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ASME焊接


ASME规范中的焊接问题

吴祖乾
上海发电设备成套设计研究院 二OO八年十二月

ASME规范中的焊接问题

一、ASME规范与焊接 1、有关焊接的内容分布在ASME以下各卷中 第Ⅱ卷C篇焊接材料 第Ⅲ卷第一册NC、ND二、三级部件中的焊接材料 (NC2400),制造与安装(NC 4000),焊接评定(NC

4300) 指导焊缝的施焊、检验与返修(NC 4400和NC 4600),验收 (NC 5000),第Ⅸ焊接和钎接评定 2、常用的焊接方法
在ASME BPVC各卷中,常用的焊接方法主要有: SMAW 焊接电弧焊 GTAW 钨极隋性气体保护焊 GMAW 熔化极隋性气体保护焊 PAW 等离子弧焊 SAW 埋弧焊 ESW 电渣焊 FCAW 药芯焊丝弧焊 OFW 氧——燃气焊

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3、在ASME中主要涉及以下焊接问题
a.焊接材料 b.焊接接头的制作 c.预热与焊后热处理 d.焊缝的无损检测验收标准 e.焊接工艺评定 f.焊工技能评定

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二、焊接材料
1、焊接材料的通用要求 a. 符合ASME/AWS第II卷C篇焊接材料标准常用的有:
SFA5.1 SFA5.4 SFA5.5 SFA5.9 SFA5.11 SFA5.14 SFA5.18 SFA5.20 SFA5.23 碳钢药皮焊条 奥氏体——铁素体不锈钢药皮焊条 低合金钢药皮焊条 奥氏体——铁素体不锈钢光焊丝和填充丝 镍基合金药皮焊条 镍基合金气保焊丝 碳钢气保焊丝 碳钢药芯焊丝 低合金钢埋弧焊丝

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b.从焊接材料厂应索取下述资料
①焊接工艺参数 ②ASME/AWS标准 ③其他标准,如ISO、EN等标准 ④焊后(AW)状态或焊后热处理(PWHT)状态的力学性 能(抗拉强度、落锤试验、Cv试验) ⑤试件焊接时的预热温度和层间温度 ⑥PWHT的温度范围、保温时间和最大冷却速率 ⑦焊缝的化学元素分析 ⑧对不锈钢焊缝要求δ-铁素体含量

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2、焊接材料的验收要求
a.焊丝
碳钢、低合金钢和镍基合金焊丝:化学分析 奥氏体—铁素体不锈钢TIG焊丝:化学分析和δ-铁素体测定(316 钢不需测量)

b.无稀释熔敷金属
碳钢、低合金钢和镍基合金焊条:化学分析、常温和设计温度拉 伸。碳钢或低合金钢还要求0℃和/或-20℃ Cv。 奥氏体—铁素体不锈钢焊条:化学分析,δ-铁素体测定、晶间腐 蚀、常温拉伸、设计温度拉伸、(常温Cv)。 碳钢或低合金钢气保护实心焊丝*:化学分析、常温和设计温度拉 伸、0℃和/或-20℃ Cv。

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碳钢或低合金钢埋弧焊焊丝—焊剂组合:化学分析、常温拉伸、 0℃和/或-20℃ Cv。 碳钢或低合金钢药芯焊丝:化学分析、常温和设计温度拉伸、 0℃和/或-20℃ Cv。 奥氏体—铁素体不锈钢气保焊实心焊丝:化学分析、常温和设计 温度拉伸、δ-铁素体含量、晶间腐蚀**、(常温Cv) 奥氏体—铁素体不锈钢埋弧焊焊丝—焊剂组合:化学分析、常温 和设计温度拉伸、δ-铁素体含量、晶间腐蚀**、(常温Cv) 镍基合金气体保护焊实心焊丝(GTAW):化学分析、常温和设 计温度拉伸。

*用GTAW焊根部最多两层的焊接材料不需作拉伸和冲击试 验,此外,当母材不要求作冲击试验时,焊材也可免除。 **ASME一般不要作晶间腐蚀试验,如需要,由技术规格书规 定。

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3、焊接材料的试验要求
a. 应按SFA5.1或SFA5.5的要求对碳钢和低合金钢进行验收, 其他焊材按相应标准; b. 熔敷的焊缝金属应基本能消除母材的影响(ESW除外); c. 试件焊接应在产品焊接所采用的预热温度范围内进行; d. 试件应在焊后状态下(AW)试验,当产品焊缝要进行焊后 热处理(PWHT)时,试件就应在适用的PWHT状态下试 验,且保温时间应至少为生产中最长保温时间的80%; e. 当要求进行Cv冲击试验时,应按SFA5.1和SFA5.5的要求进 行; f. 应进行一个全焊缝金属的拉伸试验,并满足母材最低抗拉强 度的要求; g. 当产品焊缝的两种母材中任何一种要求进行冲击试验时,则 焊缝金属也应进行冲击试验。

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4、焊接材料的化学分析试验 a. 化学分析的取样要求按表NC-2432.1-1进行
焊接材料 GTAW/PAW 填充金属或 焊缝熔敷金属 GMAW 其他焊接工艺

A-N0.8 填充金属

焊缝熔敷金属

焊缝熔敷金属

其他各种填充金属

填充金属或 焊缝熔敷金属

填充金属 或焊缝熔 敷金属

焊缝熔敷金属

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b. 化学分析应遵照适用的SFA技术规格书规定的方法, 当取样方法未在SFA中规定时,试样可从焊接垫板、焊 缝坡口、或其他试验焊缝上切取。对CrNi不锈钢焊 材,应分析C、Cr、Mo、Ni、Mn、Si、和Nb等元素以 及焊接工艺规程中规定的其他元素。

5、δ铁素体含量的测定
a. 对A-No.8焊接材料的填充金属或焊缝金属应测定δ铁 素体含量。对于SFA-5.4中的16-8-2型焊缝金属,或用 于焊缝金属堆焊的A-No.8型焊缝金属,则不要求测量 其δ-铁素体含量。 b. δ铁素作含量可用磁性法测量,或用化学分析方法结 合图NC-2433.1-1即焊缝金属δ铁素体含量图来确定。 c. δ铁素体含量的验收标准为≥5FN。

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6、核设备常用焊接材料举例
a . 碳钢 药皮焊条:SFA5.1 具体牌号按技术规格书要求确定 埋弧焊丝:SFA5.17 E70EM-12K 气保焊丝:SFA5.18 E70S-1(TIG)、E70S-6 药芯焊丝:SFA5.20 E70T-1、E70T-2 b. 低合金钢 药皮焊条: SFA5.5 E7018-G、E8018-G(E9018-G) 埋弧焊焊丝:SFA5.23 EF2(熔敷金属化学成分为F2) c. 奥氏体—铁素体不锈钢 药皮焊条: SFA5.4 E308L、E309L、E316L 气保焊丝: SFA5.9 ER308L、ER316L 埋弧焊焊丝:SFA5.9 (ER)308L、(ER)309L、(ER)316L d. 镍基合金 气保焊丝:SFA5.14 ERNiCr 3 ERNiCr 7 药皮焊条:SFA5.11 ENiCrFe 3

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7、某低合金钢埋弧焊焊丝和焊剂的采购和验收规程
a . 范围 本规程适用于核工程压力容器用低合金钢埋弧焊焊丝和 焊剂的采购和验收 本规程规定了低合金钢焊丝和焊剂制造和验收的最低要 求。本规程中的焊丝和焊剂的制造、验收和试验应满 足ASME BPVC第II卷C篇和第III卷第I册NC分卷中二级 设备的要求 b . 类别 本规程中的焊丝和焊剂类别设计要求应为譬如:F8A4EF3(N)-F3(N),并应遵守第II卷C篇SFA 5.23的相应规 定。

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c. 制造
①批量要求 按SFA 5.01《填充金属采购导则》选用,一般推荐S3级,即焊丝 指的是从一个炉号在一个生产周期内所生产的一种规格的数量。 焊剂的批量一般可选用F2级,即在一个生产周期内用同一原材料 组合所生产的数量。 ②对焊丝的要求 化学成分 规格和公差,直径公差一般为±0.6mm 表面质量 卷绕要求 ③对焊剂的要求 焊剂类型,应为低氢型,碱度系数≥2 焊剂形状和颗粒度 焊剂工艺性 焊剂的含水量

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d. 试验项目 在焊态和热处理状态均需试验。包括射线检验、熔融金属 化学成分分析、力学性能试验、金相检验、焊剂含水量测 定、熔融金属扩散氢含量等。 e. 焊缝试件 确定焊接规范参数和焊后热处理制度等 f. 试验要求 按SFA规范和产品技术规格书要求确定 g. 质保书 供方应向采购方提供每批焊丝和焊剂的质保书和源地验证 的试验记录报告。质保书应符合ASME第II卷e篇SFA 5.01 《填充金属采购导则》的要求。

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三、焊接接头的制作(施焊) 1、焊前准备
a. 制造厂应对焊材的控制负责。焊条、焊剂和其他焊材应保持适当 的识别、储存和管理,应尽量减少焊条、焊剂、药芯焊丝的吸潮。 b. 焊接坡口应有适度光滑的表面,应无氧化皮、铁锈、油脂和其他 有害物质。焊接时应保护坡口不受污染和损伤。

2、焊接要求
a. 为使变形减到最小,可以进行有控制的锤击。除非焊缝进行焊后 热处理,否则对于焊缝金属第一层(根部)以及最后一层都不得 采用锤击。 b. 焊接全焊透双面焊接头,应采用风铲、打磨、热刨等方法加工焊 缝根部。当用其他焊接方法能获得全熔合和全焊透焊缝,而且焊 接工艺评定证明是良好时,则可不清理焊根。 c. 当采用单面焊接头时,应特别注意使被连接的两个部件对中,并 分开一定距离,使接管的底部在接头全长上完全焊透和熔合。

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3、对焊缝的要求
a. 完工焊缝应有良好的表面 状态,以便正确地分析焊 缝的射线照相或其他无损 检测结果。 b. 容器、泵、阀焊缝金属的 余高可与母材齐平或有均 匀凸起,但不超过下表规 定。 管道焊缝的余高不得超过下 列规定

名义厚度mm t≤25 t>25~50 t>50~75 t>75~100

最大余高mm 2.5 3 4 5.5

管道名义厚 度mm t≤3 t>3~5 t>5~13 t>13~25

最大余高mm 外表面 2.5 3.0 4.0 5.0 内表面 2.5 2.5 3.0 4.0

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c. 咬边不应超过0.8mm,并且不应侵入所要求的截面厚 度内。 d. 当焊缝的最终厚度满足设计要求时,单向焊对接环焊 缝在根部一侧的凹陷是允许的。但如果焊缝表面要求打 磨,则应注意焊缝厚度要满足设计要求。

4、结构附件的焊接
a. 结构附件应与相连表面的曲率基本一致,它们应采用 全焊透的连续焊缝或间断焊缝、连续或间断角焊缝,或 部分焊透连续或间断焊缝来连接(见NC4431附图)。 b. 带堆焊层部件的内部结构支承件,必须焊在母材上, 而不应焊在堆焊层上。

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5、焊缝金属缺陷的修补
a. 缺陷可以用机械方法或热刨方法去除。去除后应用MT或PT法检测。 b. 应进行补焊工艺评定和焊工资质评定。 c. 修补后的表面应与周围表面平滑过渡。 d. 修补焊缝应按原始焊缝的要求重新进行检测,但是当原来用PT或 MT检测,且检查出不可接受的缺陷显示,以及当补焊的凹坑尺寸 不超过下列尺寸时,则只需用PT或MT重新检测。 ①当t≤64mm时,补焊凹坑尺寸不超过6mm。 ②当t>64mm时,补焊凹坑尺寸取10mm或10%t中的较小值。 若超过上述尺寸,则要求采用射线照相(RT)检测,在一定情况 下可以用超声波检测(UT)代替,并按NC-5320或NC-5330验收 合格。 e. 修补区应进行PWHT。

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四、预热和焊后热处理
1、预热 预热温度取决于许多因素,如化学成分,材料厚度、被焊零 件的约束程度等。一般应按焊接工艺评定来确定最低预热温 度,如低合金钢的预热温度为100~150℃,铬钼钢为 150~200℃,锰钼镍钢为150~200℃。预热可采用任意方 法,但不应损害母材或任何已经焊好的焊缝金属,或不应把 对焊缝有害的物质带进焊接区域。 2、层间温度 对于已淬大和回火的材料,应考虑限制层间温度,以免对接 头的力学性能产生不利影响。 3、焊后热处理温度 除NC 4622.7另有规定外,所有焊缝都应进行焊后热处理。 焊缝焊后热处理的强制性要求(详见NC-4622.1)

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P值 保温温度范 (见Ⅸ卷 围 QW-420)

不同焊缝名义厚度t(mm)的最短保温时间 t≤13 t>13~50 2h,t>50mm时 每增加1mm, 加0.5min t>50~125 t>125 2h,t>50mm时, 每增加1mm, 加0.5min 5h,t>125mm时, 每增加1mm, 加0.5min 5h,t>125mm时, 每增加1mm, 加0.5min

1,3

595~675℃

30min

2min/mm

5

675~760℃

30min

2min/mm

2min/mm

9A Gr.1 9B Gr.1

595~675℃ 595~635℃

30min

2min/mm

2min/mm

注:名义厚度指焊缝厚度或连接的承压材料的较薄者,角焊缝的名义厚度指角焊 缝的高度,部分焊透焊缝的名义厚度指焊接坡口高度。

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4、焊后热处理方法
a. 炉内加热——一次加热 最佳方案 b. 炉内加热——多次加热 要控制炉内气氛,部件或工作加热部位的重叠长度至少为1.5m。 工件在炉外的部分应保温,以使不致引起有害的温度梯度。 c. 局部加热 可以沿部件或工作的整个圆周加热一个环形带。 焊缝每边的受控加热带的最小宽度应为焊缝厚度或50mm中的较 小者。并该方法亦可用于补焊后的焊后热处理。

5、焊后热处理温度的测量
温度应用热电偶来测量,热电偶应与被处理的部件相接触,或把 热电偶连接到与处理材料相接触的金属块上。

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6、另一种保温温度和保温时间
当不能按正常规定的温度范围进行PWHT时,某些材料可按下表进行 焊后热处理,即降低温度和延长焊后热处理时间。
材料的P-No值 1.3、9A Gr.1 9B Gr.1 1.3、9A Gr.1 9B Gr.1 另一种最低保温温度 565℃ 540℃ 另一种最短保温时间 4min/mm厚 8min/mm厚

注:上述温度和时间同样需通过焊接工艺评定。

7、焊接不同材料时的焊后热处理
当连接两种不同P值材料时,应对要求较高焊后热处理温度范围的材 料进行适当的焊后热处理。 非承压零件与承压零件相焊时,应采用承压材料的焊后热处理温度 范围。

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8、可免除强制性焊后热处理的情况 下列材料和焊缝不要求按上述规定进行焊后热处 理。
a. 非铁基金属材料 b. 下表中免作强制性焊后热处理的焊缝 c. 在NC-4622.7中规定的其他情况

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P值(QW420)

焊缝类型

名义厚度(mm) t≤32

化验最大含碳量(%) ≤0.30 ≤0.30 >0.30 >0.30 / ≤0.25

最低预热温度(℃) / 95 / 95 95

管道和管子同接管连接的对接环焊 缝和插套焊缝,连接处材料厚 ≤38mm 容器 填角焊缝 1 除修补焊缝和填角焊缝以外的所有 焊缝,但其焊接工艺评定采用与产 品相同厚度的材料

t>32~38 t≤19 t>19~38 t≤19

t≤16

95

t≤32 t>32~38 其他部件 接头厚度≤38mm的所有焊缝 t≤19 t>19~38 不要求焊后热处理的补焊(主要是回火层焊道的补 焊、最终热处理覆盖层的补焊和堆焊层焊道的补焊) 除容器修补焊缝以外的所有焊缝,其焊接工艺评定 采用与产品相同厚度的材料 3 非承压材料与承压材料焊接的附件焊缝 管道和管子的对接环焊缝 名义外径≤60mm的管道和管子的插套焊缝

≤0.30 ≤0.30 >0.30 >0.30

/ 95 / 95

1.3

175

t≤16 t≤13 t≤13 t≤13

≤0.25 ≤0.25 ≤0.25 ≤0.25

95 95 95 95

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五、焊缝无损检测验收标准
1、PT和MT 只记录主要尺寸大于1.5mm的显示。 出现下列显示为不合格:
a. 任何裂纹和线性显示; b. 尺寸大于5mm的圆形显示; c. 在一条直线上有4个或4个以上且边缘相距小于或等于1.5mm 的圆形显示。

2、RT 下列情况均为不合格:
a. 任何具有裂纹,未熔合或未焊透特性的显示; b. 厚度t小于或等于19mm的焊缝,显示长度大于6mm;厚度t大 于19mm,小于等于57mm的焊缝,显示长度大于t/3;厚度t大 于57mm的焊缝,显示大于19mm。 c. 在12t长度内,任一组链形显示其累计长度大于t。 d. 超过可接受范围规定的圆形显示。

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3、UT
对于反射波幅度大于基准波幅度20%的所有缺陷应扩 大探测范围,直至操作员能确定所有这些缺陷的形 状,性质和位置,并根据下列a和b给出的验收标准来 评定。 a. 显示波幅超过基准波,且长度超过下列规定的缺陷, 均为不可接受:
·厚度t小于或等于19mm的焊缝,显示长度为6mm; ·厚度t大于19mm至57mm的焊缝,显示长度为t/3; ·厚度t大于57mm的焊缝,显示长度为19mm。

b. 如果显示具有裂纹,未完全熔合或未焊透的特征,则 不论长度如何均为不可接受。

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六、焊接工艺评定
1、适用范围
ASME BPVC第Ⅸ卷“焊接和钎接评定”适用于碳钢、低合 金钢和高合金钢焊制压力容器的SMAW、SAW、GMAW、 GTAW、PAW和ESW等焊接方法的焊接工艺评定和焊工技 能评定。

2、焊接工艺评定(WPQ)
焊接工艺评定是在对焊接接头预先设置焊接工艺要求的基 础上,通过评定试验来验证焊接工艺的正确性。其目的是 为了确认所建造的压力容器等设备能具有预期的使用性能。 WPQ应由通过焊接技能评定的焊工或焊机操作工来完成。

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3、焊接工艺规程(WPS) 焊接工艺规程是为制造符合规范要求的产品而制订的 通过评定的焊接工艺文件。焊接工艺评定过程是根据产品 的设计要求和规范标准编制焊接工艺评定指导书,它相当 于初步设定的焊接工艺规程,按指导书的要求进行试件的 焊接、检验以及各项性能的测试,并编制出焊接工艺评定 报告(PQR),只有在合格的焊接工艺评定报告的基础 上,才能编制出产品的焊接工艺规程。 4、焊接工艺评定指导书的内容
a. 被焊母材的型号及规格、焊接材料、焊接方法、焊接规范变素、 预热温度、层间温度、焊后热处理规范等; b. 焊接程序; c. 评定的有效范围; d. 根据图纸和技术条件的要求,确定检验内容和要求; e. 试样取样图。

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5、焊接工艺评定报告(PQR)
工艺评定报告是试件焊接时所用焊接变素的纪录,对每一种 焊接方法,应记录用于焊接试验时的全部重要变素和附加重要变 素。同时也记有所有试样的试验结果,并给出评定结论。制造厂 应对评定纪录的真实性和评定的试验结果是否符合规范要求进行 确认。

6、焊接变素
WPS应包括或涉及所有的重要变素、附加重要变素和非重要 变素,重要变素是指影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能的焊接变 素,附加重要变素是指影响焊接接头冲击韧性的焊接变素;非重 要变素是指对力学性能无明显影响的焊接变素。

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7、焊接工艺评定报告内容
a. 评定试验的条件; b. 实施评定试验的母材和焊接材料的试验报告; c. 无损检验的内容和结果; d. 破坏性试验的内容和结果; e. 评定的有效范围。

8、焊接工艺评定的一般要求
a. 重要变素或附加重要变素的变更需重新评定,而非重要变素的变 更无需重评,但需修改WPS; b. PQR是不允许更改的,因PQR是特定焊接试验时的记录; c. 用于评定的母材和焊接材料必须按相应的技术要求验收合格; d. 评定试验应在质检部门的监督下进行; e. 应由合格的焊工操作。

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9、评定的基本内容
a. 焊接接头的形式; c. 母材与熔敷金属厚度; e. 焊接位置; g. 焊后热处理; i. 电参数; b. 母材; d. 焊接材料; f. 预热和层间温度; h. 气体; j. 返修与补焊。

10、焊接接头形式
焊接接头分为对接焊缝和角焊缝两大类。对接焊缝分为板材对 接缝和管材对接焊缝;角焊缝分为板材角焊缝和管与板角焊缝; 对接焊缝试件评定合格的焊接工艺也适用于角焊缝; 板材对接焊缝的评定结果可代替管材对接焊缝形式,反之亦可; 板材角焊缝评定合格的焊接工艺也适用于管板角焊缝,反之亦 可。

ASME规范中的焊接问题 11、母材
ASME按母材成分、焊接性能和力学性能等特性,把母材划分为P-No.号和 组号,组号与冲击韧性有关。 焊接工艺评定应采用与实际生产所用母材具有相同型号、等级或相同P-No. 和组号的母材。 对于未列入P-No.的母材,必须进行工艺评定。

12、母材与熔敷金属厚度
在对接焊的条件下,评定用试件的厚度与可代表工件厚度以及熔敷金属厚 度之间的关系见表
评定用试件厚度T, mm T>1.5~10 T>10~19 T>19~38 T≥38 可代表工件厚度范围mm 最小值 T 1.5 5 5 最大值 2T 2T 2T 200 可代熔敷金属厚度t,mm 最大值 2t 2t 2t 2t,当t≥19

注:在角焊缝的条件下,评定的试件厚度可代表所有厚度和所有直径母材上有角焊缝尺寸。

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13、焊接材料
工艺评定用的焊接材料按其ASME标准号和AWS类别号确定 F-No.,并按其焊缝金属的化学成分确定A-No.,譬如, F-No.4 SFA-5.1 EXX15 EXX-16 EXX18 F-No.6 SFA-5.4 EXXX(X)-15 EXXX(X)-16 SFA-5.9 ER XX SFA-5.18 ER XX5-X A-No.1 低碳钢 A-No.2 碳钼钢 A-No.3 铬钼钢 A-No.8 铬镍钢 由某一F-No.改变为另一F-No.,某一A-No.改为另一A-No.需重 新评定,符合同一技术标准的不同厂商的焊接材料,只要本身通过鉴 定或验收试验不必重新评定。

ASME规范中的焊接问题

14、焊接位置
通过某一位置的工艺评定,即可代表其他焊接位置的评定。当焊 接接头有冲击韧性要求时,对SMAW、GTAW、GMAW、PAW等 焊接方法,从其他位置改为立向上焊位置,需重新评定。

15、预热和层间温度
比原先最低预热温度低50℃以上的工艺必须重新评定。 当接头有冲击韧性要求时,若最高层间温度比原定温度高50℃以 上则需重新评定。

16、焊后热处理
改变焊后热处理类型,热处理温度下的累计时间少于产品所用时间 的80%,或当有冲击韧性要求时,改变PWHT温度和时间范围需 重新评定。 对于奥氏体不锈钢或奥氏体—铁素体不锈钢,增设或取消规定温度 的PWHT应重新评定。

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17、电参数
当焊接接头有冲击韧性要求时,改变电源种类、电源特性或增加热 输入量应重新评定。 在进行GMAW时,熔滴从粗滴过渡、喷射过渡改变为短路过渡, 或反之应重新评定。

18、返修焊和补焊
对接焊缝试件的评定结果,在评定厚度范围内,适用于返修焊和补 焊,包括对接焊缝和角焊缝。

19、各种焊接工艺方法的重要变素和附加重要变素
各种焊接方法的改变需重新评定 在ASME第Ⅸ卷中列出了对每一种焊接方法在焊接工艺评定时重要 变素和附加重要变素的汇总表。

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20、耐蚀堆焊工艺评定
以下各项的改变需重新评定 a. 母材P-No.的改变; b. 熔敷金属A-No.的改变; c. 堆焊方法的改变; d. 改变焊后热处理制度或热处理时间增加25%以上; e. 改多层堆焊为单层堆焊或反之; f. 改变电流种类或极性; g. 对SMAW,首层堆焊电流超过PQR的10%。 对试板厚度的要求: 当产品厚度<25mm时,应不大于产品厚度;当产品厚度≥25mm 时,应大于25mm。

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21、焊接工艺评定试件的检验项目
a. 工艺评定试件的检验项目包括外观检查、无损检测和力学性能 (拉伸试验、弯曲和冲击试验); b. 力学性能试验包括2个拉伸,2个面弯和2个背弯试验(试件厚度< 20mm)或4个侧弯试验(试件厚度≥20mm)以及3个焊缝和3个 热影响区冲击试验。

22、工艺评定试验的合格标准
a. 外观检查应符合标准规定的质量要求; b. 抗拉强度应不低于母材标准规定的最低值,亦不低于为焊缝金属 规定的最低抗拉强度; 如果试样断裂在母材上,而且抗拉强度低于母材最低值不超过5% 时,试样作为合格。 c. 弯曲试样弯到180°后,在受弯拉伸面上,沿任何方向焊缝和热影 响区都不得有大于3mm的开口缺陷,试样边角上的开裂,若不是 由于内部缺陷所引起的,可不予考虑。 d. 冲击试验,结果应满足产品焊接工艺规程规定的要求。

ASME规范中的焊接问题

23、核设备压力容器焊接工艺评定举例
a. 焊接工艺评定要求
(1)基本金属材料:A508 Gr.3 cl.1; (2)试板形状和尺寸:对接焊缝,试板尺寸100×150×1000mm两块 评定有效范围,T≥50~200mm; (3)焊接方法:窄间隙埋弧焊; (4)坡口形式:试板装配时,预留反变形量, 2° 由夹马板固定,两端焊上引入出弧板。

R11

10

ASME规范中的焊接问题

(5)焊接位置:平焊 (6)焊道类型:一层两道,多层窄间隙焊,焊丝不摆动; (7)焊接材料:焊丝Union S3NiMo1, 直径φ4mm 焊剂UV 420TTR (8)电源类型及焊接参数:直流反接(DCEP) I=500~550A, U=30~35V, V=400~450mm/min (9)预热和后热温度:预热150~200℃,后热300℃×2h (10)焊接和清根:正面焊接,焊后反面清根,MT检查合格后将焊根 焊妥。 (11)焊后热处理:PWHT温度595~620℃,保温24h, ≤300℃进 炉,升温速度≤50℃/h,炉冷至300℃出炉空冷,冷却速度 ≤50℃/h。

ASME规范中的焊接问题

b. 试验项目
①无损检验:MT、RT或UT合格; ②焊缝金属化学分析:(略) ③焊缝金属室温和350℃拉伸试验,要求达到
温度 室温 350℃ Rp.02(MPa) ≥400 ≥400 Rm(MPa) 550~700 ≥400 A(%) ≥20 ≥16 Z(%) ≥45 ≥40

④焊接接头全截面拉伸试验:两层取样,要求 Rm≥550~700MPa,Rp0.2≥400MPa。 ⑤焊接接头侧弯:D=4T,180°不裂 ⑥焊接接头硬度:焊缝及热影响区上层及下层HV10≤350

ASME规范中的焊接问题

⑦金相检验,放大200倍,观察无缺陷。 ⑧落锤试验,焊缝金属RTNDT≤-20℃ ⑨焊缝及热影响区冲击功
试验温度(℃) +20 +13 0 -20 A kv(J) ≥104 ≥104 ≥70 ≥50 LE(mm)

≥0.9

ASME规范中的焊接问题

24、热交换器管子——管板焊接工艺评定举例
a. 焊接工艺评定要求 ①基本金属材料:在低合金钢锻板上堆焊镍基Inconel 690焊材(带 极堆焊),试板和堆焊层应作与产品相同的热处理,并作PT和UT 检查。 管子:Inconel 690 ②试板形状和尺寸:试板厚100mm,其中镍基合金堆焊层厚6mm, 管板上钻有至少10个以上的孔,直径(d)比管径大0.2mm,间距 (w)应与实际管板上的孔距一致。
6 d

母材 镍基合金 堆焊层
w

试板形状图

ASME规范中的焊接问题

管子-管板坡口图

③坡口形状: 管子尺寸:φ19×1.0mm 管子与管板按实际生产情况微胀定位。 ④焊接位置:管子——管板处于横向固定位置焊接。 ⑤焊接方法:程序控制加填充丝脉冲GTAW,全位置焊一道。 ⑥焊接材料:焊丝Inconel 690, φ0.6mm ⑦保护气体:纯氩,99.99% ⑧焊接参数:脉冲频率2Hz,脉冲电流70A,基值电流30A,电弧电压: 9~12V,焊接速度:7cm/min,送丝速度40cm/min ⑨预热和焊后热处理:不要求。

ASME规范中的焊接问题

b. 工艺评定试验项目
①无损检验:目检焊缝外形平坦,无未熔合及气孔等缺陷。 焊缝余高未超标,渗透试验焊缝及热影响区应无缺陷显示。 ②金相检验:在试板的10只管子——管板接头上,在起弧和收弧的 搭接区,沿径向切片,在径向180°相对的两个截面上进行宏观 和微观金相检验。 宏观放大20倍检查不得有裂纹,焊缝金属、管子和堆焊层应显示 完好的熔合,并完全焊透。焊缝的最小泄漏通道应等于管壁厚度 或技术规格书规定的尺寸。 微观放大200倍检查应显示出完好的组织,无裂纹。

ASME规范中的焊接问题

七、焊工技能评定
1、总则 核承压设备的焊工技能评定主要有美国ASME规范,法国RCC-M 规范和中国HAF603焊工及焊接操作工培训、考试和取证管理办法。 HAF603是必须遵守的,世界上比较普遍采用的是ASME规范。 2、一般要求
a. 核设备制造厂应负责执行对焊工和焊机操作工的焊接技能评定,焊工 技能评定应在制造厂的全面监督和管理之下进行。 b. 核设备制造厂应按产品焊接中采用的每一种焊接方法对焊工进行评定。 技能评定的试件焊接应按经评定的WPS进行。 c. 焊工技能评定是对规定焊接方法重要变素的评定,当这些变素变化时 应重新评定。 d. 焊工及焊机操作工的技能评定报告形式是ASME第Ⅸ卷。 e. 焊工技能评定应通过规定的力学性能试验和外观检验,或通过RT检 验。 f. 当焊工调离制造厂时,新厂应核实该焊工在原制造厂“焊工资格项目” 的有效性。

ASME规范中的焊接问题

3、评定试件
a. 评定试件可以是板、管或其他形状的制品。通常,评定试件可分 为对接焊缝试件和角焊试件两大类。对接焊缝坡口应与制造厂的 焊接工艺规程相同或采用ASME推荐的试件接头形式。 b. 凡通过对接焊缝所需试验的焊工也取得对所有厚度和各种尺寸管 径角焊缝焊接的资格。

4、焊接技能评定的重要变素
以下列举几个对技能评定有较大影响的重要变素 a. 试件规格的适用范围 ①板材 厚度<20mm,适用范围≤2T mm 厚度≥20mm,可适用实际最大厚度 ②管板 外径<25mm,可适用最小外径>试件外径 外径≥25~73mm可适用最小外径≥25mm 外径≥73mm可适用最小外径≥73mm

ASME规范中的焊接问题

b. 焊接位置 ①板材对接焊缝试验位置分平焊1G,横焊2G,立焊3G,仰焊4G; 管子对接焊缝试验位置分平焊1G(转动),横焊2G,多位置 5G(管子轴线水平放置,管子不转动),多位置6G(管子轴线与水平 成45°倾斜角,管子不转动)。 ②板材角焊缝试验位置分平焊1F,横焊2F,立焊3F,仰焊4F。 管子角焊缝试验位置分平焊1F(管子轴线与水平面成45°倾斜 角;管子转动),横焊2F(管子轴线水平,管子转动);仰焊4F (管子轴线垂直,管子不转动),多位置5F(管子轴线水平,管 子不转动)。不同的焊缝形式和焊接位置可代表的焊接位置和焊 缝形式见ASME第Ⅸ卷有关表的规定。 ③电特性 对GTAW,由交流改为直流或反之,以及直流极性改变或反之,需 重新评定。 对GMAW,从熔滴、射流过渡改成短路过渡或反之,应重新评定。

ASME规范中的焊接问题

5、技能评定试件的检验项目
a. 对接焊缝技能评定试件的检验项目包括外观检查,弯 曲试验和无损检验(射线检验)。弯曲试验一般取面 弯1个,背弯1个,当试板厚度≥20mm时,可取侧弯试 样2个。 b. 角焊缝技能评定试件的试验项目包括外观检查、折断 试验和金相宏观试验。

6、技能评定的合格标准
a. 对接焊缝试件
①外观检查应显示焊缝金属与母材全焊透和全熔合。 ②试件射线检验的合格标准。

ASME规范中的焊接问题 下列缺陷应判废: ·裂纹、未熔合、未焊透; ·任何夹渣长度,当 t≤9.5mm时,>3.2mm; t>9.5mm~57mm, >1/3t t>57mm时, >19mm ·任一直线的一组夹渣,在12t焊缝长度内,累积长度大于t; ·圆形缺陷应按图形显示图标准验收(见ASME第Ⅸ卷)。 ③弯曲试验合格标准与工艺评定弯曲试验合格标准同。 b. 角焊缝试件 ①折断试样断裂面应无裂纹和根部未焊透,同时对夹渣和气孔也有 一定限制。 ②宏观试样焊缝金属和热影响区的横截面应完全熔合,无裂纹。根 部线性缺陷应不超过0.8mm,焊缝的凹陷和凸起不大于1.6mm, 焊脚长度差不大于3.2mm。

ASME规范中的焊接问题 7、ASME BPVC第Ⅸ篇与HAF603的差异
a. HAF603焊工培训考试包括基本理论和操作技能两部分,而ASME无明确 要求。 b. 按HAF603,焊工基本知识考试合格,而且技能考试至少有一个项目合 格,才算合格。不合格者允许在1个月内补考一次,补考不合格者,经一 段时间培训后,可重新申请考试,但间隔应不少于3个月。 合格焊工的期限,HAF603规定为24个月,而ASME则要求中止不大于6个 月,则始终有效。 c. 在母材分类中,HAF将母材分为九类,包括一些在核设备中常用的材料, 比较粗,而ASMEⅨ中,将母材分为P-No.并在P-No.中再分成组号,比较 具体和细微。 d. HAF603只将焊条分为酸性、碱性等4类,而ASME将焊条和焊丝以F-No. 分组,主要依据焊材的使用特性考核焊工能否焊出满意焊缝的能力。 e. 在技能评定的焊接变素中,HAF603是按合格的WPS指导焊工进行评定, 而ASMEⅨ则对各种焊接方法提出影响焊缝质量的重要变素,凡重要变素 变更时需重新评定。 f. 在试件检验项目中,HAF603与ASME基本上是一致的,但ASMEⅨ规定可 以用射线检验来代替弯曲试验。 g. HAF603与ASME各自成体系,很难判别哪一个标准严与松,肯定 HAF603会愈来愈完善和改进。

ASME规范中的焊接问题

? 思考题
? 1、焊接材料 ? ① 对核设备用焊接材料有哪些要求? ? ② 焊接材料的采购和验收技术条件应包括 哪些内容? ? ③ 核设备常用的焊接材料有哪些?

ASME规范中的焊接问题

? ? ? ? ? ? ?

2、焊接制作和焊后热处理 ① 对焊接坡口和焊缝的外观要求 ② 焊缝金属缺陷的修补应注意哪些问题? ③ 一般焊接预热温度和层间温度应如何确定? ④ 焊后热处理温度应如何确定,它与哪些因素 有关? ⑤ 在什么情况下可免除PWHT? ⑥ 焊缝无损检测(包括MT、PT、UT和RT)的 验收标准

ASME规范中的焊接问题

? ? ? ? ? ?

3、焊接工艺评定 ① 什么叫焊接工艺评定,焊接工艺规程和 工艺评定报告,它们之间的关系是什么? ② 如何编写焊接工艺评定方案? ③ 如何编写焊接工艺评定报告,它应包括 哪些内容? ④ 什么是重要变数、附加重要变数和非重 要变数?哪些变数的变化需重新评定? ⑤ 焊接工艺评定的检验项目和合格标准

ASME规范中的焊接问题

? ? ? ? ?

4、焊工技能评定 ① 焊工技能评定的一般要求 ② 技能评定的试件和重要变数 ③ 焊工技能评定的检验项目和合格标准 ④ ASME标准与HAF603标准有哪些差异 ?

附表

ASME 规范中的焊接问题——附表 1 非强制性附录 B
QW-482 焊接工艺规程(WPS)推荐格式 (参见 ASME 压力容器规范第 IX 卷,QW-200.1) 公司名称 焊接工艺规程编号 修改号 焊接方法 签字人 日期 日期 自动化等级 所依据的工艺评定记录编号

QW-482

(自动、手工、机动或半自动) 接头(QS-402) 接头型式 衬 垫(有) (无) 衬垫材料(型式) □金属 □不熔金属 □非金属 □其它材料 应当用简图、施工图、焊接代号或文字说明来说明被焊零件布置,需要时,可给出根部间隙和坡口 详图(根据制造者的选择,可附后简图说明接头型式、焊层数和焊道的顺序。例如,对于有缺口韧性要 求的焊接工艺、对于多道焊工艺等需要简图) 母材(QW-403) P-No. 组号 钢号和等级为 化学成分和力学性能为 厚度范围:母材:坡口焊 管子直径范围:坡口焊 其它

与 P-No. 组号 与钢号和等级为 与化学成分和力学性能为 角焊 角焊

相焊 相焊 相焊

或 或

填充金属(QW-404) SFA No. AWS No. (分类号) F - No. A - No. 填充金属尺寸 熔敷焊缝金属厚度范围 坡口焊缝 角焊缝 焊丝—焊剂(分类号) 焊剂商标名称 可熔化嵌条 其它 * 对于每一母材—填充金属的组合均需分别填表

ASME 规范中的焊接问题——附表 2

2004 版 第 IX 卷
QW-482(续) 焊接工艺规程(WPS)推荐格式 WPS No. 焊接位置(QW-405) 坡口的位置 焊接方向:向上 角焊缝位置 修改号:

向下

焊后热处理(QW-407) 温度范围 时间范围 气体(QW-408)

预热(QW-406) 最小预热温度 最大层间温度 预热的保持方式 (应记载采用连续加热或特殊加热法)

(百分比组成) 气体 混合比 流量 保护气 尾部保护气 背面保护气

电特性(QW-409) 电流 AC 或 DC 极性 安培(范围) 伏特 (安培和伏特范围应按每种焊丝焊条尺寸、位置和厚度等分别记录,可按以下列表的方式记录) 钨极尺寸和类型 (纯钨级或 2%钍钨极等) 金属过渡方式(GMAW) (射流或短路等) 送丝速度范围

焊接技术(QW-409) 直进焊或横摆焊 嘴孔或喷嘴尺寸 打底焊道和中间焊道的清理方法(刷理或打磨等) 背面清根方法 横摆方法 导电嘴至工作距离 多道焊或单丝焊 焊接速度(范围) 锤击有无 其它

焊层

焊接 方法

填充金属 种类 直径 极性

电流 安培

电压 范围

焊接速度 范围

其它(例如备注、说明、加热丝、 焊接技巧、焊矩角度等等)

此表可向 ASME 订购部购买,地址:22 Law Drive, Box 2300, Fairfield, NJ 07007 - 2300

ASME 规范中的焊接问题——附表 3 非强制性附录 B
QW-483 工艺评定记录(PQR)推荐格式 (参见 ASME 压力容器规范第 IX 卷,QW-200.2) 记录焊接试件的真实条件 公司名称 工艺评定记录编号 焊接工艺规程编号 接头(QW-402) 试件坡口设计 (如果所用的焊接方法或焊接工艺多于一种,则评定时应按每种填充金属或焊接方法分别记录其厚度) 母材(QW-403) 材料标准号 型号和等级 P-No. 厚度 直径 其它 温度 时间 其它 焊后热处理(QW-407) 焊接方法 日期 自动化等级(手工、自动、半自动)

与 P-No.

相焊接

气体(QW-408) 气体 混合比 流量 填充金属(QW-404) SFA No. AWS No. F - No. A - No. 焊条(丝)直径 其它 熔敷焊缝金属厚度 位置(QW-405) 坡口位置 焊接方向(向上、向下) 其它 预热(QW-406) 预热温度 层间温度 其它 焊接技巧(QW-410) 焊接速度 直进焊或横摆焊 横摆参数 多道焊或单道焊(每侧) 多丝焊或单丝焊 其它 保护气 尾部保护气 背面保护气 (表明含量百分) 电特性(QW-409) 电流 极性 安培 钨极尺寸 其它

伏特

此表可向 ASME 订购部购买,地址:22 Law Drive, Box 2300, Fairfield, NJ 07007 - 2300

ASME 规范中的焊接问题——附表 4 2004 版
QW-483(续)

第 IX 卷
POR No.

工艺评定记录(PQR)推荐格式

拉伸试验(QW-150) 试样 No. 宽 厚 面积 极限总载荷,lb 极限单位应力,psi 破坏性质和位置

导向弯曲试验(QW-160) 类型和图号 结论

韧性试验(QW-170) 试样 No. 缺口位置 试样尺寸 试验温度 冲击吸收功 Lbf·ft 剪切面,%* 10 in.*
-3

落锤试验 (Y/N)

说明: 结果是否满意:是 宏观检测结果 试验类型 熔敷金属成分 其它 焊工姓名 试验执行人 上班考勤卡编号 实验室试验编号 钢印号 角焊缝试验(QW-180) 否 熔透母材:是 其它试验 否

兹证明本报告所述均属正确,并且试验是根据 ASME 规范第 IX 卷的要求进行试件的准备、焊接和试验的。

制造厂 日期 签字人

(此表仅作示范,表内细节可根据规范对试验的类型和数量要求而作某些修改)

*此二项是指高强度钢以侧向膨胀量代替冲击吸收功时的测量值。——译注。

ASME 规范中的焊接问题——附表 5 非强制性附录 B QW-484A 焊工技能评定的推荐格式 A(WPQ)
(参见 ASME 锅炉及压力容器规范第 IX 卷,QW-301) 焊工姓名: 识别号码: 试 验 说 明 遵照的 WPS No: 母材标准号: 焊接变素(QW-350) 焊接方法 自动化程度(即:手工、半自动) 衬垫(金属、焊缝金属、双面焊等) □ 板 □管(如为管子,记入直径) 母材 P-No. 或 S-No. 与 P-No. 或 S-No. 填充金属或焊条标准(SFA)(仅用作资料) 填充金属或焊条型号(仅用作资料) 填充金属的 F-No 可熔化嵌条(GTAW 或 PAW) 填充金属类型(实芯/金属或焊剂芯/粉末) (GTAW 或 PAW) 每个焊接方法的熔敷厚度 方法 1: 方法 2: 至少 3 层,□是 □否 至少 3 层,□是 □否 厚度: 试验条件和评定范围 实际值 评定范围 □试件 □产品焊缝

评定的位置(2G、6G、3F 等) 立焊前进方向(上坡或下坡) 燃料气体的类型(OFW) 惰性气体背面保护(GTAW、PAW、GMAW) 过渡模式(喷射/球状或脉冲到短路-GMAW) GTAW 电流类型/极性(AC,DCEP,DCEN) 结 完成焊缝的外观检测(QW-302.4) □弯曲试验:□横向背弯和面弯[QW-462.3(a)] ;□纵向背弯和面弯[QW-462.3(b)] ;□侧弯[QW-462.2] ; □管子弯曲试样,耐蚀金属堆焊[QW-462.5(c)] ;□板材弯曲试样,耐蚀金属堆焊[QW-462.5(d)] ; □用于熔合的宏观试验*[QW-462.5(b)] ;□用于熔合的宏观试验*[QW-462.5(e)] 类型 结果 类型 结果 类型 结果 果

改为射线透照检测的结果(QW-191) 角焊缝-断裂试验(QW-180) 宏观检测(QW-184) 其它试验 底片或试样评定者 力学性能试验者 焊接监督者 兹证明本报告所述均属正确,并且试验是根据 ASME 规范第 IX 卷的要求进行试件的准备、焊接和试验的。 组 日期 织 签字人 公司名称 实验室试验编号 角焊缝尺寸(in.) 缺陷的长度和百分比 凹/凸(in.)

此表(E0008A)可向 ASME 订购部购买,地址:22 Law Drive, Box 2300, Fairfield, NJ 07007 - 2300 *按条款号看,应属表面加硬层堆焊技能评定的宏观检测,参见 QW-453,而非“熔合” ,但原文如此。—译注。


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