S3000焊接工艺评定.docx

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S3000焊接工艺评定

S3000焊接工艺评定

S3100概述

从S3120到S3170的规定适用于本卷涉及的所有焊接工艺。

其余章节，分别适用于特定的焊缝形式和母材钢种：

——S3900管道焊缝

——S3800蒸汽发生器或热交换器管子与管板的焊接

——S3200、S3300、S3400和S3510各种母材钢种的对接焊缝

——S3520CANOPY型和OMEGA型焊缝

——S3530角焊缝

——S3540马氏体不锈钢对接焊缝

——S3550摩擦焊

——S3560电子束焊（76）

——S3570铸钢件的补焊

——S3600或S3700不同类型熔敷金属的堆焊

S3110焊接工艺

焊接工艺是指整套工序（准备、预热、焊接、后热和热处理），它仅适用于一种或多种已知牌号、形状和尺寸的金属，以保证得到符合规定质量标准的焊接接头或堆焊接头或补焊接头。

焊接工艺评定要求：

一方面要详细记录各种工艺的性能参数和金属的特性（特别是确定有效范围的主要可变参数），另一方面要验证所得到的焊接接头与要求的质量标准是否符合。

对于焊接填充材料和母材的力学性能或主要化学成分相同的试样，称为均质试样。

对于焊接填充材料和母材的力学性能或主要化学成分不相同的试样，称为非均质试样。

由不同牌号的材料组成的混合试样，实质上是个非均质试样。

附录SA3000根据标准NFEN288—3规定了一个可采用的工艺，可用于代替本章中所提到的工艺。

在这种情况下，可以说，对本章某一段落的任何参照，在附录SA3000和标准EN288—3中也会找到相应的段落。

S3111产品焊缝的补焊

补焊所采用的焊接工艺必须按照S3110进行评定。

但是，在某些特殊情况下，必须在焊接工艺评定试件上（如果没有，可在产品见证件上）进行模拟补焊试验，或能用合适的试验证明它是可靠的，尤其是涉及以下各种情况：

——对碳钢或低合金钢母材上的奥氏体不锈钢或镍基合金堆焊层、隔离层或焊缝的补焊。

在这种情况下，只要求对焊缝或补焊焊缝所采用的焊接方法进行评定。

然而，如果补焊工艺没有按照S3110规定进行单独评定，则要求对补焊所采用的每一工艺进行评定，并必须进行为补焊评定所规定的一整套试验（其中某些试验可以合并）。

注：

然而，在以镍基合金进行堆焊、隔离层焊或手工焊接的情况下，如果按照相同的焊接方法进行补焊时，就不必进行模拟补焊试验。

——热交换器或蒸汽发生器管子与管板焊缝的补焊；

——GMAW（135）和药芯焊丝（136或114）焊成的焊缝用其它方法补焊；

——CANOPY型焊缝的补焊；

——添加或不添加填充金属的等离子弧补焊（15）。

S3112均质结构

均质结构应经试板或试管对接焊试验的鉴定。

S3120焊接方法

S3121定义

本文件适用于以下规定的焊接方法。

对于每一种焊接方法，括号内的数字是由NFEN24063名称表给出的术语编号。

其中大部分焊接方法，根据情况可采用手工、半自动或自动焊。

但是，MIG焊方法（131），MAG方法（135），药芯焊丝（136，114）的焊接只允许使用手工操作，见S7432b）。

——药皮焊条手工电弧焊（111）；

——添加或不添加填充金属的钨极惰性气体保护焊，TIG焊方法（141）；

——添加或不添加填充金属的等离子弧焊（15）；

——熔化极惰性气体保护焊，MIG焊方法（131）；

——熔化极活性气体保护电弧焊，MAG方法（135）；

——有活性气体保护（136）或无活性气体保护（114）的药芯焊丝电弧焊；

——丝极（121）或带极（122）埋弧焊；

——丝极或板极垂直电渣焊（72）。

在本文件的其余部分，工艺过程114，131，135，和136适用于半自动焊接方法。

对于其它的方法（以上没有提到），应制定专门的评定程序。

评定涉及一种或多种焊接方法。

S3122焊接方法的组合

焊制一条产品焊缝（按照给定的一种工艺）可以采用多种方法（它们中间的每一种都能够应用不同的主要可变参数）联合进行。

每一种焊接方法以及对应的主要可变参数的范围，必须经过焊接工艺评定。

这种评定或者在相应的上述产品焊缝的工艺评定范围内，或者在相应的其它工艺的范围内进行。

在第二种情况下，这些工艺必须遵守本卷中所有的规定。

此外，根据等效原则，要求对将作为标准试件的焊接接头的各部分进行一系列完整的试验。

如果把试验接头各部分的每一部分看作对应于只使用一种焊接方法焊成的评定试件，则应进行上述一系列试验。

在第二种情况下；规定的其它评定标准应满足设计者事先对承包商提出的要求。

S2130需要编制的文件

任何一种焊接工艺评定，都应根据正式文件的规定进行。

但这些文件应符合相应章节中的要求，并至少包括：

——附在焊接数据包中的评定试件焊接工艺数据卡片；

——评定的有效范围；

——要进行的试验和评定等级的有关准则；

——试样取样示意图；

——焊道的分布及对其中每条焊道所采用的焊接工艺；

——展开速度（当可能时）。

S3140评定试验

试件的准备、实施和检验必须考虑到对产品焊缝的准备、实施和检验所规定的条件。

S3141试件的数量和型式

焊接工艺评定试件的数量和形式。

以及要求进行的试验．由所进行的焊接方法和下述因系决定：

——评定有效范围的主要可变参数；

——确定无损检验种类和准则的部件质量等级；

——工作条件：

在进行焊接工艺评定试验以及在适用于试件的无损检验条件中，必须考虑到焊接位置特别难于接近的情况。

S3142尺寸

试件的尺寸应根据下述要求确定：

——焊接方法；

——试验试样和复验试样的取样图；

——规定的无损检验；

——需要进行的补焊工艺评定。

在任何情况下，每个被焊工件（或每段管子）的宽度都不应小于150mm或2e（e为试件厚度）。

S3143母材和焊接填充材料的验收

用于评定的焊接填充材料应按S2000进行验收试验。

母材必须经过验收试验。

以便确定是否符合本章所要求的母材性能。

但根据本规则第Ⅱ卷要求提供的母材不必经过验收试验。

在对试件进行焊接之前，必须备有这些材料（母材和填充材料）的验收试验报告。

这同样适用于由材料供货商就S5000涉及的材料所签发的焊接材料评定数据卡片。

在检查员要求时，应将这些文件发给他。

然而。

对于堆焊工艺评定试验所采用的某批填充材料，如果堆焊的条件、进行的检验项目、所得到的结果都能满足验收技术条件的要求，则可对它免去验收试验。

S3150复验程序

S3151无损检验不合格的情况

如果无损检验发现不合格的缺陷，则应在研究这些缺陷发生的原因后重新评定。

如果在试件的焊接过程中或在试验过程中，发现不合格的缺陷呈规律性的出现，并认为这些缺陷可能与焊接工艺有关，则应拒绝采用这种焊接工艺。

注：

在试验期间发现的所有缺陷，都必须按照文件ⅡS／IIW—340—69（参见附录SII）的规定表示出来。

S3152破坏性试验不合格的情况

a）如果某一不合格的结果是由于试验的实施过程有问题或由于在试样中存在缺陷引起的，则有关结果不予认可，并应重新进行试验。

b）在冲击试验的情况下，如果试验结果不合格只是由于某一个别的数值低于最小保证值，尽管其余结果高于表S3152中0℃试验时的数值，而同时其它条件是满足的（平均值合格，最多有一个冲击试验结果低于保证的平均值），则可按照以下方式进行复验：

在试验结果不合格的这一组试样取样位置附近，取两组试件（每组为三个试样），对后两组试样在与第一组试样相同的温度下进行冲击试验。

这两组六个试样中的每一个试样都应给出合格的结果。

表S3152

Rm＞450MPa的碳钢

C—Mn钢和低合金钢Mn—Mo—Ni钢

KV=28J

Mo，Cr—Mo和Ni合金钢

KV=21J

c）如果一个试件经过破坏性试验和可能的复验都没有得到合格的性能，则在确定其原因后，应另外焊一个试件进行复验。

该复验试件必须满足规定的要求。

S3160试验报告

焊接工艺评定试验结果应便于检查人员查阅，并在他需要时，提交给他。

试验报告应包括下列内容：

——在试件上实施焊接的主要条件（规定的和实际的）

——所进行的无损检验内容及检验结果；

——所进行的破坏性试验和所要求的数值及所取得的结果；

——S3143中所规定的母材和填充材料的验收试验报告。

试验报告中必须有车间检验员的结论。

S3170评定的有效期

焊接工艺评定的有效期，在S7610和S7830的要求没有失效的条件下，没有限期。

但是，对于B4231和C4231中列举的焊接，必须按照S6232规定的要求提供一个现有技术水平的说明。

S3200碳钢和低合金钢的对接焊

S3210评定的有效范围

S3211车间

按S6000的规定，评定试验应在产品焊接的同一车间进行。

S3212母材：

牌号

a）本评定只对试验中所采用牌号有效。

但是，根据下述一般原则，制造商可以研究和考虑扩大其适用范围：

一般来说．对于与评定试件中所使用的母材有相似的化学成分（从焊接性的角度来看）、相近似的韧性，以及相近似的拉伸性能的材料，焊接工艺的评定才是有效的。

牌号相同，但由不同的方法制造和加工而成的金属件（锻造、轧制和模铸等）之间，可以把它们视作等效。

但是，对于铸件，应尽可能在铸件上进行评定试验。

对于碳钢和碳锰钢，根据规定，一种焊接工艺，对规定的最小抗拉强度Rm为Rm和Rm—60MPa（Rm是评定用焊接母材规定的最小抗拉强度）之间的所有牌号都是有效的。

对于Mn—Mo—Ni钢，按照第II卷技术规格书中表S3212.a.给出等效钢种。

表S3212.a等效钢种

技术规格书

M2111、M2111’、M2112、M2112’、M2113、M2114

M2115、M2116、M2117、M2119、M2121、M2122

M2125、M2126、M2127、M2128、M2131、M2141

M2142、M2143

b）在由两种不等效的碳钢或Mn—Mo—Ni钢母材组成的试件的情况下，可分别在两种母材的每一种上或者在异种钢试件上进行工艺评定。

对异种钢试件的工艺评定结果同样适用于两种母材中任意一种同质试件，只要这两种母材中的每一种都曾经按照S3230的规定做过试验。

从上述S3212a）中的规定来看，这种情况很少出现。

对于像C5120和D5000中规定的高级设备，需要经过与承包商的预先商定。

但是在垂直电渣焊接（72）的情况下，这种种类的焊缝评定应根据由这两种非等效金属组成的试件进行，并且这种评定只适用于这种异种金属组合型试件。

S3213母材：

形状和尺寸

a）板材焊接的工艺评定同样适用于在下列条件下的管道焊接：

板材焊接工艺评定

等效管道焊接

手工焊

对接平焊

对接横焊

水平旋转部件

（1）

带垂直轴线部件的环形焊缝

（2）

垂直上坡焊+平焊+仰焊

带水平轴线固定的环形部件

（2）

自动焊

平焊

带水平轴线的旋转部件

（2）

（1）对于外径≥51mm的管道。

（2）对于外径≥460mm的管道。

b）管子的焊接工艺评定也适用于板材的焊接，只要按图S3213对板材焊接中涉及到的各种焊接位置通过一系列完整的试验加以说明。

图S3212为确保管道和板材之间评定的等效而规定的取样区域

具有水平轴线的固定管道：

对于每一范围进行一套试验的规定如下：

——对于垂直上坡焊或垂直下坡焊，检验应在两个区域进行，双V型坡口对应于时钟3点和12点2个截面，双U型坡口对应于时钟3点、12点和6点3个截面。

——对于环缝，检验应在4个区域进行，对应于时钟3点、9点、6点和12点4个截面。

具有水平轴线的旋转管道：

仅进行一套试验。

具有垂直轴线的管道：

仅进行一套试验。

c）就非管道设备来说，对于具有下列外径的支管和接管焊缝：

——φ外＜150mm时，使用平面对接焊，船形焊和角平焊位置（1G，2F和1F），

——φ外＜500mm时，按以下情况采用其它位置：

——当支管的外径≥0.5φ外时，这种评定对手工对接焊接的支管焊缝（和管道焊缝），以及自动焊接的外径为0.75φ外～2φ外的支管焊缝是有效的。

其中φ外为评定试验的管道外径。

——或者按照S3900关于支管的有关规定执行。

d）有关厚度的有效性范围规定见表S3213d。

表S3213d

评定试件的厚度“e”

有效范围

在试件的单边或双边单焊道

多焊道

e≤3

0.8e～1.1e

e～2e

3＜e≤12

0.8e～1.1e

3～2e

12＜e≤100

0.8e～1.1e

0.5e～2e（最大150）

e＞100

0.8e～1.1e

0.5e～1.5e

本规则不允许将未经冲击试验获得的评定用于厚度允许进行冲击试验的实际制件。

然而，在下列情况下，评定的所涉及的最大厚度是限制在：

——1.33e对于厚度大于200mm的产品焊缝所评定的多层焊接法（141、15、111、136、114、121、131、135）；

——1.1e对于气体保护焊，熔化金属滴状过渡和采用低电压（和／或小电流）的情况。

——1.1e当焊接区域的热处理温度超出规定的正火（或性能热处理）温度。

但是，在均质焊补和表面焊接时，其下限可以下降到：

——16mm，对于e＞200mm；

——5mm，对于e≤200mm。

对于焊补或表面焊接的厚度小于上述数值范围时，要求对最小厚度进行试验，以扩大评定试验的范围。

S3214焊接方法

增加、取消或改变一种焊接方法或改变焊接方式（手工焊、半自动或自动焊）均需要新的焊接工艺评定。

然而，只要满足S3122的要求，可由另外的评定代替。

使用一种焊接方法时，允许取消原来评定试验中作为根部焊接的TIG等焊接。

因为在具体焊接中，这部分打底焊道会被完全渗透，或者被清根去除。

S3215焊接填充材料和保护介质

a）评定试件所采用的焊接填充材料应符合评定所涉及的产品焊缝所用材料采购技术规格书的要求，它们的几何尺寸和商标名称都应与材料采购技术规格书中规定相同。

b）所评定的焊接工艺只适用于与评定试件所采用的同一商标名称的药皮焊条、焊剂和药芯焊丝以及具有相同牌号（即技术要求）的焊接填充材料（焊丝、光焊条等）。

但是，在使用具有相同代号并符合相同采购技术规格书的另外一些填充材料（熔炼或烧结焊剂、低氢或金红石涂料）情况下．如果它们曾按S5000中的规定进行过评定，则就不必再作新的评定。

评定的焊接工艺，只适用于与评定试件所采用的具有相同几何尺寸的填充材料的情况。

但是，对于手工焊所采用的药皮焊条，被评定的焊条公称直径d，也包括紧邻的公称直径在内（根据标准NFEN759）。

这个等效范围只有当用于产品焊接的电流范围符合S5000中的评定证书规定时，才是许可的。

当一种焊条直径不在这些范围内时，焊接工艺评定应包括这一直径，并应考虑其不等效性。

c）当发生下列变化之一时，焊接工艺评定应重新进行：

——从实心焊丝变为药芯焊丝，或相反；

——添加或取消附加的填充金属；

——添加或取消自耗垫环，必要时，对自耗垫环的化学成分或外形的任何修改。

d）当保护气体发生下列变化之一时，焊接工艺评定应重新进行：

——气体或混合气体的名义化学成分发生变化；

——保护气体的流量比规定的最小值减少10％或10％以上；

——背面保护类型的改变，保护气体的种类或保护方法的改变（总体保护或局部保护）。

S3216接头型式

在其不影响焊接工艺的其它参数等效范围的情况下，坡口型式的改变是允许的。

但是，不管怎样，在下列情况下，作新的工艺评定是必要的：

a）在每一面上的多道焊改为单道焊或相反；

b）接头坡口加工型式的改变：

V型、X型、U型、K型、双U型、I型等。

但是：

——对于X型或双U型坡口的评定结果，也分别适用于带有封底焊道的V型或U型坡口，但必须按照原来的焊接工艺评定规则进行清除根部焊道，反之亦然。

——对于厚度小于或等于50mm的手工焊接头，V型坡口的评定结果也适用于U型坡口，反之亦然；同样，对于X型坡口的评定结果也适用于双U型坡口，反之亦然。

对于补焊。

不考虑接头的坡口型式。

c）对于单面焊接的接头，加入或取消背面垫板（永久性垫板或临时性垫板，可熔的或不可熔的垫板）。

但是，在手工焊的情况下，当加入一块与焊件同一化学成分的非永久性垫板并且在焊接后用机械加工去掉垫板时．其评定结果仍属有效。

d）取消根部焊道的清除。

e）坡口加工方法的改变。

热加工方法（对氧气切割的不平整，当需要时可以修整打磨）可适用于机械加工，但机械加工方法不得代替热加工。

f）在电渣焊（72）和等离子弧焊的情况下，规定的焊接坡口间隙范围的改变。

S3217焊接位置和焊接方向

被评定的焊接工艺只对相应于评定试件采用的基本焊接位置有效，并考虑下述各点：

——坡口平焊和角平焊位置包括在所有其它焊接位置中，只要试验证明这种引伸是可能的；

——坡口平焊或角平焊位置与向上立焊或向下立焊位置，包括了同方向的所有中间过渡焊接位置；

——立焊和仰焊位置包括所有中间过渡位置；

——平焊和横焊位置包括了转角范围内的所有中间过渡位置。

——凡与焊接评定位置的变化不超过15°（旋转或者倾斜）的所有焊接位置均可覆盖。

在由S3213a）、b）所确定的管子和板材等效范围内，可以认为：

——水平固定管位置应包括坡口平焊、角横焊、立焊和仰焊位置；

——垂直固定管位置应包括坡口横焊位置；

——水平固定管和垂直固定管两个焊接位置包括了所有焊接位置。

但必须注意，对于立焊位置，焊接的每一个方向（上行焊或下行焊）应分别予以考虑。

S3218焊接工艺和参数

a）焊接工艺评定仅在下述内容符合焊接工艺文件的规定时才是有效的：

——电流种类（直流、交流或脉冲）及直流或脉冲的极性（正接或反接）；

——电参数的范围（在所有情况下的电流I和在自动焊情况下的电压U）；

——焊接速度V的范围（只对自动焊而言）

应该指出，评定试验的监察人员或检验人员可以按照评定所采用的焊接位置，在焊接工艺评定文件所列参数范围内，对试件的制备规定这些参数值。

对于要求在第一个焊道上检验硬度的钢，与评定试验时确定的平均线能量相比较，其平均线能量的变化超过15％，则焊接工艺评定无效。

b）使焊接工艺评定无效的其它一些改变：

——在采用熔化焊丝自动焊时，接入或拆除一个焊嘴或一个熔化焊丝导向轨（如需要时）；

——从窄焊道熔敷变为宽焊道熔敷（宽度大于焊条直径的三倍）

——射流电弧、熔滴过渡电弧或脉冲电弧转变成短路电弧，或相反；

——有关振幅、频率和占空比的改变；

——从单丝焊变为多丝焊．或相反；

——自动焊设备商标名称的改变。

c）在立式电渣焊（72）的情况下，如果下列附加操作参数的范围变化，焊接工艺评定无效：

——滑块的几何形状和冷却方式；

——电极的数量；

——如需要时，渣池的深度（在操作开始时测量）。

S3219热处理

a）如果发生下列变化之一，焊接工艺评定应重新进行：

——对S1320中规定的预热温度降低；

——当采用气体保护焊时，增加了一道高于50℃的预热工序，而该工序在原来的焊接工艺评定中未曾考虑；

——降低了后热处理规定的最低温度和保温时间；

——提高了S1320中规定的最高层间温度；

b）如果产品焊缝的消除应力热处理规范发生下列任何一种变化时，焊接工艺评定应重新进行：

——规定温度范围的改变和入炉后的升温和降温速度的改变；

——保温时间的增加，致使在评定接头上进行的模拟热处理失去代表性（参见S3224）。

c）除了消除应力热处理外，可能影响产品的最终冶金状态的焊后热处理热循环的任何改变，焊接工艺应重新进行评定。

S3220评定试件的制备

S3221母材和焊接填充材料

母材和焊接填充材料必须是生产中所应用的材料，或者是在规定的等效范围内能代表实际生产中所用的材料。

对于锻件或轧件，主要的锻轧方向必须标记出来，其取样方向应能使影响区的KV冲击试样代表这些材料采购时所采用的方向，并考虑下述几点：

——当供应的锻、轧件同时包括纵向和横向时，应取横向冲击试样；

——对于管子，当受技术上的可能性影响时，方向可以不同，但冲击试验必须在与试件母材的同一方向上进行。

S3222坡口型式

坡口应采用与生产中使用的相同方法（热加工或机械加工等）进行加工、气刨或磨削。

当产品坡口是采用氧切割加工时，评定试件也应采用相同的加工方法并应满足S3300d）的规定。

坡口型式应与产品制造中采用的某一接头形式相一致。

根据承包商或总承包商的要求，可以规定专门的定位方法。

其有关程序应由各有关方面商定。

焊接前，坡口应按生产中规定的同样要求进行检验。

在用等离子弧焊接（15）时，评定试件制备中的间隙和装配必须符合生产中要求的公差限值。

S3223评定试件的焊接

通常所使用的电源类型应与生产中应用的相同（直流或交流）．并具有相似的静特性（徒降、垂直、平特性等）。

当采用自动焊机焊接时，其焊机的牌号和类型应与实际生产中应用的相同。

在整个评定试件的焊接期间，每条焊道的预热温度应保持在尽可能接近规定的最低值（例如在规定的最低预热温度加25℃以下）。

如果试件焊道之间的冷却时间太长，这一温度偏差可提高到40C。

评定试验中的后热温度应尽可能接近规定的最低值。

在评定试验过程中，应定期作如下记录：

——对于自动焊．记录U、I和V；

——对于半自动焊和手工焊，记录I。

当采用自动焊设备时，U和I应做连续记录。

S3224焊后热处理

a）模拟消除应力热处理

焊接完毕后（必要时包括后热），评定试件应经过一次模拟产品焊缝必须进行的所有消除应力热处理。

模拟消除应力热处理条件应按照制造中的规定（保温的温度范围，入炉温度，以及升温和降温速度）。

当产品焊缝在不同的加热温度下依次进行消除应力热处理时，则相对应的评定焊缝也必须在每个温度下进行消除应力热处理。

对于每种加热温度，模拟消除应力热处理的保温时间，应始终大于实际生产中累积保温时间的80％。

对实际生产中的变化应制定相应的措施。

然而，一个包括几种加热温度并代表实际制造条件的模拟热处理（即相当于几次中间消除应力热处理，紧接着进行一次较高温度的最终消除应力热处理），可以被视为包括了较少加热温度次数的一次性热处理，其条件是：

——该热处理所包括的最终加热温度是模拟热处理的最终加热温度，该温度的名义值比所有其它加热温度至少高25℃；

——上述保温时间的原则，对每一加热温度都应遵守。

模拟消除应力热处理的条件，应在焊接工艺评定文件中作明确的规定。

这种热处理通常可以在一个周期内完成。

制造商必须能够证明模拟热处理参数是正确的。

如果对于母材（材料的焊接性能文件，见S1200）和焊接填充材料（根据S5000的评定记录）消除应力热处理保温时间的影响已经说明，则建议，消除应力热处理保温时间可根据评定试件的厚度计算。

所有温度循环应作记录。

b）其它热处理

评定试件应经过与相应产品接头在制造时所进行的热处理相同的热循环。

S3230评定试件的试验

S3231总则

所有试样应在试件经过整体热处理和按评定文件规定的无损检验以后取样。

如果试件是用几种焊接方法焊成的，则取得的试样应尽可能反映出每一种焊接方法的特性。

力学性能试样应取在经无损检验显示的质量最好区域中。

另一方面，对于宏观检验和（或）微观检验用的金相试片，应取在经无损检验确定的显示合格区。