珠海固得焊接自动化设备有限公司 陈裕川
［摘要］ 焊接工艺规程和焊接工艺评定是现代焊接生产中两项最重要的技术工作。本文全面系统地论述了现行焊接工艺规程的定义、形式、格式、内容、编制程序和编写方法，指出焊接工艺规程的适用性和局限性；详细地阐明了焊接工艺评定的定义、依据、工作程序和规则以及焊接工艺评定报告填报原则；说明了焊接工艺评定报告与焊接工艺规程之间的关系，焊接工艺评定的管理及其合法性和有效性；完整地介绍了国际标准规定的焊接工艺评定试验方法、试验项目和合格指标。
［关键词］ 焊接生产；焊接工艺规程；焊接工艺评定
1 前 言
在现代焊接生产中，焊接工艺起着极其重要的作用，它不仅决定了产品的焊接质量，而且直接关系到焊接生产的效率和经济效益。根据焊件的结构和技术要求，设计正确而合理的焊接工艺却是一项十分艰巨的技术工作。这是因为焊接工艺的可变参数繁多，对焊接质量的影响十分复杂，且某些重要变量难以精确检测。现行的各类焊接结构制造法规、规程和相关标准都明确规定生产企业相应的焊接工艺规程，以指导焊工正确施焊产品焊缝，确保焊接质量。
焊接工艺规程的作用，除了指导焊工正确选用焊接材料、焊接参数和操作技术外，也是制定焊接材料消耗定额，编制综合工艺规程以及焊接质量检验规程的依据。
2 焊接工艺规程的形式
目前，在现代焊接结构生产中使用的焊接工艺规程有以下三种形式：
第一种是专用焊接工艺规程。它只适用于某类结构特定接头的焊接，且必须经相应的焊接工艺评定加以验证。这些焊接结构的生产，大多必须接受国家质量监督部门的检查，并要求严格执行相关的国家标准或制造规程。如锅炉、压力容器、管道、船舶和重载钢结构等。这种焊接工艺规程必须由生产企业自行组织编制，不得借用其他生产企业类似的焊接工艺规程，也不得委托其他单位编制。这是因为，一方面焊接工艺规程中的各项规定必须密切结合本企业的实际生产条件；另一方面，它也是国家质量监督部门评审企业生产资格的重要证明文件之一。因此，企业必须重视并组织好专用焊接工艺规程的编制工作。
第二种是标准焊接工艺规程。它是企业在积累多年焊接生产经验的基础上，为采用标准的结构材料和焊接材料，并以最通用的焊接工艺方法焊接的标准形式的接头和坡口编制的焊接工艺规程。它不再需要通过相应的焊接工艺评定加以验证，经过规定审批程序后，可直接用于指导焊接生产。
第三种是通用焊接工艺规程。主要用于非承载焊件和对接头力学性能无特定要求的焊件，其编制依据是企业多年积累的焊接生产经验。对焊缝质量的要求主要是外形尺寸和外表形状应符合标准规定。因此，无需经过焊接工艺评定验证，但应按规定的程序评审。编制人员应对所适用的焊接工艺具有丰富的实践经验和专业知识, 同时在通用焊接工艺规程上，应明确规定其适用范围，包括构件的名称、规格、结构材料种类。焊接材料型号（牌号）、规格、接头型式、坡口形状、尺寸及焊缝尺寸等。通用焊接工艺规程的格式、项目和内容，基本上与标准焊接工艺规程相同，只是所规定的各焊接工艺参数范围相对较宽。
以下详细阐述与专用焊接工艺规程有关的各方面内容。
3 专用焊接工艺规程
3.1 焊接工艺规程的定义
焊接工艺规程（英文名为Welding procedure specification）是一种规定焊接工艺参数，并经试验评定合格的书面文件，以指导相关人员按相应的制造法规要求焊制产品焊缝。换言之，焊接工艺规程是一种指导焊工或焊接操作工施焊产品焊缝的正式工艺文件, 也是检查产品焊缝质量的主要依据之一。在企业内部，它是一种必须强制执行的工艺文件，也是质量体系中最重要的质量文件之一。
3.2 焊接工艺规程的格式
焊接工艺规程的格式应简洁明了, 层次分明，便于焊工使用。表1列出一种典型的焊接工艺规程格式，以供参考。焊接结构生产企业可根据自己的传统，设计符合本企业文件体系的格式，同时应注意焊接工艺规程应包含的所有项目及通用性和统一性。切忌采用多种格式，造成混乱，不便管理。
3.3 焊接工艺规程的内容
由上节所列举的焊接工艺规程格式样表中可知，一份完整的焊接工艺规程，应当列出为焊制质量符合标准（或法规）要求的焊缝所必需的全部焊接参数。除了规定直接影响接头力学性能的重要焊接参数外，也应明确规定可能影响焊缝外观质量和外形尺寸的次要焊接参数。具体项目包括：焊接工艺方法、母材金属的类别号及牌号、适用接头厚度范围、焊接材料的种类、牌号、规格；接头型式、坡口形状和尺寸；焊前准备要求；预热温度，层间温度和后热温度；焊接电参数；保护气体种类及流量；热处理方法和工艺参数；操作技术；焊后检查方法；检验程序及要求。对于厚壁焊件或形状复杂易变形的焊件，还应规定合理的焊接顺序。对于容许加衬垫焊接的焊件，则应规定衬垫的种类、材料牌号、规格和敷设方法。如焊接工艺规程的编制者认为有必要，也可列出其他有用的焊接参数。
在焊接工艺规程上还应在醒目部位列出其统一编号及相对应的焊接工艺评定报告编号，以及所焊接的产品部件名称。因焊接工艺规程也是向用户或第三方展示质量控制能力的证明文件之一，因此在表头应印上生产企业的全名，在表格末尾设责任人员签署栏，缺一不可，以示负责。
3.4 焊接工艺规程的编制程序
焊接工艺规程的编制程序大体上可分为以下四种情况：
3.4.1 对于企业首次投产的新产品，应先编制焊接工艺方案，提出必要的焊接工艺评定项目，评定合格后，根据焊接工艺评定报告，编制正式的焊接工艺规程。
3.4.2 对于结构形状同类型，而结构材料和相配的焊接材料类别不同的焊接结构，则在产品施工图样批准生效后，提出必须进行的焊接工艺评定项目，并根据该评定报告编制相应的焊接工艺规程。
3.4.3 企业为提高生产效率，改进质量和降低制造成本，计划采用新工艺、新材料和新设备，则应先提出相关的焊接试验研究项目和焊接工艺评定项目，并根据该试验研究报告和工艺评定报告编制相对应的焊接工艺规程。
3.4.4 对于不要求作焊接工艺评定的焊件或接头，则可按产品制造技术或图样规定的技术要求，直接编制焊接工艺规程。
焊接工艺规程原则上是以焊件的接头型式为单位编制的。例如：在压力容器的焊接生产中，筒体的纵缝、环缝、接管焊缝、人孔加强板焊缝等, 都应分别编制一份焊接工艺规程，如容器筒体的纵、环缝采用相同的焊接工艺方法，相同的焊接材料和相同的其他重要工艺参数。则可用一份焊接工艺评定报告，支持纵、环缝两份焊接工艺规程。如某些焊接接头需采用两种或两种以上焊接工艺方法焊成，则这些焊接接头的焊接工艺规程，应以相对应的两份或两份以上的焊接工艺评定报告为依据。
3.5 焊接工艺规程的编写
3.5.1 焊接工艺规程的编写原则
编写焊接工艺规程时，通常应当遵循以下原则：
3.5.1.1 名词术语的标准化 焊接工艺规程所用的名词术语，应统一采用国家标准GB/T3375-1994《焊接术语》和其他相关标准中规定的名词术语。英文技术名词和缩写，应符合美国AWS有关标准的规定。不应沿用本企业生产活动中常用的习惯语和口头语。
3.5.1.2 规范用词 焊接工艺规程中的用词应简洁明了、易懂、切忌用词模糊不清、含义不确切。
3.5.1.3 书写字迹工整 焊接工艺规程以书写方式编写时，字迹应工整，简体字应符合现代汉语规范，数字不连写，英文采用印刷体，文字数字不准涂改。
3.5.1.4 插图标准化 焊接工艺规程中插图的描绘应符合国家制图标准的规定。尺寸和公差应标注清晰、正确。焊接顺序和焊缝层次可用数字标注。焊接方向用箭头表示。
3.5.1.5 物理量名称及符号的标准化
焊接工艺规程中所用的物理量名称及符号，应符合国家标准GB3102.1~8- 1993。计量单位应采用我国法定计量单位。
3.5.2 焊接工艺规程的编写依据
焊接工艺规程的编写，应以下列国家标准、行业标准，以及有关的技术文件为依据：
（1）GB/T19866-2005《焊接工艺规程及评定的一般原则》；
（2）JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》；
（3）JB/T1613-1993《锅炉受压元件 焊接技术条件》；
（4）JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》；
（5）AWSB2.1：2005《焊接工艺评定和焊接技能考核标准》；
（6）ASME《锅炉与压力容器法规》2007第1X卷《焊接与钎焊技术评定》；
（7）本企业的基础工艺标准；
（8）本企业产品焊接技术条件；
（9）相关焊接新材料、新工艺试验研究报告；
（10）相对应的焊接工艺评定报告；
（11）相对应的焊件施工图样。
3.5.3 焊接工艺规程编写原则
焊接工艺规程大多数选用表格的形式。格式确定后，在一段较长的时期内一般不会作改动，可将其铅印成空白表格（参见表1）。因此，编写焊接工艺规程实际上是逐行填写空格，但必须正确无误。各栏填写的方法及要点介绍如下：
3.5.3.1 编制单位名称 编制单位的名称应以醒目的字体印在焊接工艺规程表格顶部，这一方面表明所编写的焊接工艺规程只适用于本企业，另一方面也显示其是本企业的重要质量文件之一，企业的最高管理者对其正确性负有全部责任。编制单位名称不应用简称，必须用全称。
3.5.3.2 焊接工艺规程编写 为便于管理和检索，每份焊接工艺规程应加以编号。它可以是简单的序号，也可以用汉语拼音字母加序号的组合编号。如该焊接工艺规程要求相应的焊接工艺评定报告支持，则应在相应的空格上填写该焊接工艺评定报告的编号。
在焊接工艺规程执行过程中，如果发生所焊焊缝质量屡次达不到要求, 或焊接生产成本过高，则应及时修改焊接工艺规程。如修改的焊接参数为次要参数，或虽然需修改重要参数，但不要求作焊接工艺评定，则可将焊接工艺规程直接进行修改。因焊接工艺规程不允许作任何涂改，需修改的焊接工艺规程应重新填写，并在原编号末尾加R.1、R.2等。
3.5.3.3 焊接工艺方法 焊接工艺方法是焊接工艺的重要参数之一。其名称应采用标准学名，并注明焊接过程自动化的等级，如手工、机械化、自动化及全自动化等。在某些焊接接头中，要求采用多种焊接工艺方法，如厚壁管对接环缝，先采用TIG焊封底，接着以焊条电弧焊加厚，最后采用埋弧焊填充盖面，则应在焊接工艺规程上写明这三种不同的焊接工艺方法。
为简洁起见，焊接工艺方法的名称亦可采用英文缩写，但必须符合美国AWS名词术语标准，不应沿用其他国家的习惯写法，更不应自行杜撰。
3.5.3.4 焊接接头 焊接接头应按标准定名，并按焊件施工图样绘出坡口详图，注明坡口的主要尺寸及公差，接缝装配尺寸及公差，便于焊工和专职检查员对装配质量进行检查。如采用衬垫，也应标出衬垫的尺寸及其与焊件装配间隙的要求。焊缝符号、名称及其标注方法，应符合相应国家标准的规定。
3.5.3.5 母材金属 母材金属的填写方法可分下列几种情况：
（1）采用标准材料。当采用纳入国家标准的结构材料时，则可填写标准规定的钢号或牌号，以及其所属的分类号和组别号。例如：所焊钢材牌号为Q235-C，其分类号和组别号为I- 1，填写方式为：钢号：Q235-C，分类号I，组别号-1。
（2）采用美国ASME或ASTM标准材料。当采用ASME法规和ASTM标准规定的结构材料时，则应填写该种材料的标准号、牌号及其所属的M类、P类别号和组别号。例如：所焊钢材的标准号为SA213，牌号为T2，P类别号为3，组别号为1，其填写方式为：钢号SA213-T2，分类及组别号P3-1。
（3）采用非标准材料。当采用非标准材料或非法规材料时，除填写材料牌号或代号外，还应列出该种结构材料的化学成分和力学性能。如已对该种材料完成系统的焊接性试验，并已确定其焊接性等级，则可将其归类和分组。如未完成上述工作，可暂将分类号和组别号空缺。当所焊接头系异种材料相焊时，则应将所焊接头两种不同材料的牌号或标准号、分类号及组别号一并列出。
（4）母材金属的厚度范围。这是指焊接工艺规程对接头厚度的适用范围。原则上应按相应焊接工艺评定标准的规定，这主要取决于焊接工艺评定试板的厚度。如焊接工艺规程无需相应的焊接工艺评定报告的支持，则母材金属的厚度范围可根据本企业所积累的焊接生产经验而定。
（5）管件的直径范围。当焊件由管材制成或管件与板材、型材组合成焊件时，则应标出适用的管径范围。因为管子的直径在很大程度上影响接头的冷却速度，也就直接影响到接头的力学性能。
（6）填充金属。填充金属包括药皮焊条、实心焊丝、药芯焊丝、焊带、焊剂及可熔衬垫等。填充金属一栏可按下列原则填写：
①焊条型号及牌号 当采用已纳入相应国家标准的焊条时，可填写该种焊条的标准型号和相对应的焊条牌号。例如抗拉强度等级为500MPa的低氢钠型焊条，其标准型号为E5015，相对应的牌号为J507。我国现行的焊接工艺评定标准对焊接填充材料未作分类和分组，故不必填写分类号和分组号。
当采用美国ASME法规认可，并纳入AWS焊接材料标准的焊条时，则应填写ASME法规规定的相应标准号、型号及其所属的“A”分类号和“F”组别号。例如：采用低氢型铁粉碳钢焊条，其标准型号为E7018，相对应的ASME标准号为SFA-5.1，A类别号为1，F组别号为4。
当采用未列入标准的焊条时，除了写明焊条的非标准牌号或代号外，还应列出熔敷金属的实际化学成分和力学性能。
②气体保护焊用焊丝 气体保护焊用焊丝分熔化极气体保护焊焊丝、钨极氩弧焊填充焊丝和药芯焊丝。这些焊丝已制订相应的国家标准。当采用标准焊丝时，可填写国家标准所规定的焊丝型号（牌号）。例如：500MPa 强度等级的气体保护焊碳钢焊丝的型号为ER50-6。
当采用ASME法规或AWS焊丝标准所列的焊丝时，应写明该标准所规定的焊丝标准号和牌号，同时还应填写其分类号。例如：抗拉强度为500MPa 级气体保护焊碳钢焊丝，其标准号为SFA5.18，焊丝牌号为ER70S-6。相应的A分类号为1，F分组号为6。相同强度等级的气体保护焊药芯焊丝，其标准号为SFA5.20，焊丝牌号为E71T-1, 相应的A分类号为1，F分组号为6。
当采用其他国家生产的焊丝时，除了写明该种焊丝的商品牌号外，还应列出相对应的AWS标准号和焊丝牌号，但不必注明其分类号。
当采用非标准焊丝时，除了写明焊丝的非标准牌号和/或代号外，还应列出焊丝的实际化学成分（焊丝进厂复验结果）。
③埋弧焊焊丝和焊剂 我国现行的埋弧焊焊丝和焊剂国家标准，对于焊丝与焊剂的型号采用了组合表示法。例如HJ4A2-H08MnA，其含义是采用所列焊剂-焊丝组合埋弧焊时，焊缝金属的抗拉强度≥415MPa，-20℃温度下的冲击韧度不低于27J。但这种表示方法未能反映出实际使用的焊剂商品牌号，不便于焊接操作工识别和生产管理。因此，在焊接工艺规程中，在填写所用焊丝-焊剂标准型号的同时，还应写明焊剂的商品牌号，如HJ431、HJ330、SJ301等。
当采用ASME法规或AWS标准规定的埋弧焊焊剂和焊丝组合时，则应填写ASME或AWS的标准号及焊剂-焊丝组合型号。例如：焊缝金属抗拉强度为500MPa级碳钢埋弧焊焊剂-焊丝组合表示方法为：SFA5.17、F7A4-EH14 （焊丝牌号相当于我国H10Mn2焊丝）。其分类号为1，F分组号为6。
当采用其他国家生产的埋弧焊焊剂和焊丝组合时，除了写明其商品牌号或代号外，还应列出相对应的AWS 标准型号和焊丝牌号，但不必注明其分类号。
④填充金属的规格 在填充金属一栏中，还应写明所用各种填充材料的规格。其中药皮焊条标出焊条芯直径，实芯焊丝、药芯焊丝和钨极标出其外径。焊带标出其宽度和厚度，焊剂应标出其颗粒度（有特殊要求时）, 可熔衬垫应注明全尺寸。
（7）保护气体 各种气体保护焊所用的保护气体，应按其保护焊接区的方式分别填写。保护气体通常分焊枪喷嘴保护气体、拖罩保护气体、焊缝背面成形气体。在等离子弧焊中，还需加离子气。目前在焊接生产中应用的单一保护气体有CO2、Ar、He、H2和N2等。最常用的混合气体有：CO2 +Ar、CO2+O2+Ar、Ar+He、Ar+He+CO2、Ar+He+CO2+O2、Ar+H2、Ar+N2等。焊接某些金属材料时，成形气体也可采用N2+H2。当采用混合气体时，应标明气体的混合比（体积分数），如80% Ar与20%CO2混合的保护气体，其正确的填写方式应为φ80%Ar+φ20%CO2。
保护气体流量以L/min为单位。通常只填写每种保护气体的最低容许流量。为焊接工艺规程适用的工件厚度范围较宽时，则应标出保护气体流量的合适范围，由焊工按实际所焊焊件厚度合理选择。
（8）预热温度和层间温度 预热温度通常填写所要求的最低预热温度。对于某些结构材料，过高的预热温度可能会降低接头的力学性能，则应规定预热温度的范围，即预热温度上限值应加以限制。
层间温度通常对于厚壁多层焊缝才作规定，薄板接头单层焊或双面单道焊，以及外形尺寸较小的焊件可不填写层间温度。对于冷裂和再热裂纹较敏感的钢材，应规定最低容许的层间温度；而对于热敏感的材料，以及过高的层间温度可能降低接头力学性能的钢材，则应规定最高容许层间温度，如奥氏体不锈钢、镍基合金和调质高强度钢厚壁接头等。
（9）后热和消氢处理温度 在低合金高强度钢厚壁接头焊接时，为防止延迟裂纹的形成，要求焊后保温一段时间，则应规定最低的保温温度和保温时间。对于某些延迟裂纹倾向较高的合金钢厚壁接头，焊后保持预热温度往往还不能可靠地防止延迟裂纹的形成，则应根据该种钢材的焊接性和焊接工艺试验报告，规定后热温度和后热时间。对氢致延迟裂纹敏感，且接头壁厚>80mm的钢材，还应规定消氢处理温度和保温时间。
（10）焊接能量参数 对于各种常用的电弧焊工艺方法，在焊接能量参数一栏中，应列出焊接电流种类、极性、焊接电流、焊接电压及焊接速度的范围。对于脉冲电弧焊，还应列出脉冲频率、峰值电流、基本电流及脉宽比等焊接参数。
对于电阻焊，除了规定焊接电流外，还应列出通电时间和电极压力或顶锻力。在摩擦焊中，焊接能量参数应包括焊件转速、摩擦压力、摩擦时间及顶锻压力等。
电子束焊的能量参数为加速电压（kV）、电子束流（mA）及焊接速度（cm/min）。
激光焊接分为脉冲激光焊和连续激光焊。脉冲激光焊的能量参数为脉冲能量（J）和脉冲宽度（ms）。连续激光焊的能量参数是激光功率（kJ）、焊接速度（cm/min）和光斑直径d。
填入焊接工艺规程的上述能量参数范围，均不应超过相应焊接工艺评定报告和焊接工艺评定标准的容许范围。无需焊接工艺评定报告支持的焊接工艺规程，则可根据本企业的焊接工艺专业标准，以及有关焊接工艺试验报告规定能量参数的适用范围。
对于厚壁多层焊接头，尤其是采用两种或两种以上不同焊接工艺方法焊接，或各层焊道焊接能量参数差异较大的接头，则应单独列表，填写每种焊接工艺方法所焊各道焊缝的焊接能量参数适用范围。
（11）焊后热处理工艺参数 对于焊后需作热处理的焊件，应在焊后热处理一栏中，写明焊后热处理工艺方法的名称。如固溶处理，水调质、正火、正火+回火、回火、消除应力处理和时效处理等。并列出所要求的热处理的温度范围和保温时间范围。对于热处理过程升温速度和降温速度影响热处理效果的材料和焊件，则应注明所要求的升温速度和降温速度。
对于要求严格控制焊后热处理温度和保温时间的焊件，除了规定热处理温度容许偏差外，还应注明热处理时，焊件加热温度的实测方法及要求。如规定热电偶在焊件上装接的方法等。
（12）焊接操作技术 焊接操作技术一栏应列出焊接位置、焊接方向、焊接顺序、运条方式、焊丝摆动参数、焊丝伸出长度、焊道层次、焊前清理和层间清理方法、焊缝背面清根方法、锤击方法、焊件及焊枪倾角等。
在大多数情况下，操作技术参数不是焊接工艺的重要参数。但对于某些焊件和焊接工艺方法，操作技术参数对焊接质量仍起重要的作用。例如：正确的焊接顺序可防止或减少焊件的变形；电渣焊时焊丝的摆动参数对保证焊缝边缘的良好熔合和焊道的成形起着决定性的作用。焊前和层间清理、焊缝背面清根方法，对消除焊缝的各种缺陷也相当重要。某些操作参数，如焊条电弧焊的运条方式，对于热敏感的钢材，甚至可能影响接头的力学性能。因此，操作技术一栏的各参数仍应认真填写，可根据企业所积累的焊接生产经验、技术标准和有关的工艺试验报告，规定适当的范围。
对于操作技术参数为重要参数的某些焊接工艺方法，如电渣焊、电子束焊、螺柱焊、摩擦焊、电阻焊和堆焊等，则应根据相对应的焊接工艺评定报告和有关的焊接工艺试验报告确定其适用范围。
3.6 焊接工艺规程的适用性和局限性
焊接工艺规程是焊工、检查人员和生产管理人员，在焊接生产中必须遵循的重要工艺文件之一。其按规定的程序审批后，分发到生产车间、装焊生产班组、检查站、便于有关人员遵照执行。
如前所述，焊接工艺规程是以构件的接头为单位进行编制的，但这并不意味着焊件的每个焊接接头都有一份焊接工艺规程。即使是专用焊接工艺规程，也有它特定的适用范围。在下节“焊接工艺评定的实施”中可知, 如采用相同的焊接工艺方法，同一类结构材料和焊接材料，接头厚度在规定的范围内，其他各重要焊接参数也在规程容许的范围之内，则该焊接工艺规程也适用于其他同类型的焊接接头。焊接工艺规程在一定范围内的通用性，已为多年的焊接生产经验证明是可行的。同时也符合工业生产经济性的要求。当然，标准焊接工艺规程和通用焊接工艺规程则具有更宽的适用范围，但也必须注意其限定的条件。
综上所述，焊接工艺规程已成为任何焊接结构生产企业保证和控制产品焊接质量的重要手段，但决不应理解为唯一的举措。特别是对于制造大、中型焊接结构的企业，只凭借焊接工艺规程去指导焊工施焊产品接头，以期焊制出质量完全符合产品制造技术条件或制造法规要求的焊接构件，那是很难做到的。应当看到，焊接工艺规程只是以填表的方式，用极其简略的词句和数字，阐明该种接头施焊时应使用的重要焊接参数和次要焊接参数。即使将标准所规定的所有焊接参数全部填满，也不能包括了焊接工艺的全部内容。为持续稳定地焊制质量符合标准和制造法规要求的焊接构件, 除了按相应标准培训一批技能熟练，并取得资格证书的焊工和焊接操作工外，还应编制必要的、其内容更详细、更全面的焊接工艺文件，如焊接工艺专业标准。它对本企业的焊工具有更普遍的指导作用。可使焊工更确切地理解焊接工艺规程的内容，更自觉地执行焊接工艺规程。未完待续
摘自《现代焊接》2010年7月文章