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1、焊接技术培训讲座,2013年4月,一、课程简介 焊接概述及焊接方法分类 焊接工艺评定及焊工考试 焊接施工管理及焊接规程 常用材料的焊接及应用 二、讲课原则 三、目标及实现,1焊接概述及焊接方法分类 焊接定义： 焊接是利用加热、加压或两者兼用，并使用填充材料（也可以不用）使两焊件达到原子间结合，而形成一个整体的工艺过程。焊件可以是同种同类或不同类的金属、非金属（塑料、陶瓷、石墨、玻璃等），也可以是一种金属与一种非金属。金属连接在现代工业中具有最重要的实际意义。因此狭义的讲，焊接通常就是指的金属的焊接。 早在战国时期，我国劳动人民就发明了最早的焊接技术，并将其应用于生产实践。如大型钟、鼎的耳、足和
2、本体分开铸造，再利用铸焊将其连为一体。焊接是一门古老且又新兴的加工技术，虽有几千年的历史，但真正成为一种重要的制造技术，是1885年发明碳弧焊开始的。随着科学技术的发展，焊接技术也取得了,日新月异的进步，尤其是从20世纪中叶以来，新的焊接方法纷纷问世，如：等离子弧焊、熔化极气体保护焊、真空电子束焊、激光焊、显微焊、搅拌焊等。 由于工程材料的多样化和焊接技术的普及深入，焊接已从一种传统的热加工工艺发展成为关键的制造技术。从长江三峡、西气东输、南水北调、“神州”“嫦娥”工程，到我们的日常生活，衣食住行，无不与焊接有关。在石油化工建设中，焊接就像巧手的裁缝，把各种金属材料按不同要求进行裁剪、拼合，缝
3、焊成钢铁的结构、塔罐、厂房、管道，形成巨大的联合化工装置，承受各种严酷、恶劣工况的考验。石油化工中高分子化合物的聚合、分解，经常接触到易燃、易爆、有毒甚至剧毒介质，对焊接施工的要求相对其它行业更加严格，不允许有任何的麻痹和疏忽，否则将给国家和人民生命财产造成巨大的损失。,如70年代吉林市液化气站球罐因焊接裂纹造成库区爆炸，直接经济损失达三千多万元。2010年底，上海一栋28层居民楼因电焊工违章作业失火，造成58人死亡。作为承担焊接施工的工程技术人员或焊工，都应充分认识肩负的责任，从不同层面关注焊接施工质量，关注国家财产和人民生命安全。施工生产常用的焊接方法有：手工电弧焊、氧乙炔气焊、手工钨极氩
4、弧、熔化极气保焊（包括实芯焊丝、药芯焊丝）和埋弧焊等。 1.1 电弧焊 根据分类，属于熔化焊范畴，包括范围较广。采用金属电极或碳棒，与工件间产生电弧，利用电弧燃烧产生的热量熔化母材，填充或不填充金属，实现金属焊接的方法。,1）药皮焊条电弧焊：焊条由金属焊芯和药皮组成，焊芯的作用是在焊接过程中传导电流并与焊件间产生电弧，在电弧加热下，焊芯熔化过渡到熔池，冷却后成为填充金属形成焊缝。药皮的作用是稳定电弧燃烧、造渣造气保护熔池、金属精炼脱除有害杂质、添加合金元素和保护高温焊缝缓冷等。 2）碳弧焊：（略） 3）埋弧焊：利用焊剂导电熔化母材和焊丝（焊带），实现焊接的焊接方法。效率很高，焊丝直径可达6mm
5、，=14mm板材不开坡口，可实现一道焊成。熔深大，穿透力强，但热输入大，易造成焊缝晶粒粗大。配合工装可实现储罐埋弧自动横焊。,电弧焊再细分，还包括气体保护焊： 非熔化极气体保护焊：电极材料为金属钨，采用氩气作为保护气体。钨极与母材间产生电弧，加热母材和焊材，但钨极并不熔化。属于微弧焊，焊缝质量较高，容易掌握，但工效低，成本高。 熔化极气体保护焊：包括活性气体保护焊（MIG），保护气体采用CO2；惰性气体保护焊(MAG)，保护气体采用氩、氦或多元混合气体。（主要用于铝、镁、钛等活泼稀贵金属焊接）电极材料又分为实芯焊丝气保焊（GMAW）和药芯焊丝气保焊（FCAW）。 与常规的药皮焊条手工电弧焊、埋
6、弧焊相比，熔化极气体保护焊在操作工艺性、接头质量、焊接过程自动化、生产效率和经济效益等方面具有以下优点：,a、明弧操作，焊接过程中易于观察电弧与熔池情况，便于及时调整；b、焊丝直径小，母材受热集中，热输入量少，焊接热变形很小，在大型储罐底板和其它对焊接变形比较敏感部位焊接施工中，作用更为显著； c、不需要焊条药皮、焊剂，焊缝表面无渣，故可节省清渣辅助工时和涂药、焊剂的费用，在多层焊时尤为突出，能大幅提高劳动生产率和降低焊接成本； d、节省焊接材料和能源消耗，实芯焊丝熔敷效率可达95%（药芯焊丝为90%），而药皮焊条手工电弧焊仅为55%。且焊丝直径一般较小（0.8-1.6mm），可达性好，焊缝坡
7、口可减小10-20，降低了焊材消耗量；e、由于焊丝连续送进，焊接过程易于实现机械化和智能化控制。,上世纪90年代以来，随着焊接装备、焊接材料的研究改进，熔化极气体保护焊的应用得到了迅猛的发展。药芯焊丝气保焊异军突起，配合焊接专机的使用，实现了大型球罐药芯焊丝全自动气保焊。在16万立LPG储罐壁板全自动气电立焊、北京奥运会鸟巢大型箱型梁钢结构焊接中得到成功应用。 1.2 气焊 是利用可燃气体（乙炔、石油液化气、氢气、气化酒精或汽油等）和助燃气体氧气混合燃烧产生的化学能熔化母材和焊材实现焊接的一种焊接方法。优点是大部分金属材料都可以焊接，灵活、方便，可在无电的野外焊接。,缺点是焊缝质量差，热影响区
8、大。目前主要用于钎焊、有色金属铸件焊接修补、金属喷涂、黑色金属切割等。 1.3 钎焊 属于焊材熔化母材不熔化焊接方法，如常见的白铁皮锡焊，铝、铜导线锡焊等。工业应用主要是印刷电路板的焊接和飞机、航天器蒙皮的焊接。 2. 焊接工艺评定和焊工考试 2.1焊接工艺评定 （1）焊接工艺评定定义：为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。 国家能源局于2011年7月1日颁发了NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定，代替JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定，并明确自2011年10月1日起实施。,适用范围从钢制压力容器扩大到锅炉和压力管道；适用金属材料从钢扩大到铝、钛
9、、铜、镍；焊接方法增加了等离子弧焊、摩擦焊、气电立焊和螺柱电弧焊；评定类别增加了复合金属材料、换热管与管板；参照ASME ，重新划分了材料类别和填充金属类别；重新界定了焊后热处理和各种焊接方法专用评定因素；增加了三个资料性附录和四个规范性附录；把锅炉、压力容器和压力管道的焊接工艺评定统一在一个规范里，结束了业内困惑多年的不同行业间各自为政，不相统属的混乱局面。主导思想是既要符合国内锅炉、压力容器和压力管道的安全技术规范，,又要向国外先进标准靠拢。本次修订主要参照ASME锅炉压力容器规范第卷焊接和钎焊评定标准，其权威性与广泛性一直为世界各国所公认，也不排除欧洲EN标准和日本JIS标准中的合理因素
10、。 在石化工程建设领域里，焊接是施工的重要工艺手段，焊接质量在很大程度上决定了制造的质量。焊接工艺能否保证产品的焊接质量，焊前需要在试件上进行验证，这就是广义的焊接工艺评定的概念即：“为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。”,（2） 标准的核心思想 承压设备产品所使用的材料极其丰富，结构多种多样，服役条件复杂，焊接工艺更是千变万化，标准的任务只是对适用于所有承压设备的焊接工艺评定标准作出最基本规定，使焊接接头的力学性能、弯曲性能或堆焊层的化学成分符合规定。将焊接接头的使用性能当做承压设备焊接工艺定的目标是制定焊接工艺评定标准的核心思想。 焊制承压设备是由母材和焊接接头构
11、成的，焊接接头的使用性能从根本上决定了承压设备的质量。焊接工艺能否保证承压设备焊接接头的使用性能，焊前需要在试件上验证，焊接接头的使用性能是验证所拟定的预焊接工艺规程正确性的判断准则。,（3) 焊接工艺评定的目的 预焊接工艺规程正确与否的标志在于焊接接头的使用性能是否符合要求。若符合要求，则证明所拟定的预焊接工艺规程是正确的。当用于焊接产品时，则产品焊接接头的使用性能同样可以满足要求。需要注意的是： 焊接工艺评定合格只说明将来施焊产品的焊接接头使用性能符合要求。单凭评定合格的焊接工艺并不能确保承压设备焊接质量全都符合要求，更谈不上确保它们安全可靠的使用。确保承压设备焊接质量和安全可靠使用是一整
12、套复杂的系统工程。 “通过焊接工艺评定，确定了焊接工艺规程”的提法是不全面的。比如说产品在某,一焊后热处理规范下的焊接工艺经评定合格，只能说明在该焊后热处理规范下，产品焊接接头的使用性能是符合要求的，但最终确定焊后热处理规范，还必需测定焊接残余应力和观察金相组织后综合评定。因此，焊接工艺评定只是确定焊接工艺规范的一个方面，不是全部内容。 （4） 预焊接工艺规程是由具有一定专业知识和相当实践经验的焊接工艺人员，根据材料的焊接性能，结合产品特点、制造工艺条件和管理情况来拟定的。从材料焊接特点出发，选择与其相适应的焊接方法；通过试验确定若干适用的焊接方法，依据焊缝金属性能不低于材料性能的原则进行焊接
13、材料的筛选或研制；,焊材选定后，着手进行焊接工艺试验，确定适合的焊接规范参数。确定焊接方法、焊接材料和焊接规范参数过程中，主要进行焊接性能试验。材料焊接性能试验主要解决材料如何焊接问题，但不能回答在具体工艺条件下焊接接头的使用性能是否满足要求这个实际问题，这只有依靠焊接工艺评定来完成。材料的焊接性能是承压设备焊接工艺评定的基础、前提。没有充分掌握材料的焊接性能就很难拟定出完整的焊接工艺进行评定。,焊接工艺评定与材料焊接性能试验是两个相互关联、又有区别的概念，它们之间不能互相代替。料材的焊接性能试验是重要的，但不要求进行焊接工艺评定的单位一定要进行完整的焊接性能试验，更没有要求每次评定前都相应进
14、行一次焊接性能试验。可以借鉴材料研制技术资料和其他单位的生产实践。焊接工艺评定是解决实际生产条件下，获得符合使用性能产品的焊接性试验，所拟定的“预焊接工艺规程”与产品特点、制造条件、焊接装备及人员素质密切相关。所以规程明确“焊接工艺评定应在本单位进行由本单位操作技能熟练的焊接人员使用本单位设备焊接试件”，重点在于考核施焊单位管理、装备、焊工、操作习惯、地域等因素。,每个单位必需反复去独立完成，而不能由国家权威部门统一制作，其他单位共享。这就是焊接工艺评定不可“输入”或“输出”的原则。由于承压设备用途广泛，服役条件复杂，焊接接头的使用性能也是多种多样的。焊接条件与接头使用性能之间对应变化规律并没
15、有完全掌握。目前对焊接条件变更而引起的焊接接头力学性能（拉伸、弯曲、冲击）改变的规律掌握的比较充分，将焊接接头力学性能作为是否需要重新评定焊接工艺的判断准则，从而制定焊接工艺评定标准，确定评定规则。焊接接头的力学性能是压力容器设计的基础，是基本使用性能，以力学性能作为判断准则也是恰当的。,（5）焊接工艺评定试件分类对象 从焊接角度来看，任何结构的压力容器都是由各种不同的焊接接头和母材构成的，不管是何种焊接接头都是焊缝连接的，焊缝是组成不同形式接头的基础。焊接接头的使用性能由焊缝的焊接工艺来决定，因此焊接工艺评定试件分类对象是焊缝而不是焊接接头。标准中将评定试件形式分为对接焊缝试件和角焊缝试件，
16、并对它们的适用范围作了规定：对接焊缝试件评定合格的焊接工艺亦适用于角焊缝，这是从力学性能准则出发的。,（6）焊接工艺评定与焊工技能考试 对于承压设备的合格焊缝而言，一是接头性能符合要求，二是焊缝没有超标缺陷。这就很好的说明了焊接工艺评定与焊工技能考试之间的关系。焊工技能考试的目的是要求焊工按照评定合格的焊接工艺焊出没有超标缺陷的焊缝，而焊接接头的使用性能是由评定合格的焊接工艺来保证的。进行焊接工艺评定时，要求焊工技能熟练，以排除焊工操作因素干扰。 NB/T470142011是承压设备焊接工艺评定的基础和通用标准，对于特殊结构、特殊使用条件的承压设备和端接焊缝、塞焊缝、槽焊缝的焊接工艺评定，还应考虑特殊技术要求，作出相应规定或另行制定标准。,2.2 、承压设备焊接工艺评定正文讲解 （1） 范围 规定了承压设备的对接焊缝和角焊缝焊接、耐蚀堆焊、复合金属材料焊接、换热管与管板焊接工艺评定和焊接工艺附加评定以及螺柱电弧焊工艺评定的规则、试验方法和合格指标。适用于气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、电渣焊、等离子弧焊、摩擦焊、气电
