Transcript 焊接工艺评定报告
焊接工艺评定 提纲： 一、定义及意义 二、制定焊接工艺的流程 三、焊接工艺评定报告(PQR)应包含的内容 四、焊接工艺评定中的基本要素 五、现有石油天然气金属管道焊接工艺评定标 准对比分析 定义及意义 定义： 焊接工艺评定是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。通俗的来讲就是为了验证施 工单位在施工焊接过程中所使用用的焊接工艺、焊接材料、 焊接参数是否能焊出达到设计中所要求的焊接接头的使用 性能。 意义 ： 焊接工艺是保证焊接质量的重要措施，它能确认为各种焊 接接头编制的焊接工艺指导书的正确性和合理性。通过焊 接工艺评定，检验按拟订的焊接工艺指导书焊制的焊接接 头的使用性能是否符合设计要求，并为正式制定焊接工艺 规程提供可靠的依据。 制定焊接工艺的流程： 1、拟定焊接工艺指导书 2、施焊试件和制取试样 3、检验试件和试样 4、测定焊接接头是否具有所 要求的使用性能 5、提出焊接工艺评定报告对拟 定的焊接工艺指导书进行评定 焊接工艺评定报告(PQR)应包含的内容 一份合格的焊接工艺评定报告及焊接工艺规程中的主要内容包括以下几 方面（见下图）： 焊 接 方 法 焊接材料 焊接接头： 1.接头形式； 焊接接头 2.坡口形式； 3.焊接层数； 焊接工艺参数 焊接参 案例 焊接工艺评定报告(PQR)应包含的内容 升温：焊缝热处理时升温过快会导致表 里的温差过大，造成内应力过大内部及 表面会有细小裂纹。 恒温：保温使内外温度一致，让结构或 成分需要发生的反应充分进行。比如正 火其目的是在于使晶粒细化和碳化物分 布均匀化，去除材料的内应力，降低材 料的硬度。 降温：金属结晶状态的不均匀容易导致 局部脆化；另一方面金属的温度－密度 变化较敏感，冷却过快会造成较多的微 小气泡裂纹和局部残留应力，成为工作 时的断裂源。 焊接工艺评定报告(PQR)应包含的内容 焊接工艺评定报告(PQR)应包含的内容 试验方法及内容： 1.拉伸试验 方法：拉伸试样在拉伸载荷下拉断，以拉伸试验的最大载荷除以试样在拉伸前测 定的最小截面积，算出抗拉强度。试验应符合GB/T 2651 《焊接接头拉伸试验方 法》规定。 要求：每个试样的抗拉强度应大于或等于管材规定的最小抗拉强度。 2.弯曲试验 方法：弯曲试件在弯曲机上进行，相同材质与不同材质接头试验所用的弯轴直径 均应符合下表要求，试验应符合GB/T 2653《焊接接头弯曲试验方法》规定。 试样厚度 弯轴直径 支座间距离 t 4t 6t+3 要求：弯曲试验的弯曲角度为180度，试样的焊缝和热影响区应全部在试样受弯 范围内。当试样在达到弯曲角度后，试样表面不得有长度大于3mm的裂纹或缺陷。 焊接工艺评定报告(PQR)应包含的内容 试验方法及内容： 3.刻槽锤断试验 方法：刻槽锤断试验可以在拉伸机上拉断；或支撑两端，打击中部锤断；或支撑 一端，打击另一端锤断。 要求：每个刻槽锤断试样的断裂面应完全焊透和熔合。 2.冲击试验 方法：试验温度应符合设计文件规定，试验方法应符合GB/T 2650《焊接接头冲 击试验方法》规定。 要求：冲击试验的合格标准应符合设计文件规定。 试件的检验 项目 ASME Ⅸ API1104 外观 不要求 不要求 无损检测 不要求 不要求 拉伸试验 2个缩截面试样 管径<33.4，1个全尺寸拉伸； 33.4—60.3，且SMYS≥290Mpa,1个； 603.—114.3，且SMYS≥290Mpa,1个； 114.3—323.9,2个； >323.9,4个。 弯曲试验 2个面弯，2个背弯；当壁厚大于 10mm时，可用侧弯代替面弯和 背弯。弯芯直径为4T。 管径<114.3，2个面弯，2个背弯； 14.3—323.9, 2个面弯，2个背弯； >323.9,4个面弯，4个背弯；当壁厚大 于12.7，可用侧弯代替面弯和背弯。弯 芯直径为90mm。 冲击试验 2组（焊缝和热影响区） 无要求 其他试验 无要求 断口检验,管径<323.9,2个； 管径>323.9,4个CTOD试验2组（焊缝和 热影响区）。 焊接工艺评定报告(PQR)应包含的内容 硫化物应力腐蚀开裂（SSC）是 金属在硫化物环境中的腐蚀和 拉伸应力(甚至远低于屈服应力) 的联合作用下，所发生的延迟 脆性断裂现象。 通常认为硫化物应力腐蚀开裂 破坏是氢脆引起的。当氢原子 在金属表面上阴极释放时(例如 因腐蚀或阴极充氢，由于硫化 氢(或少许其他含有氰化物和磷、 砷等化合物)的存在抑制了氢原 子向高的三轴拉伸应力区域或 某些微观组织结构的区域扩散， 并在这些区域被捕集，从而增 加了金属的脆性。 焊接工艺评定报告(PQR)应包含的内容 由于管线钢的使用地理环境及部分 油气田的天然气中含有比例较高的 H2S成分与水分，在输送压力较高时 由于H2S的离解形成氢原子向钢种渗 透，氢原子在钢中的杂质物或组织 不均匀处聚集，当氢原子转变为氢 分子时因体积增大而产生氢致裂纹， （HIC）。 CLR—裂纹长度百分比≤15%； CTR—裂纹厚度百分比≤5% ； CSR—裂纹敏感度百分比≤2% 。 焊接工艺评定的基本要素 焊接工艺评定的基本要素： 1.焊接方法 焊接工艺规程中焊接方法的变更。 2.管材 焊接工艺规程中管材组别的变更。 碳钢及低合金钢进行以下分组： a)规定最小屈服强度小于或等于290MPa； b)规定最小屈服强度高于290MPa，但小于448MPa； c)对最小屈服强度为448MPa或高于此值的各级碳钢及低 合金钢均应进行单独的评定试验。 3.接头设计 接头设计的重大变更(如V型坡口改为U型坡口，或反之)。 坡口角度或钝边的变更不属于基本要素。 焊接工艺评定的基本要素 4.焊接位置 由旋转焊变为固定焊，或反之。固定焊应指明水平固定焊 接位置（5G）、垂直焊接位置（2G）或 45°倾斜固定管位置（6G）。6G位可替代5G位和2G位，其 他不可相互替代 5.壁厚 从一个壁厚分组到另一个壁厚分组的变更。 6.填充金属 填充金属的下列变更： 从一组填充金属变为另一组填充金属 7.电特性 直流焊接时焊条（焊丝）接正变更为接负或反之；将直流 电变为交流电或反之。焊接电流和电压范围的变更。 壁厚与管径分组 管径分组： 从一种管外径分组变为另一种管外径分组，管外径的分 组如下： 1)外径小于60.3mm 2)外径从60.3mm至323.9mm 3)外径大于323.9mm 壁厚的分组： 从一种管壁厚分组变为另一种管壁厚分组，管壁厚分组 如下: 1)公称管壁厚小于4.8mm 2)公称管壁厚从4.8mm至19.1mm 3)公称管壁厚大于19.1mm 焊接工艺评定的基本要素 8.焊道之间时间间隔 完成根焊和开始第二层焊之间允许最大时间间隔的增加。 9.焊接方向 从下向焊改为上向焊，或者反之。 10.保护气体和流量 一种气体换成另一种气体，或一种混合气体换成另一种混 合气体，或保护气体流量范围较大地增加或减少。 11.焊接速度 焊接速度范围的变更。 12.预热 降低焊接工艺规程的最低预热温度。 13.焊后热处理 增加或取消焊后热处理工艺或改变焊接工艺规程中焊后热 处理的范围或温度。 工程监督检查中常见问题： 在焊接生产开始之前，应制定详细的焊接工艺指导书，对焊接 工艺进行评定，并依据评定合格的工艺编制焊接工艺规程。施工单位在 焊接施工过程中应严格按照规程中的工艺参数执行，但是实际却经常发 现以下几个常见问题： 1、焊接工艺评定中的焊接方法、焊条、焊丝与设计要求不一致，未 见相关的设计变更文件及说明。 2、有焊接工艺规程，没有焊接工艺评定报告作为依据。 3、现场施焊的管材、焊材、焊接方法等基本要素不符合焊接工艺规 程所规定的范围。 4、现场焊接参数，如焊接电流、电压、焊接层数，预热温度、焊道 之间的时间间隔或层间温度、施焊环境未按照焊接工艺规程执行。 5、有焊接工艺评定报告，未根据报告编制相应的焊接工艺规程。 案例1 某工程焊接工艺评定报告，现场焊接工艺采用氩弧焊打底，低氢型焊条填充、盖 面，设计文件要求采用纤维素焊条打底，实心焊丝填充盖面。 案例2 现场正焊接的焊缝打底厚度为3.5mm（焊接工艺要求根焊厚度不超过3mm），现场 焊接层数为打底、填充、盖面共3层。 案例3 氩弧焊打底焊接电流高于焊接工艺规程所规定的焊接电流范围100~120A 。 现有石油天然气金属管道焊接工艺评定标准对比分析 焊接工艺评定的现有国内标准： GB 50236 《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》； NB/T 47014《承压设备焊接工艺评定》； SY/T 0452 《石油天然气金属管道焊接工艺评定》； SY/T 4103 《钢质管道 焊接及验收》 ASME Ⅸ 标准：GB 50236 《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收 规范》； NB/T 47014《承压设备焊接工艺评定》； SY/T 0452 《石油天然气金属管道焊接工艺评定》； API1104标准：SY/T 4103 《钢质管道 焊接及验收》 现有石油天然气金属管道焊接工艺评定标准对比分析 适用范围： ASME Ⅸ的适用范围为根据ASME锅炉及压力容器规范、 ASME B31压力管道规范进行焊接或钎焊时所采用的工艺评 定，所针对的材料是ASME Ⅱ标准中规定的材料。 API1104标准的适用范围为碳钢钢管、低合金钢管及管件 输送原油、成品油、天然气、二氧化碳和氮气等介质的长 输管道、压力站管网和泵站管网的安装焊接的工艺评定， 所针对的材料是API 5L和适用的ASTM标准材料。 现有石油天然气金属管道焊接工艺评定标准对比分析 焊接工艺规程的特点： ASME Ⅸ规定了两种可以适用的焊接工艺规程，即经过评 定的焊接工艺规程（WPS）与适用AWS标准焊接工艺规程。 API1104规定适用的焊接工艺规程（WPS）必须是经过评 定的。 现有石油天然气金属管道焊接工艺评定标准对比分析 焊接工艺评定的规则 焊接工艺评定因素 ASME Ⅸ API1104 焊接方法 熔化焊、电渣焊、电阻焊、钎焊等。焊 接方法的改变需重新评定焊接工艺。 熔化焊和闪光对焊。焊接方法 的改变需重新评定焊接工艺。 试件 材料可以是管材、板材或其他制品。板 材的焊接工艺评定认可管材的焊接工艺 评定，反之也然。坡口焊接工艺评定认 可角焊缝的焊接工艺评定。 材料为管材。没有规定坡口焊 缝和角焊缝之间的关系。 试件厚度（mm） <1.6;1.6—10；10—19；19—38；≥38 <4.8;4.8—19.1；>19.1 预热及焊后热处理 降低预热温度大于56度，重新评定焊接 工艺。改变焊后热处理，重新进行焊接 工艺评定。 降低最低预热温度，重新评定 焊接工艺。增加焊后热处理， 改变焊后热处理的范围和温度 需重新进行焊接工艺评定。 焊接位置 在任意位置进行评定的焊接工艺适用于 所有位置的焊接。有冲击试验要求时， 改为向上焊需重新进行焊接工艺评定。 由1G变为2G、5G或6G时或反 之，需重新进行焊接工艺评定。 坡口形式 坡口形式和尺寸改变不需重新进行焊接 工艺评定。 坡口形式的重大改变，如V型坡 口变为U型坡口，需重新进行焊 接工艺评定。