焊接检验工艺学-WIT-Module 05 - 图文

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第五单元

焊接检验及评定

介绍 图纸 规范 标准 技术要求 材料控制 合金钢的识别

焊接工艺评定及焊工评定总结

关键术语及定义

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Module 5

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第五单元 焊接检验及评定

介绍

焊接检验工作要求检验员了解信息或者通过各种途径获取各种信息。尽管不同行业的焊接检验工作可能在许多方面都是相似的，但是每项工作都有自己独特的要求。“所有的焊缝都必须是完好无缺”这句简单的文字不能够足以评判焊缝的质量。检验员还经常评估除了焊接质量以外的其他方面的制造。不同的材料用在不同焊接结构上会影响整体的质量。如果没有设计人员或焊接工程师提供的有关焊缝质量的信息，焊接检验员就不能准确评判焊接产品。另外，焊接检验员还必须知道何时以及怎样来评判焊接质量。

为了满足这些要求，必须提供给设计人员、焊接工程师及焊接检验师许多文件资料以说明何物、何时、何地以及如何检验。这些资料也包括验收准则。这些验收准则根据应用以不同的形式存在。焊接检验师使用的文件中可能包括图纸、规范、标准及技术要求。合同文件或采购单可能反映工作中将使用以上哪些文件。如果不止一项技术要求或规范被指定使用，则必须联合使用这些规范和技术要求。技术要求可能对规范或标准有所增补或修改。

焊接检验师如果有机会在工作开始前去了解所有的相关文件是必要的。这些焊前准备工作给即将进行的检验工作提供了重要信息。通过这些文件，焊接检验师可以得到一些信息，其中包括以下几个方面：

· 部件尺寸及几何形状 · 使用的母材及填充金属 · 停止点要求 · 加工细节 · 工艺 · 无损检验规程 · 检验范围 · 接收/拒收准则 · 人员评定要求 · 工艺评定及焊工评定 · 材料控制要求

图纸

图纸，即用图的形式详细地描述产品的部件及结构。焊接检验师必须审核图纸尺寸、公差、标注、焊缝、焊接细则以及相关文件。从中知晓部件尺寸及形状。图纸能够帮助检验师理解构件的装配。另外，图纸还能有助于确定产品制造中的问题。

蓝图尺寸有两个基本功能： · 提供部件制造所需的尺寸 · 辨别每个构件上各零件的安装位置

尺寸以不同的方式在图纸上标注。不同方式的选用根据每个物体的形状和尺寸而定。方位的指定则使用一根引出线和一根箭头。尺寸本身的位置根据可用空间的大小。在工作中，你会经常遇到英寸和英寸的小数表示。世界已发展成一个各个国家的商品和服务的大市场。因此要求检验师使用公制尺

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寸。

目前，许多公司国际商务交流中在图纸上使用两种尺寸体系。这样制造的部件不仅可以使用U.S.单位

体系（常规），而且可以使用SI单位体系（国际单位体系）。使用两种单位时，优先使用U.S.常规单位体系，然后在后面或下面并在括号里使用SI体系标注。：

1-1/2 in.(38.1mm) 或

1.50 in. (38.1mm)

有些公司还会在图纸的左上角放置一个图表表示SI相等数值。这样可以帮助工人开始“考虑公制”。

图纸上显示的另外一条重要信息就是公差。公差即部件设计尺寸变量允许的总范围。公差表示的三种方法如下：（见图5）

(1) 极限值之间的一个变量 (2) 设计尺寸后的公差

(3) 只标注一个值的时候，另一值假定为0

公差也适用于其他图形，如孔、槽、缺口表面及焊缝等的定位尺寸，一般说来公差的大小要切合实际，考虑其它因素以减少生产费用。公差可能是非常具体的并且已经给定了相应的值。公差标注也可能是一注解或包括在图纸标题中。除了特殊标注外， 图纸上的普通公差适用于所有尺寸。

焊缝尺寸检验时，公差给予焊接检验师一定的接收/拒收范围。

图纸注释提供一些说明及其它信息。这些注解不仅给图纸提供了一些补充说明，还给标题栏、材料清单提供补充信息（见图

5.2）。这些释注可以减少图纸面上的信息重复， 如需钻孔的尺寸、使用的紧固件、机加工的操作、检验要求等。当标注太多，如大型结构件及建筑图纸，这些注释要打印成单独的几页并包括在整套图纸或在合同文件中，这就是焊接检验师为什么要审核合同文件的原因之一（有时也指“技术文件包”）。

根据蓝图运用，注释可分类为通用的、局部的以及规程（技术条件），通用注释适用于整套图纸，一般位于标题栏的上方或左方。如果图纸区域的通用标注有特例，标注后面会注上“特殊注明除外”，这些特例用局部标注标于图纸上。

局部或特殊类型的注释只用于一定的图形或区域的尺寸标注，标注在附近位置，使用一箭头（光箭头和引出线）指向所注释的图形或区域。局部注释也可以注于图纸或材料清单上，在等边三角形里面注上注释号（一般看成一面“小旗”）。

作为局部注释的技术要求表示需要的材料、使用的焊接工艺、焊条的类型及尺寸。当一技术要求只针对单一图形，那么必须靠近图形。当技术要求是通用的并适用所有或几个不同图形时，那么技术要求要置于图纸规定的区域，并包括在技术规范或合同文件中。

术语“技术要求”常常置于资料包首页以阐明本图纸是一套特殊图纸，或者表示该工程的详细说明文件。但是对于材料，没必要使用技术要求明这一术语，但必须逐一列出有关明细项目，后文将会进一步阐述。

图纸或其他文件中的焊接细节包括位置、长度、焊缝尺寸、接头形式、材料清单、无损检验的技

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术要求以及特殊工艺要求。一些材料要求特殊的工艺，如：预热。任何焊接开始前，焊接检验师要能够认识到这一点。

有些文件规定制造过程中的“停止点”。制造过程中的“停止点”是特定的，预先安排的步骤，以进行阶段检验。焊接检验师必须进行检验或控制。只有在检验合格后，制造工作才能继续进行。焊接检验师可以选择安排一些停止点。这些停止点也可以在工作技术要求上标注。

加工细节必须在信息包中加以注明。梁的拱度、所用油漆对焊缝有无特殊要求。这些都是焊接检验师必须格外注意的，焊接检验师必须意识到这些细节。这样就可以进行监控及最终审核结果。焊接检验师必须要清楚地了解焊接工艺规程。如果焊接检验师了解使用的焊接工艺及材料，则可以对可能发生的问题以及防止这些问题的发生提出建议。

焊接前，检验员必须对焊接工艺进行审核，确保是否覆盖了材料、厚度和工艺。这些规程将指出焊接过程中必须控制的一些重要环节以便得到合格的焊缝。

另外一种加工细节包括在规程中说明成形焊缝的无损检验。无损检验技术要求必须附加一些信息，包括使用的方式、试验规程、位置、试验范围及适用的接收/拒收技术要求。

这些文件还要给焊接检验师提供目视检验的要求，并提供目视检验的范围。这些文件还规定了是连续检验还是抽样检验，另外还必须随附一些和质量要求有关的说明文件，包括详细的接收及拒收标准。

这些信息的最后一方面和进行工作人员的资质有关。对于从事焊接、目视检验及无损检验的人员有一些特殊的要求。焊接检验师进行必须积极地参与焊工资格审查及焊工资格评定试验。焊接检验师必须掌握资格审查及焊工资格评定测试的要求。有些合同规定了从事焊缝目视检验及无损检验人员的评定等级。此时，必须有资料来证实检验人员的评定等级。

以上可见，各种资料文件里面有各种信息。焊接检验师应及时得到这些信息以便进行有效的检验。有经验的焊接检验师可以识别哪些地方可能产生装配问题。若能及早地发现，可以避免一些潜在的问题。如果在制造过程中问题发现得早，就可避免很多潜在的问题。如果由有经验的检验师审核这些关键步骤，一些费用昂贵的错误可能可以避免。

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在这里我们仅限于讨论如何处理焊接质量文件中某些信息。我们将详细的阐述这些文件。 工作中，焊接检验员很可能要参考这些文件。审核三种基本文件（规范、标准和技术要求）。这并不是说明与焊接检验师有关的文件就此三种。每位检验师要负责审核和检验项目有关的所有文件。另外，必须熟悉本文描述的所有检验要求和检验方式。

回顾本教材的第一单元，焊接检验师必须拥有丰富的图纸、规范及标准知识。这并不是说焊接检验师必须记住这些图纸的内容。但是，检验师必须非常熟悉这些文件以及时安排适当的检验。所有文件必须可得，以便问题产生时查询使用。焊接检验师必须熟悉指定工作的有关文件。对其它文件基本了解也是非常有益的。这对解释某些情况非常有帮助。以上提到的标准、技术要求及规范可以解答不同行业的问题。下文将逐个讨论规范、标准及技术要求。以下许多组织是负责文件资料的编写及其版本的修改。包括但不仅限于以下组织。 ? 美国焊接协会（AWS）

? 美国机械工程师协会（ASME） ? 美国国家标准协会（ANSI） ? 美国石油协会（API） ? 美国船检局（ABS） ? 运输部（DOT）

? 军事部门（陆军、海军等） ? 其他政府机构

规范

首先讨论的是规范。可以定义为，“供国家、城市等参照的法规”。城市或州裁决建一建筑时，常常要符合“建筑规范”。因为规范具有法律地位，所以一般被视为是强制性的。因此，规范中“必须”、“要”这类词常常见到。每个规范都有其自身的条件和要求，通常还包括有关的评判方法。

焊接检验师经常根据规范进行检验。 AWS和ASME等组织将这些规范的有关领域加以发展。AWS已经出版了六个规范，每个规范涉及到焊接应用的不同行业：

? AWS 规范

? AWS D1.1 钢结构焊接规范—钢 ? AWS D1.2 钢结构焊接规范—铝 ? AWS D1.3 钢结构焊接规范—薄板 ? AWS D1.4 钢结构焊接规范—钢的加强 ? AWS D1.5 桥梁焊接规范 ? AWS D1.6 薄板焊接规范

因此，根据焊接型式的不同，在以上的规范中选择一个或多个作为焊缝的质量要求。

ASME也已经出版了一些压力管道及容器规范。其中两项，ASME B31.1，动力管道及B31.3，工艺管道，详细阐述了两种类型的压力管道的要求。当这两项规范前带上ANSI命名时，实际上它们已经被ASME完善。ASME同样也编写并完善了压力容器设计及制造的一系列规范。根据容器的不同运用，ASME包括一整套11个独立的卷。这11个部分为： ? ASME规范章节 ? 第一卷 动力锅炉 ? 第二卷 材料

? 第三卷 NCA—第一册和第二册 总要求

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? ? ? ? ? ? ? ?

第四卷 采暖锅炉 第五卷 无损检验

第六卷 采暖锅炉维护及运行推荐规范 第七卷 动力锅炉维护推荐规范

第八卷 压力容器，第一册、第二册和第三册 第九卷 焊接及钎焊评定

第十卷 玻璃纤维增强塑料压力容器 第十一卷 核动力厂检验规则

除了ASME规范第十一卷所列章节，许多卷还有分册。焊接检验师要参考ASME规范的分卷分册。例如：在碳钢的制造篇，压力容器需参照以下几卷：

? 第二卷 A篇—铁基材料技术条件 ? 第二卷 B篇—非铁基材料技术条件 ? 第二卷 C篇—焊条及填充金属技术条件 ? 第二卷 D篇—特性 ? 第五卷 无损检验

? 第八卷 压力容器建造规范，第 一册、第二册和第三册 ? 第九卷 焊接及钎焊评定

因为有如此多的章节可供查阅，焊接检验师要知道每条具体信息的出处。如：ASME第二卷，C篇等同于AWS填充金属技术条件。ASME几乎整体采用AWS技术条件。如果焊接检验师某一部分很精通，则只需查阅标题。

标准

本文涉及的下一种文件类型即标准。词典上如此描述“标准是一种准则或基准，用于测量比较或决定事物的容量、数量、内容、范围、价值、质量等”。一项标准被视为一套独立的资料。但是，标准一词也适用于许多形式的资料，包括：规范和技术要求。其它形式的资料也可认为是标准，如术语、各种图示符号、分类及一些条款的定义。

有些标准是强制性的。就是说这些资料是绝对要求遵循的。这类标准精准、清晰，象法律、法规一样。因此，焊接检验师必须根据标准的内容作出裁决。这类强制性标准中使用“必须”等词句，因为这类标准的要求是强制性的。所以规范也属于强制性标准的一种，因为规范是具有法律效应的。

许多提供重要信息的标准是非强制型的。术语就是非强制性标准的一例。推荐篇也属于非强制性标准。在文字上，非强制型标准使用“应当”代替“必须”。言下之意是对某些工作作指导说明。但这并不是说拒收就是因为不符合这项指导说明。

即使一项标准是非强制性的，它仍提供了许多焊接检验师不能忽视的信息。非强制性标准为强制性标准的完善提供了基础。如：ASNT推荐篇NO.SNT-TC-1A。ASNT编制这份文件是“无损探伤检验人员的评定及指南”（见图5.3）。

国家标准就是通过投票表决而产生的。国家标准由美国国家标准协会（ANSI）编制完善。标准由不同的技术组织编写如：AWS和美国机械工程师协会（ASME），并由ANSI审核完成。当适用时，它们可能会同时带有两个组织的标志。如：ANSI/ASME锅炉及压力容器规范，第九卷，和AWS D1.1, 钢结构焊接规范（见图5.4和5.5）。

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焊接检验师使用的其它常用标准有美国石油协会的API 1104，管道及相关设施的焊接标准。意如其名，此标准适用于全国石油运输及储存的所有管路及其它设施的焊接。此标准包含焊接工艺评定、焊工及焊接操作工技能评定，适用于原油、石油产品气体燃料中压缩机、泵、运输管路中对接接头焊及T型接头的气体保护焊和电弧焊。API1104 也包括焊缝目视检验和RT检验要求(见图5.6)。

ASTM协会还编写了许多有关材料和试验方式的技术要求。这些标准包括各种行业的金属和非金属产品。这些技术要求由买方和供货商而定。双方就材料和试验方式的要求达成共

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识。当使用某种材料进行某种试验时，这些现存的技术要求就非常方便双方的交流（见图5.7）。

技术要求

本文讨论的最后一类文件资料即技术要求。这类文件被描述为“产品部件的详细说明；对某一部件实际尺寸或要求尺寸、质量、性能、条款等的解释。”技术要求就是对某些条款或操作步骤的详细说明。技术要求中不仅列出要求，而且还列出了具体的测量方法。

技术要求根据不同的需要以不同的形式存在。许多公司常常编写一些内部技术要求，这些技术要求反映生产制造中的材料发放及工艺。这种技术要求可以在公司内部使用，也可以提供给供货商说明公司需要购买的产品的类型。当要求已经书面化，则更加可以确保所提供的产品或服务能满足客户的需求。工程部和采购部用技术要求来反映它们的要求。

除了公司内部技术要求，许多组织还颁布了其他技术要求或标准供工业界使用。表5.1列出了这些组织的详细资料。

这些组织有很多共同感兴趣的领域，如：焊接，所以他们已达成协议减少技术要求的重复。用于某些产品的技术要求由某一组织编写，此组织承担所有的责任。每个编写标准或技术要求的组织都由自愿者或任务小组组成并完成这项任务。这些组织的成员都是该领域的专家。他们初步编写技术要求或标准，然后由更大的组织进行审核。每个组织的主委会是由生产商、用户和政府部门的一些成员组成。

为了避免某一集团的控制或减少他们的影响，必须规定所有成员的比例。 联邦政府完善或采用技术要求和标准用于公众产品。技术要求或标准编写委员会常常有联合政府部门或机构的人员组成，这些机构对某些产品或服务负责。

其他为各自的行业编写技术要求的组织有API和AWS。API技术要求涉及石油工业中的材料和设备的要求。AWS编写了许多制造中焊接填充金属及焊接型式的要求。规范的A5.XX、AWS A5.1~AWSA5.33涉及不同类型的焊接材料要求。

例：A5.1关于手工电弧焊中有关碳钢药皮焊条的详细资料，包括焊材的类别号、熔敷金属的化学成分及机械性能、要求的试验、试验细节、尺寸要求及包装。AWS A5.01，填充金属采购指南则概括了填充金属的采购程序。

AWS编写的其它规程（技术条件）则反映了各种类型设备的不同制造要求。详见D14.1到D14.6。其中包括这些文件：

其中每个规程都和AWS D1.1的总要求有关。 ? D14.1 工业及工厂吊车的焊接规程 ? D14.2 金属切割机床刀具焊接规程 ? D14.3 推土机及施工设备的焊接规程 ? D14.4 机械设备焊接接头规程

? D14.5 印刷机及印刷设备的焊接规程 ? D14.6 旋转设备规程

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表5.1—标准编写机构

美国焊接协会（AWS）1 550 N.W. LeJeune Rd. Miamim FL 33126 Tel. (305) 443-9353 Fax (305) 443-7559

铝协会（AA）1

美国气体协会（AGA） 1515 Wilson Boulevard Arlington, VA 22209 Tel. (703) 841-8400 Fax (703) 841-8406

美国矿业、冶金及石油工程协会(AIME) 900 19th Street, N.W Suite 300 Washington, DC 20006 Tel. (202) 862-5100 Fax (202) 862-5164

美国石油协会（API） 1220 L Street, N.W. Washington, DC 20005-8029 Tel. (202) 682-8000 Fax (202) 682-8115 美国州立高速公路及运输协会（AASHTO）444N. Capital Street, N.W. Suite 249 Washington, DC 20001 Tel. (202) 624-5800 Fax (202) 624-5806 美国船检局（ABS） Two World Trade Center 106 th Floor New York, NY 10048 Tel.(212) 839-5000 研磨工程协会（AES） 108 Elliott Drive

Butler, PA 16001-1118 Tel. (412) 282-6210 Fax (412) 282-6210 美国国家标准协会（ANSI） 11west 42 nd Street 12th Floor New York, NY 10036-8002

345 East 47 th Street 14 th Floor

New York, NY 10017 Tel. (212) 705-7676 Fax (212) 371-9622 设备工程协会

8180 Corporate Park Drive Suite 305

Cincinnati, OH 45242 Tel. (513) 489-2473 Fax (513) 247-7422 美国钢结构协会（AISC） One E. Wacher Drive Suite 3100

Chicago, IL 60601-2001 Tel. (312) 670-2400 Fax (312) 670-5403 美国钢铁协会（AISI）1 1101 17 th Street, N.W.

Washington, DC 20036-4700 Tel. (202) 452-7100 Fax (202) 463-6573

美国核协会（ANS）

555 North Kensington Avenue La Grange Park, IL 60526 Tel. (708) 352-6611 Fax (708) 352-0499

美国铁路工程协会（AREA）

50 F Street, N. W. Suite 7702

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表5.1 (续)—标准编写机构 Tel. (212) 642-4900 Fax (202) 398-0023 美国土木工程协会（ASCE） 345 East 47 th Street

Washington, DC 20001-2183 Tel. (202) 639-2190 Fax (202) 639-2183

美国机械工程师协会（ASME） New York, NY 10017 Tel. (212) 705-7496 Fax (212) 355-0608 美国无损探伤协会（ASNT） 1711 Arlingate Lane P.O. Box 28518 Columbus, OH 43228-0518 Tel. (614) 274-6003 Fax (614) 274-6899 美国 安全工程协会（ASSE） 1800 East Oakton Des Plaines, IL 60018-2187 Tel. (847) 699-2929 Fax (847)296-3769 美国焊接协会（AWI） 10628 Dutchtown Road Knoxville, TN 37932 Tel. (423) 675-2150 Fax (423) 675-6081 ASM国际集团（ASM） 9539 Kimsmin Road Materials Park, OH 44073 Tel. (216) 338-5151 钢铁工程协会（AISE） Three Gateway Center Suite 1900 Pittsburgh, PA15222 Tel. (412) 281-6323 Fax (412) 281-4657

345 East 47 th Street

New York, NY 10017-2392 Tel. (212) 705-7722 Fax (212) 705-7674

美国质量控制协会（ASQC） P.O. Box 3005

611 East Wisconsin Avenue Milwaukee, WI 53201-3005 Tel. (800) 248-1946 Fax (414) 272-1734

美国材料与试验协会（ASTM）1916 Race Street

Philadelphia, PA 19103-1187 Tel. (610) 832-9500 Fax (610) 832-9555

美国水工厂联合会（AWWA） 6666W. Quincy Avenue Denver, CO 80235 Tel. (303) 794-7711 Fax (303) 795-1440 美国铁路协会（AAR） 50F Street, N.W.

Washington, DC 20001-1564 Tel. (202) 639-2100 Fax (202) 639-5546 加拿大标准协会（CSA） 178 Rexdale Boulevard Rexdale, Ontario M9W 1R3 Canada

Tel. (416) 744-4000

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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。

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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

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（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。

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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。

总结

文件资料只反映了检验工作的一个方面。当然，作为检验员，另一方面就是控制产品或部件的质量。习惯上，检验工作被看成生产后的活动。焊接检验工作的意义则不相同。焊接检验工作则在焊接前、焊接过程中、焊接以后都可以发生。因此，焊接检验不仅是预先的，而且是一种事后的检验。

质量的定义是“符合技术要求”。如上所述，技术要求实际指工程或合同的细则，包括： 图纸 规范 标准 技术要求

图纸标出了每个部件的尺寸和形状。规范、标准及技术要求注明了设计、材料、方法、质量要求的详细内容。方法包括焊接工艺及焊工技能。焊接检验师可能涉及到焊接工艺评定和焊工评定。

焊接检验工作以预防为主，并且最好覆盖所有可能发生的问题。因此，焊接检验及其相关资料中规定的要求有以下这些：

? 焊缝接头设计

? 材料、母材及填充金属 ? 焊接工艺及质量

? 焊前准备、接头型式及尺寸 ? 焊前、焊接中及焊后的生产

焊接检验师对应用文件的阅读、翻译及充分理解能力是成功进行焊接检验的基础。

关键术语及定义

字母数字码—将字母与数字简单组合，用以识别材料的类型、牌号等。 ANSI—美国国家标准协会 API—美国石油协会

ASME—美国机械工程师协会 ASNT—美国无损检测协会 ASTM—美国材料与试验协会 AWS—美国焊接协会

条形码—代表一条信息的一簇短线条 挠度—如梁、柱的直线方面的允许变量 规范—可以定义为，“供国家、城市等参照的法规”

图纸—用图详细标注部件，表示其几何图形、尺寸及公差 余料—焊接制造中，材料用去部分后的剩余部分

重要变量—变化超出一定的范围，需要准备新的焊接工艺评定的变量。 炉号—制造中每一炉钢材的编号

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停止点—在制造过程中预先设立的一个节点，要求制造停止以便进行中间检验。当符合检验要求时，制造才能继续进行。

内部技术要求—由公司编写主要用于内部制造的技术要求 ISO—国际标准化组织

材料清单—元件制造的材料清单，此清单指出母材和填充金属所需的合金类型、牌号、尺寸等 MTC—材料试验证书 MTR—材料试验报告

NACE—美国腐蚀研究工程师协会 PQR—焊接工艺评定报告

标准—作为规则或是一种基准，用来测量比较和判定事物的容量、数量、内容、范围、价值、质量等。 规程（技术条件）—产品部件的详细说明；对部件实际尺寸或要求尺寸、质量、性能、条款等的说明。 公差—部件设计尺寸允许的变化范围 UNS—统一数字体系。 WPS—焊接工艺规程

WPQ或WPQR—焊工或焊接操作工技能评定报告

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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

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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 所焊的试件厚度 T，in. 小于1/16 1/16?T?3/8 3/8

有关评定厚度范围的进一步限制，请见QW-403（.2，.3，.6，.9，.10）。对于允许的例外，请参阅QW-202（.2，.3，.4）。 仅对QW-403 .7的焊接工艺；其它的请选注1或2T，2t。

对于厚度T大于等于3/8时可用四次侧弯试验代替所需的面弯及背弯。 对于组合焊接工艺，请见QW-200.4。

试件厚度超过1英寸的多种试样，请见QW-151（.1，.2，.3）。 源自：ASME锅炉及压力容器，第九卷。

评定母材的厚度T范围，in. （注1） 最小 T 1/16 3/16 3/16 3/16 3/16 3/16 最大 2T 2T 2T 2T 2T 8 (2) 8 (2) 评定的熔敷焊接金属的厚度，in. (注1) 最大 2t 2t 25 当t<3/4时2T 当t?3/4时2T 当t<3/4时 2T 当t?3/4时8 (2) 所需的试验型式及次数 (拉伸及导向弯曲试验) （注4） 拉伸 QW-150 2 2 2 2（5） 2（5） 2（5） 2（5） 侧弯 QW-160 … Note (3) Note (3) 4 4 4 4 面弯QW-160 2 2 2 … … … … 背弯QW-160 2 2 2 … … … … 图5.17—ASME工艺评定中所需试样和厚度评定范围

某些条件可能要求进行附加的试验来评估焊缝的其它性能。这些试验为：冲击试验、硬度试验、化学试验及特殊的应用条件（例：抗腐蚀和抗磨损试验）。

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所适用的规范指定了适宜的试验验收准则。焊接检验师可能会涉及工艺评定及试验操作。也许焊接检验师在评定过程中进行的最重要的工作就是仔细地监控焊接以确保依照工艺进行焊接。如果评定过程中遇到一些由于工艺不佳引起的问题，那么这些就能在工艺评定中得以识别、纠正，而不是在产品焊接中纠正。

焊接工艺评定的最后一种方式就是使用试验模拟体。这种方法使用于复杂的焊缝结构。这种焊接型式操作时可能会影响整体形状及元件的使用情况。比如很高的拘束度，焊接处难以到达而引起一些焊接问题。这些情况下使用标准的评估试验非常困难。所以只能通过在模拟体上使用试验焊缝来回答这些问题。

这些模拟试验是单独的试验或与其它常用评定试验结合使用。这些试验对制造商很有益。制造商可以掌握这些特殊的焊缝能否进行焊接及焊接方式能否成功运用等情况。这些经验能够通过试验得到，而不是在生产中改正。

为了对上述焊接工艺评定作一小结，让我们以实际试验为例来看看工艺评定试验的总顺序： 焊接工艺评定程序 (1) 选择焊接变量。

(2) 核查适当的设备及材料。

(3) 对焊接接头的装配和焊接过程进行监控，记录所有重要的变量及观察结果。 (4) 选取、识别并移植试样。 (5) 试验并对试样进行评判。

(6) 根据适用的规范要求对试验结果进行审核。 (7) 发放经批准的工艺进行生产。 (8) 按照规范要求对焊工进行评定。

(9) 对生产中工艺的使用情况进行持续监控确保生产结果令人满意。

试样数目

管子外径 英寸 〈2-3/8 2-3/4 –4-1/2 >4 –1/2 – 12-3/4 >12-3/4 ≤4-1/2 >4 –1/2 – 12-3/4 >12-3/4 a: 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

≤114.3 >114.3 – 323.8 >323.8 <60.3 60.3 – 114.3 >114.3 – 323.8 >323.8 毫米

拉伸强度 0b 0b 2 4 0b 2 4

断口 2 2 2 4 2 2 4

背弯 2 2 2 4 2 2 4

面弯 侧弯 总数 0 0 2 2 0 0 0

0 0 0 0 2 2 8

4a 4 8 16 4a 4 16

壁厚≤1/2英寸（12.7毫米）

壁厚>1/2英寸（12.7毫米）

图5.18—API对接焊缝工艺评定试样类型及数量

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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。

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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。

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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

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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 焊缝型式 所焊的试板厚度(T) in. 目视检验 面 弯曲试验 * 背 1 -- -- -- 2 -- 侧 -- 2 2 -- -- -- 试样数 T型接头破坏 -- -- -- 1 -- -- 粗相浸蚀试验 -- -- -- 1 -- 2 评定的板厚，in. 3/8 1 坡口 要求 3/8

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。

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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45o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

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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* F4 EXX15，EXX16，EXX18，EXX15-X，EXX16-X，EXX18-X F3 EXX10，EXX11，EXX10-X，EXX11-X F2 EXX12，EXX13，EXX14，EXX13-X F1 EXX20，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5.29-SMAW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，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

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