 5.19 根据 AWS D1.1 列出了焊工评定中每种接头型式焊接位置的评定范围。你们可以参阅各种焊接接头的不同评定范围、板材坡口、板材角焊缝及管子坡

16、口。 显然板材坡口只能评定一部分管子。 但是，如果经过焊工在管子上评定合格，则其板材焊接评定自动合格。另外 3G和 4G 位置板材坡口评定的焊工可以覆盖所有位置的板材评定。焊工经过 6G 或 2G 加 5G 位置管子焊接评定可以覆盖除了 T-、K-及 Y-以外的所有管子接头型式。还有，6GR 试验位置可以覆盖所有位置管子接头形式。（1）板材试验试样数焊缝型式所焊的试板 厚 度(T) in.目视检验弯曲试验*T型接 头破坏粗 相浸 蚀试验评 定 的 板厚，in.面背侧坡口3/8要求11-1/8 到最大3/4 *3坡口3/8 T1要求-2-1/8 到最大2T *3坡口1要求-2-1/8 到无限*3

17、角 焊 缝 可选 1 *11/2要求-111/8 到无限角 焊 缝 可选 2 *23/8要求-2-1/8 到无限塞焊3/8要求-21/8 到无限注：1. 应用见图 4.36。2. 应用见图 4.32。3. 也评定了母材厚度不限的角焊缝。*射线探伤可代替焊工或焊接操作工的弯曲试验。（见 4.19.1）源自：AWS D1.1图图 5.24AWS5.24AWS 焊工评定，板材厚度评定范围及试样的数量及类型焊工评定，板材厚度评定范围及试样的数量及类型这些试验位置数字符号为简单缩写，焊接检验师必须记住。图5.20 到 5.23 为板材坡口、 板材角焊缝、 管子坡口、 管子角焊缝在不同焊接位置的图解。另一

18、重要的变量为试板或管子厚度，这一变量决定评定试验完成后可以得到的适用范围。图 5.24 列出了符合 AWS D1.1 要求的各种试验板材及管子的厚度范围。 此表告诉我们：3/8 英寸厚的板材评定说明此焊工可以焊接小于等于 3/4 英寸产品厚度。这可以作为厚度评定范围参考。1 英寸厚板材评定说明焊工可以焊接的产品厚度为大于 1/8 英寸的任何厚度。评定的最大厚度无限制。另一个重要的变量即接头型式本身。 为了确定这一变量的影响，接头型式使用标准的板材及管子。接头型式的一个重要方面就是是否使用焊接衬垫。D1.1 规定当使用焊接衬垫时需注意板材的轧制方向。 金属的延伸率与轧制方向有关。如果试样弯曲试验

19、的方向与板材轧制的方向垂直，母材可能试验不合格。因此在评定试验以前确定板材的轧制方向非常重要。AWS 给横焊位置焊接提供了可选择的接头型式。试验使用与平焊位置相同的 45 坡口，但是只有上部的板材开坡口。这种接头型式提供了一个平台，焊工容易建起层层焊道以对坡口进行填充。图 5.25 为带衬垫和不带衬垫的管子对接焊接头型式。角焊缝评定的试验板材见图 5.26 和 5.27。 还有，AWS D1.1 为这项评定提供两种方式：角焊缝断口及宏观粗相浸蚀试验（见图 5.26）和角焊缝背弯试验（见图5.27）。AWS D1.1 使用的最后一种接头型式为 6GR，或管子、 方管、 矩形管的 T、K 及 Y

20、型接头。详见图5.28。 开头字母 T、 K 及 Y 表示为接头的形状。 这种接头形式的目的在于模拟管路结构中的 T、 K 及 Y型接头。这种接头形式在坡口边缘 1/2 英寸以内范围内增加一个限制环。在有些焊接方法中，如果使用的焊条类型变化，则要求重新进行焊工评定。例图 5.29 标出了不同类型的手工电弧焊（SMAW）焊条，这些焊条根据焊工施焊的技能水平进行分组。F4 组的焊条为比较难焊的焊条；同样 F1 组包括的焊条是手工焊的最低要求。一般说来：焊工使用组别较高的焊条进行评定后就可自动评定组别较低的焊条。 因此，焊工使用 F4 组中 E7018 焊条进行评定试验后可以自动覆盖所有 SMAW

21、的碳钢焊条。使用特定的焊接技巧也是焊工评定的一个重要变量。 若如立焊方向的变化（上坡焊或下坡焊）要增加评定试验。其它与技巧有关的重要变量可能包括焊接方法、 位置、 母材、 母材厚度及管子直径的变化。选定了适宜的试板，焊接位置和焊接技巧后，焊工就可按工艺进行焊接。焊接检验师见证实际焊接以确认与工艺的符合性及焊工的能力。仔细关注焊工的焊接技巧及能力，看看有无由于焊工的不良习性而可能造成的不合格焊缝。根据焊工的姓名、试验位置在完成的试板上作好标记。对于管子在 5G、 6G、 或 6GR 位置上的焊接，要在试板的上部作标记。 规范中规定了是否需要进行无损探伤以及所需试样的类型和数量。一般说来，要求进行

22、焊工评定的试样比要求进行工艺评定的试样要少。实际上，有些规范只允许进行无损检验，如焊工评定中 RT 可以代替破坏性试验。组命名AWS 焊条分类*F4EXX15 ， EXX16 ， EXX18 ， EXX15-X，EXX16-X，EXX18-XF3EXX10，EXX11，EXX10-X，EXX11-XF2EXX12，EXX13，EXX14，EXX13-XF1EXX20，EXX24，EXX27，EXX28，EXX20-X，EXX27-X*在此表中用于类别命名的字母“XX”代表各种焊条强度等级（60，70，80，90，100，110 及 120）。源 自 ：AWS D1.1图图 5.29-SMAW

23、焊条类别分组焊条类别分组图 5.24 依照 AWS D1.1 标出了焊工评定中所需试样的类型和数量。 你们可以注意到焊工评定中只要求对板材进行两个弯曲试验。 面弯及背弯试验用于薄板的评定试验中，厚度超出 3/8 英寸的板材要求进行侧弯试验。这是因为非常厚的板难以弯曲。实际上所有焊工评定一般为致密性试验，包括弯曲试验、 断口试验及角焊缝断口试验。试验的接头型式以及试验方法与工艺评定相似。 焊工评定若使用板材或管材，则按照适当的规范进行取样。 对于5G 及 6G 位置的焊工评定，取样位置与实际焊接管子的顶部位置有关。试样标识后进行取样及试验，然后根据适当的规范要求进行评定。如果所有试验结果是满意的

24、，那么认为这个焊工有资格在评定的范围内进行焊接。试验的结果以及所使用的焊接工艺记录在报告中以证明该焊工满足评定要求。图 5.30 所示的是 AWS 所用报告的典型格式。图 5.31 及 5.32 所示的是 ASME 和 API 所用的焊工评定格式。因此，要适当地区别用于这些焊工试验的术语：有资格和证明。如果我们说一个焊工有资格的，是指他或她有足够的技能去进行某种焊接。 而证明是支持资格评定的文件。 通过评定试验的焊工可以看作是一个有资格的焊工或是持有合格证的焊工。焊工经过评定后就可以参加产品焊接，只要焊接位置、厚度、焊条等不超出评定范围。只要焊工在生产中能够成功地持续使用某种焊接方法，大多数规

25、范允许评定继续有效。但是，如果焊接检验师或其他监督人员发现焊工的技能不行，则该焊工有可能需要再一次进行评定或参加进一步培训。焊工离开一家公司被另一家公司雇佣，证书（评定资料）即终止使用。由于每一家制造商或承包商负责自身的工艺评定及焊工评定，所以一般规范要求焊工要经过每一公司单独评定。如上所述，焊工评定的一般步骤:：（1）确认重要变量（2）核查设备及材料（3）检查试板的接头形式及焊接位置（4）对实际焊接进行监控，确认其是否符合焊接工艺要求（5）选取、识别并且截取试样（6）试样的试验及评估（7）完成必须的文件工作（8）产品焊接监控焊工评定给制造商或承包商提供了按照合格工艺进行产品焊接的人员。产品焊接开始后，焊接检验师必须对焊接工作进行监控以确保焊接工作符合工艺要求，焊缝验收合格。任何缺陷必须注明并且返修。如果问题再次发生，整改措施中必须包括工艺及人员方面的整改。评定合格的焊接工艺和焊接人员并不能保证所有产品焊缝都是合格的，它们只是为焊接生产提供了一些保证而已。因为有一点你必须记住，工艺评定时的焊接条件比实际生产中的焊接条件要理想的多，因此，实际生产中如装配、 接头形式、 可操作性等因素都增加了出错的可能性。因此，在产生不合格焊缝之前，焊接检验师要尽量发现这些问题。