WPS 焊接工藝評定 (淺析)

1、焊接工藝評定 淺析welding procedure specification 術語WPSWPS：welding procedure specification welding procedure specification 焊接工藝規(guī)范（焊接工藝評定指導書）焊接工藝規(guī)范（焊接工藝評定指導書）pWPS pWPS ：preliminary Welding Procedure Specification preliminary Welding Procedure Specification 預備焊接工藝指導書預備焊接工藝指導書AWS :AWS :美國焊接協(xié)會美國焊接協(xié)會API API ：amer

2、ican petroleam institute american petroleam institute 美國石油協(xié)會美國石油協(xié)會ASTM :american society of testing materials ASTM :american society of testing materials 美國材料試驗協(xié)會美國材料試驗協(xié)會PQR: PQR: 焊接工藝評定記錄（焊接工藝評定報告）焊接工藝評定記錄（焊接工藝評定報告）焊接工藝評定所謂所謂焊接工藝評定焊接工藝評定，是針對特定的鋼材、結構，選用的焊接材料、焊接工藝方，是針對特定的鋼材、結構，選用的焊接材料、焊接工藝方法、焊后熱處理等措施

3、；在法、焊后熱處理等措施；在與實際工程焊接施工一致的條件下與實際工程焊接施工一致的條件下，按照規(guī)定的步，按照規(guī)定的步驟，進行試驗性的焊接；驟，進行試驗性的焊接；焊接后按照規(guī)定的的程序，檢驗檢測手段進行檢測試驗驗證；根據規(guī)定的標準焊接后按照規(guī)定的的程序，檢驗檢測手段進行檢測試驗驗證；根據規(guī)定的標準進行評判；進行評判；試驗測試結束后，編制完整的焊接試驗報告，對整套焊接工藝方案作出最終的試驗測試結束后，編制完整的焊接試驗報告，對整套焊接工藝方案作出最終的評定、認可。評定、認可。進而，根據焊接工藝評定試驗的結果，進而，根據焊接工藝評定試驗的結果，編制焊接工藝規(guī)程編制焊接工藝規(guī)程，指導焊接生產。，指導焊

4、接生產。焊接工藝評定目的焊接工藝評定的主要目的在于評定及驗證針對焊接生產所需要的焊接工藝，最焊接工藝評定的主要目的在于評定及驗證針對焊接生產所需要的焊接工藝，最終歸納并確定為焊接工藝規(guī)程終歸納并確定為焊接工藝規(guī)程WPSWPS。對對施工單位施工單位采用的鋼材、焊接材料，選用的焊接方法、初步制定的焊接工藝、采用的鋼材、焊接材料，選用的焊接方法、初步制定的焊接工藝、焊后熱處理工藝等，進行驗證，進而確定所定方案的正確性；焊后熱處理工藝等，進行驗證，進而確定所定方案的正確性；特別對特別對首次應用首次應用的鋼材、焊接材料、焊接工藝的應用性進行考核、驗證；的鋼材、焊接材料、焊接工藝的應用性進行考核、驗證；在

5、焊接工藝評定試驗的基礎上，針對焊接工藝評定試驗所代表的所有規(guī)格、條在焊接工藝評定試驗的基礎上，針對焊接工藝評定試驗所代表的所有規(guī)格、條件，件，制定詳細的焊接工藝規(guī)程制定詳細的焊接工藝規(guī)程，指導實際生產。，指導實際生產。焊接工藝評定同時又是對焊接生產單位實際焊接生產能力、焊制焊接接頭的使焊接工藝評定同時又是對焊接生產單位實際焊接生產能力、焊制焊接接頭的使用性能符合設計要求的能力的評估。因此，焊接工藝評定試驗不允許襲用外單用性能符合設計要求的能力的評估。因此，焊接工藝評定試驗不允許襲用外單位試驗結果，一般由本單位，或在其他機構的指導下，獨立完成。位試驗結果，一般由本單位，或在其他機構的指導下，獨立

6、完成。此外，由于工程中的焊接接頭不可能現場實物取樣，進行破壞性檢驗，構件制此外，由于工程中的焊接接頭不可能現場實物取樣，進行破壞性檢驗，構件制作前進行的焊接工藝評定，也是對不需要制作焊接見證試板的接頭性能的旁證。作前進行的焊接工藝評定，也是對不需要制作焊接見證試板的接頭性能的旁證。所以，所以，焊接工藝評定，既是對企業(yè)焊接工藝，乃至焊接生產和管理體系的考核，焊接工藝評定，既是對企業(yè)焊接工藝，乃至焊接生產和管理體系的考核，又是焊接產品質量的保證又是焊接產品質量的保證。焊接工藝規(guī)程流程圖要求使用WPS?有可使用的WPS(PQR)?擬定pWPS評定pWPS形成PQR制定WPS生產實施：WPS反饋無下步

7、行動否是焊接評定試驗步驟ABCA A 要求使用WPS?WPS?根據業(yè)主的要求,和相關的規(guī)范標準B B 是否有可用的WPSWPS施工企業(yè)使用規(guī)范化的、預評定合格的焊接工藝，可以施工企業(yè)使用規(guī)范化的、預評定合格的焊接工藝，可以免除免除或不重新進行焊接或不重新進行焊接工藝評定。工藝評定。C C 焊接評定試驗焊接評定試驗步驟步驟焊接工藝評定方案焊接工藝試驗預定焊接工藝pWPS焊接試板施焊WPQT試板的目視、探傷檢驗NDT試板的力學性能測試DT編制工藝評定試驗報告WPQR 焊接工藝評定，以及隨后的焊工培訓和生產工藝實施步驟，主要有以下焊接工藝評定，以及隨后的焊工培訓和生產工藝實施步驟，主要有以下幾個主要

8、環(huán)節(jié)：幾個主要環(huán)節(jié)：1 1、制作企業(yè)根據所承擔產品結構的設計節(jié)點形式、鋼材類型、規(guī)格、制作企業(yè)根據所承擔產品結構的設計節(jié)點形式、鋼材類型、規(guī)格、采用的焊接方法、焊接位置等，制定焊接工藝評定方案。必要時進行焊采用的焊接方法、焊接位置等，制定焊接工藝評定方案。必要時進行焊接工藝性預試驗；擬定相應的預定焊接工藝，（接工藝性預試驗；擬定相應的預定焊接工藝，（pWPS)pWPS)；或者說是工藝；或者說是工藝評定試驗指導書（計劃）；評定試驗指導書（計劃）； 2 2、按規(guī)程標準的規(guī)定要求，工藝評定試驗指導書內容，在監(jiān)督人員監(jiān)、按規(guī)程標準的規(guī)定要求，工藝評定試驗指導書內容，在監(jiān)督人員監(jiān)督下，施焊試件，進行焊接

9、工藝評定試驗（督下，施焊試件，進行焊接工藝評定試驗（WPQTWPQT）；）；3 3、對試板焊接進行外觀檢驗、無損探傷；切取加工試樣，由監(jiān)督部門認證資質、對試板焊接進行外觀檢驗、無損探傷；切取加工試樣，由監(jiān)督部門認證資質的檢測單位，在監(jiān)督人員到場監(jiān)督下，進行檢測、試驗；將檢驗、檢測、試驗的檢測單位，在監(jiān)督人員到場監(jiān)督下，進行檢測、試驗；將檢驗、檢測、試驗結果匯總，編制報告；（結果匯總，編制報告；（WPQRWPQR）；）；根據焊接工藝評定試驗報告，編制焊接工藝規(guī)程；（根據焊接工藝評定試驗報告，編制焊接工藝規(guī)程；（WPSWPS）；并上報批準；）；并上報批準；按照批準確定的焊接工藝按照批準確定的焊接工

10、藝WPSWPS，進行焊工考試取證；，進行焊工考試取證； 按照批準確定的焊接工藝按照批準確定的焊接工藝WPSWPS，實施焊接生產，實施焊接生產 。焊接評定試驗焊接評定試驗 C.1C.1預定焊接工藝預定焊接工藝(pWPS (pWPS 焊接評定試驗指導書焊接評定試驗指導書焊接指導書內容l1 1 焊接方法焊接方法l應指明是使用手工焊、半自動焊或自動焊，或它們的任何組合方法。應指明是使用手工焊、半自動焊或自動焊，或它們的任何組合方法。l2 管子及管件材料l應指明工藝規(guī)程所適用的管子和管件材料范圍。應指明工藝規(guī)程所適用的管子和管件材料范圍。API Spec 5L標準，標準，及及ASTM標準中的管子和管件材

11、料可進行分組，見標準中的管子和管件材料可進行分組，見5.4.2.2。評定試驗應。評定試驗應選擇該組材料中規(guī)定最小屈服強度最高的材料進行。選擇該組材料中規(guī)定最小屈服強度最高的材料進行。l3 3直徑和壁厚直徑和壁厚l應確定焊接工藝規(guī)程適用的直徑和壁厚范圍，其分組見應確定焊接工藝規(guī)程適用的直徑和壁厚范圍，其分組見6.2.2中的中的d）和和e）。）。l4 4接頭設計接頭設計l應畫出接頭的簡圖。簡圖應指明坡口角度，鈍邊尺寸和根部間隙。填應畫出接頭的簡圖。簡圖應指明坡口角度，鈍邊尺寸和根部間隙。填角焊縫應指明形角焊縫應指明形l狀和尺寸。如使用背部墊板時，還須指明其形式。狀和尺寸。如使用背部墊板時，還須指明

12、其形式。l5 5填充金屬和焊道數填充金屬和焊道數l應指明填充金屬的種類和規(guī)格，焊縫最少層數及焊道順序。應指明填充金屬的種類和規(guī)格，焊縫最少層數及焊道順序。焊接指導書內容l6 電特性應指明電流種類和極性，規(guī)定使用焊條或焊絲的電弧電壓和焊接電流的范圍。l7火焰特性應指明使用的火焰類型(中性焰、碳化焰或氧化焰)。規(guī)定每種規(guī)格焊絲適用的焊矩噴嘴的尺寸。l8 焊接位置應指明是旋轉焊或是固定焊。l9 焊接方向應指明是上向焊或是下向焊。l10 焊道之間的時間間隔應規(guī)定完成根焊道之后至開始第二焊道之間的最長時間間隔，以及完成第二焊道之后與開始其他焊道之間的最長時間間隔。l11 對口器的類型和拆移應規(guī)定是否使用

13、對口器，使用內對口器或外對口器。如果使用對口器，在拆移對口器時應規(guī)定完成根焊道長度的最小百分數。焊接指導書內容l12 12 焊道的清理及打磨焊道的清理及打磨l應指明清理、打磨焊道時使用的工具（電動工具，手工工具，或應指明清理、打磨焊道時使用的工具（電動工具，手工工具，或二者組合）。二者組合）。l13 13 預熱和焊后熱處理預熱和焊后熱處理l應規(guī)定預熱和焊后熱處理的加熱方法，溫度，溫度控制方法，以應規(guī)定預熱和焊后熱處理的加熱方法，溫度，溫度控制方法，以及需預熱和焊后熱處理及需預熱和焊后熱處理l的環(huán)境溫度的范圍。的環(huán)境溫度的范圍。l14 14 保護氣體及流量保護氣體及流量l應規(guī)定保護氣體的成分及流

14、量范圍應規(guī)定保護氣體的成分及流量范圍l15 15 保護焊劑保護焊劑l應規(guī)定保護焊劑的類型。應規(guī)定保護焊劑的類型。l16 16 焊接速度焊接速度l應規(guī)定各焊道的焊接速度范圍（應規(guī)定各焊道的焊接速度范圍（m/min）C.1.1 C.1.1 焊接分類指明是使用手工焊、半自動焊或自動焊，或它們的任何組合方法 手工電弧焊（SMAW/111）； 無氣體保護藥芯焊（FCAW/114）； 有無氣體保護藥芯焊（GFCAW/136）； 熔化及氣體保護焊（GMAW/135）； 氣體保護鎢極焊（GTAW/141）； 埋弧焊（SAW/12）； 等離子電弧焊（PAW/15）。C.1.2C.1.2焊接接頭設計C.1.2C.

15、1.2焊接接頭設計1.焊接接頭形式分類選擇焊接接頭形式可以分為：對接接頭； 搭接接頭； T形接頭； 角接接頭。不同的接頭形式承載能力和應力分布情況不同。(1)對接接頭：兩焊件同在一個平面上焊接而成的接頭。特點：應力集中相對較小，能承受較大的靜載荷和較高的疲勞交變載荷。注意：板厚不同,應將厚板削薄后對接。L3 （2-1）L2121L/2C.1.2C.1.2焊接接頭設計(2)搭接接頭：兩焊件相互錯疊，在焊件端頭進行焊接的接頭。特點：應力分布不均勻，疲勞強度較低； 焊前準備和裝配工作比對接接頭簡單； 橫向收縮量比對接接頭小； 適用于被焊結構的狹小處以及密閉的焊接結構。C.1.2C.1.2焊接接頭設計

16、(3)T形接頭：兩焊件相互垂直，在交角處進行焊接的接頭。特點：應力分布不均勻，雖然承載能力低，但能承受各種方向的力和力 矩，是比較理想的焊接接頭形式。注意：T形接頭應避免采用單面角焊縫。C.1.2C.1.2焊接接頭設計(4)角接接頭：兩焊件邊緣相互垂直，在頂端邊緣上進行焊接的接頭。角接接頭常用于箱形結構，常用的角接頭如下圖：特點：承載能力低，但能承受各種方向的力和力矩。C.1.2C.1.2焊接接頭設計(1)坡口作用：主要是增大熔深，提高焊縫截面的有效厚度。2、坡口的設計以對接Y形坡口為例：l 坡口角度：3560，太大增加加工余量、焊接成本和變形；l 鈍邊高度p：需要熔透時一般為13mm；l 根

17、部間隙b：保證鈍邊熔透，一般24mm，過大容易形成虛焊；l 坡口深度H：根據需要的焊縫厚度來設定。C.1.2C.1.2焊接接頭設計(2)坡口形式：n 對接焊縫的焊接邊緣可分為卷邊、平對或加工成V形、X形、K形和U形等。a. 方形對接：無間隙適合于板厚小于3mm；有間隙或帶墊板的對接適合于厚小于16 mm。加工的經濟性最好。l 單面V型：適合于板厚在16mm左右；l 雙面V型：適合于板厚在在32mm以下；l 單面U型：加工難度增加，但比單V型坡口節(jié)省焊接材料；l 雙面U型：加工難度增加，但比雙V型坡口節(jié)省焊接材料；卷邊焊縫I形坡口C.1.2C.1.2焊接接頭設計C.1.2C.1.2焊接接頭設計3

18、.焊道層數設計在焊接厚度較大時，往往要多層焊接。多層焊接時，若每層的厚度過大時，對焊縫金屬的塑性（主要表現在冷彎角上）將有不利的影響。所以對質量要求較高的焊縫，每層厚度最好不大于4MM。 根據實際情況與實際經驗，每層厚度約等于焊條（焊芯直經的0.81.2倍，氣體保護焊時為焊絲直經的1.62倍。開坡口的對接焊縫內第一層焊縫特別重要，為保證焊后結構件形成一定的剛性，在保證焊透的情況下，應盡量焊厚一點（如采用3.2焊條時，焊縫層厚應控制在3.54MM）C.1.3 C.1.3 焊接位置C.2 C.2 焊接試件將兩個管段按照焊接工藝指導書規(guī)定的要求組對和焊接(DNV2000)DNV規(guī)定管線外徑300mm

19、，抗拉性能試驗應沿管軸的橫向和縱向進行。對于標準材料縱向的屈強比應不超過橫向最大指定值0.020，對酸性條件下的材料不超過0.030。縱向的SMTS值可以比橫向要求的SMTS值小5。302 ISO標準要求橫向張拉試件外徑210mm。然而對于用于深水的鋪管可以指定附加的縱向測試。應滿足協(xié)議要求。1 1、外管檢查 外觀檢驗主要包括焊縫的平直度偏差、厚度及余高的檢查；表面裂紋檢查；咬邊、焊肉不足檢查；焊接件或產品的幾何尺寸檢查，包括形狀及變形量是否超過技術規(guī)程的規(guī)定等。過程以目視檢查實現.目視檢查用于檢查焊縫外觀和尺寸，該如用低倍放大鏡，尺寸計量工具等。通常要檢查的是焊后的焊縫表面質量（熔渣清理，飛

20、濺清理），表面成型質量（表面尺寸，凸凹，余高，焊縫寬度，焊角尺寸，焊透程度等），表面有無各 類焊接缺陷。其最基本的焊縫外形尺寸要均勻，焊道與焊道，焊道與基體金屬之間應平滑過渡。屬于初步檢查。C.3 C.3 焊接工藝評定試驗（API1104 99版規(guī)定）考試焊口的焊縫應進行外觀檢查。焊縫外觀應整齊、均勻，無裂紋、未焊透和燒穿。蓋面焊道的外咬邊深度應不大于管壁厚的12.5%，且不超過0.8mm。在焊縫任何300mm的連續(xù)長度中，累計咬邊長度應不大于50mm。2 2、無損檢測 無損檢測包括射線探傷或業(yè)主規(guī)定的其他檢測方法。使用的檢測方法應能查出焊縫缺陷，并便于對缺陷進行準確定性和定量C.3 C.3

21、焊接工藝評定試驗3 3、破壞性試驗 破壞性試驗包括：拉伸、彎曲、沖擊試驗 C.3 C.3 焊接工藝評定試驗API1104 99 3.1 試樣類型及數量 3.2 試樣位置 3.2 試樣位置(DNV2000)(DNV2000)焊接程序評定試驗焊接程序評定試驗管子或管子部件制品試驗試管子或管子部件制品試驗試件的選取件的選取 3.3 拉伸試驗1 ） 準備拉伸試樣（如圖4所示）約230mm長，25mm寬，制樣可通過機械切割或氧氣切割的方法進行。除有缺口或不平行外，試樣不要求進行其他加工。如有需要，應進行機加工處理使試樣邊緣光滑和平行。2 ） 方法拉伸試樣應在拉伸載荷下拉斷。使用的拉伸機應能測量出拉伸試驗

22、時的最大載荷。以拉伸試驗時的最大載荷除以試樣在拉伸前測定的最小截面積，就可計算出抗拉強度。3） 要求每個試樣的抗拉強度應大于或等于管材的規(guī)定最小抗拉強度，但不需要大于或等于管材的實際抗拉強度。如果試樣斷在母材上，且抗拉強度大于或等于管材規(guī)定的最小抗拉強度時，則該試樣合格。如果試樣斷在焊縫或熔合區(qū)，其抗拉強度大于或等于管材規(guī)定的最小抗拉強度時，且斷面缺陷符合5.6.3.3的要求，則該試樣合格。如果試驗是在低于管材規(guī)定的最小抗拉強度下斷裂，則該焊口不合格，應重新試驗。 3.3 拉伸試驗 3.4 刻槽錘段1 準備刻槽錘斷試樣（如圖5所示）約230mm長，25mm寬，制樣可通過機械切割或氧氣切割的方法

23、進行。用鋼鋸在試樣兩側焊縫斷面的中心（以根焊道為準）鋸槽，每個刻槽深度約3mm。用此方法準備的某些自動焊或半自動焊（有時也包括手工焊）的刻槽錘斷試樣，有可能斷在母材上而不斷在焊縫上。當前一次試驗表明可能會在母材處斷裂時，為保證斷口斷在焊縫上，則可在焊縫外表面余高上刻槽，但是深度從焊縫表面算起不得超過1.6mm。如果業(yè)主要求的話，可以對用半自動焊或自動焊方法進行工藝評定的刻槽錘斷試樣在刻槽前先進行宏觀腐蝕檢查。2 方法刻槽錘斷試樣可在拉伸機上拉斷；或支撐兩端，打擊中部錘斷；或支撐一端，打擊另一端錘斷。焊縫斷裂的暴露面應至少為19mm寬。3 要求每個刻槽錘斷試樣的斷裂面應完全焊透和熔合。任何氣孔的

24、最大尺寸應不大于1.6mm，且所有氣孔的累計面積應不大于斷裂面積的2%。夾渣深度應小于0.8mm，長度應不大于鋼管公稱壁厚的1/2，且小于3.2mm。相鄰夾渣間至少應相距13mm。測量方法如圖8所示。白點（參見AWS A3.0中的定義）不做為不合格的原因。 3.4 刻槽錘段 3.5 背彎和面彎1 準備背彎和面彎試驗試樣約230mm長，25mm寬，且其長邊緣應磨成圓角（如圖6所示）。制樣可通過機械切割或氧氣切割的方法進行。焊縫內外表面余高應去除至與試樣母材表面平齊。加工的表面應光滑，加工痕跡應輕微并垂直于焊縫軸線。2 方法背彎和面彎試樣應在導向彎曲試驗模具上彎曲，模具如圖9所示。試樣以焊縫為中心

25、放置于下模上。面彎試驗以焊縫外表面朝向下模，背彎試驗以焊縫內表面朝向下模，施給上模壓力，將試樣壓入下模內，直到試樣彎曲成近似U形。3 要求彎曲后，試樣拉伸彎曲表面上的焊縫和熔合線區(qū)域所發(fā)現的任何方向上的任一裂紋或其他缺陷尺寸應不大于鋼管公稱壁厚的1/2，且不大于3mm。除非發(fā)現其他缺陷，由試樣邊緣上產生的裂紋長度在任何方向上應不大于6mm。彎曲試驗中每個試件均應滿足評定要求。 3.5 背彎和面彎 3.6 側彎試驗1 準備側彎試樣約230mm長，13mm寬，且其長邊緣應磨成圓角（如圖7所示）。試樣可先通過機械切割或氧氣切割的方法制成寬度約19mm的粗樣，然后用機加工或磨削制成13mm寬的試驗試樣

26、。試樣各表面應光滑平行。焊縫的內外表面余高應去除至與試件表面平齊。2 方法側彎試樣應在類似于圖9所示的導向彎曲試驗模具上彎曲。將試樣以焊縫為中心放置在下模上,焊縫表面與模具成90o。施給上模壓力，將試樣壓入下模內，直到試樣彎曲成近似U形。3 要求曲后，試樣拉伸彎曲表面上的焊縫和熔合線區(qū)域所發(fā)現的任何方向上的任一裂紋或其他缺陷尺寸應不大于鋼管公稱壁厚的1/2，且不大于3mm。除非發(fā)現其他缺陷，由試樣邊緣上產生的裂紋長度在任何方向上應不大于6mm。彎曲試驗中每個試件均應滿足評定要求。 3.6 側彎試驗 3.7 試驗報告 當焊接工藝規(guī)程有如下中規(guī)定的基本要素變更時，應對焊接工藝重新評定。當焊接工藝規(guī)程有如下中規(guī)定的基本要素以外的變更時，應修訂焊接工藝規(guī)程，但不必對焊接工藝重新評定。（API1104 中的規(guī)定）D D 焊接工藝重新評定基本要素基本要素1 1、焊接方法、焊接方法 應指明是使用手工焊、半自動焊或自動焊，或它們的任何組合應指明是使用手工焊、半自動焊或自動焊，或它們的任何組合方法方