1、专题讲座：如何编制焊接工程施工方案焊接工程作为安装工程中的一个分部（分项）工程，根据焊接工程量大小、焊接工作难易程度和重要性的不同， 要求独立编制焊接工程施工方案 ( 或措施 ) ，或作为安装工程施工方案中的一个章节。焊接工程施工方案的编制模式1 工程概述1.1 焊接工程基本情况概述：根据设计文件（图纸）和工程合同，明确承建项目（单位工程或分部工程）中焊接结构的下列基本情况：（ 1）焊接结构的构造特点和作用，焊接接头的型式和特点；（ 2）组成焊接接头的母材（材质） 、规格、实物工程量 ( 焊缝延长米、管道焊口数（或DB数） ) ；（ 3）构件的设计工况条件（工作介质、设计温度、设计压力等） ；
2、（ 4）设计文件、合同文件、业主或自身提出的焊接工程技术质量目标总要求和使用要求 （如： 所要达到的焊缝质量最低等级标准、 使用性能指标、 创优目标、 焊接一次合格率等） 。1.2 焊接特点分析：1.2.1 材料的焊接性能分析分析并提出本焊接工程用母材（尤其是特殊材料）的可焊性程度、焊接接头的使用性能特点、 可能存在的焊接缺陷以及应关注的主要问题等， 为以后章节制定焊接工艺和管理措施提供分析根据。提示：无论是编制本方案， 还是进行焊接工艺评定， 其前提条件是必须分析和掌握该材料的焊接性能特点。可通过下列手段获取材料的焊接性能数据：（ 1）查阅相关材料的焊接资料、钢厂的新材料焊接性能试验数据或设
3、计单位提供的材料焊接性能数据资料。（ 2）针对本焊接接头的类型和特点开展材料的焊接性试验。材料的焊接性可以通过焊接性试验来确定。 GB/T3375焊接名词术语 将焊接裂纹试验、接头力学性能和腐蚀试验等均纳入焊接性试验。常用的焊接性试验方法主要有：（ 1）参数公式计算法：碳当量法（ CE） ；冷裂纹敏感性组成或根部裂纹碳当量（ Pcm）为比较各种合金元素对钢材的硬化程度， 根据钢材本向的化学成分，使用碳当量公式可初步估计钢材的焊接性。 对于已积累大量实验资料和数据的结构材料， 如碳素钢和低合金结构钢可以采用此方法，注意： 国内外相关标准和一些研究机构均提出过碳当量计算公式， 但某种碳当量公式并不
4、适用于所有钢种，应用时应注意公式的使用范围。不能对任何种类、任何强度的钢材都以同一公式，作同样要求。对于某些材料， 碳当量公式的计算结果可能偏差较大， 且与多种焊接性实际焊接试验不符。（ 2）焊接试验法（直接试验法） ：模拟产品接头形式、拘束度和相应的工艺条件进行的试验，如：最高硬度法；小铁研试验（斜 Y 坡口、直 Y 坡口） ；十字接头试验；窗形拘束试验等。（ 3）焊接热模拟试验法（间接试验法） ：采用热模拟试验机进行焊接热影响区的热模拟试验。1.2.2 焊接结构特点分析：（ 1）焊接结构的使用特点分析（工况条件分析） ：分析焊接结构和焊接接头是否承受高温、低温、高压、耐腐蚀等特殊工况环境，
5、是否承受冲击载荷等。（ 2）焊接结构的受力状态分析：根据设计文件规定的工况条件、焊接结构的构造特点和接头型式，分析焊接结构和焊接接头的受力状态，是否存在较大的焊接应力（焊接应力集中） 和焊接变形， 进一步分析可能的焊接应力水平和焊接变形程度对焊接结构和焊接接头的影响程度。如：较大的焊接应力集中的存在是否影响到结构的低温性能或造成应力腐蚀开裂；焊接应力和变形是否降低结构的承载能力；焊接组装附加应力对临近的物体（设备、管道等）是否构成影响（如与机器连接的管道焊接时） 。1.2.3 焊接操作特点分析：（ 1）焊接技能分析：分析本焊接结构是否存在焊接位置障碍，分析本单位焊工的技能水平是否存在与本焊接工
6、程不相适应的问题。（ 2）安全作业条件分析：是否存在封闭环境（如容器内）下的焊接作业；是否由于高空作业带来焊接操作难度和安全防护问题。（ 3）施焊季节性分析：是否存在冬、雨季施焊，是否需要对焊接环境（温度、湿度、风速）提出特别防护要求。1.3 分析综述：根据以上对材料的焊接性能分析、 焊接结构特点分析和焊接操作特点分析的结果， 找出本焊接工程施工的技术难点、关键点和存在的主要问题，提出应重点控制的内容和目标，为本方案制定焊接工艺和管理措施提供重要线索。如：对焊工技能的特殊要求；对焊接环境的特殊要求；对抗腐蚀性能、低温冲击性能的要求；对焊接应力和变形的控制目标；对焊缝咬边、未焊透、管道内表面焊瘤
7、等缺陷的控制标准； 对焊缝余高、 角焊缝焊角尺寸的限制要求； 对焊接接头型式和焊缝布置的合理性要求；对焊接安全防护标准的提高等。2 编制依据明确焊接施工应执行的设计文件、图纸、标准规范、合同文件等。3 焊接施工程序规定本焊接工程的焊接施工程序（流程） 。焊接施工程序的安排要综合考虑到焊接结构类型、焊接应力和变形、施工方法（组装方法和顺序） 、焊接管理因素等方面。焊接施工程序要细化到各结构部件（部位）的焊接施工顺序。4 焊接工艺及技术措施4.1 焊接方法根据设计文件，结合现场实际（作业环境、工程进度、焊接质量要求）和本单位的技术装备能力，分别提出本焊接工程各结构部件（部位）和各种材料的焊接方法。
8、如：公称直径大于 50mm的管道焊接采用氩电联焊（手工钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充盖面）或手工电弧焊方法。公称直径小于等于 50mm的所有材质管道均采用手工钨极氩弧焊方法。 对于公称直径大于等于 200mm的碳钢和铬钼钢管道在管道加工厂内焊接时， 也可采用氩弧焊打底、 CO2气体保护半自动或自动焊方法填充盖面。4.2 焊接材料对本焊接工程所涉及的所有母材牌号，分别提出焊材（焊条、焊丝、焊剂）的型号和牌号。提示：选购焊接材料的依据依次为：（ 1）设计文件；（ 2）焊接材料标准、相关焊接标准及施工规范；（ 3）相关焊接性能试验及研究成果；（ 3）焊接工艺评定报告；（ 4）使用经验（来自外部的使用
9、经验介绍、自行使用经验） ；（ 5）焊材厂家的产品说明书（对焊材力学性能、工艺性能和使用特点的介绍） ；（ 6）焊材工艺性能试验结果。与此同时，可借助于相关焊接参考书籍（如焊接手册、焊接材料选用手册等） ，但应注意：焊接参考书籍不是焊材选用的依据，仅为参考资料。选购焊接材料的一般步骤：（ 1）审查设计文件对焊接材料有无规定；（ 2）若设计文件无明确规定，查阅设计文件规定的相关标准规范中对焊接材料的选择是如何规定的。若该标准有明确规定（指“应符合 XXX规定” ） ，则按此规定执行。若该标准规定“推荐采用、可按 XXX选用、或资料性附录（推荐表） ” ，除参考本标准的规定外，还应依据设计使用条件
10、、其他相关标准规范和使用经验，自选焊材的型号和牌号。（ 4）调查焊材厂家，了解焊材产品的力学性能指标、工艺性能和使用特点，并进行分析比较，选择最佳品牌。必要时应进行焊材工艺性能试验。（ 5）施工单位自选的焊材最终仍应报请设计同意。（ 6）自选的焊接材料经焊接工艺评定验证后方可正式使用。特别提醒 ：先有正确的焊条选择，然后才有焊接工艺评定验证（仅是常规性能验证） 。所有焊条选择是否合理，不完全由焊接工艺评定所决定。理由：焊接工艺评定之前进行的母材焊接性（试验）研究包括焊接方法和焊接材料相匹配的合理性。焊接工艺评定之前焊条必须确定。焊接工艺评定可验证焊条的基本使用性能（如工艺性能、力学性能、晶间腐
11、蚀性能等） 。但工艺评定不能全面地考虑设计工况条件，如设计温度、介质和使用环境下的高温使用性能、疲劳强度、抗应力腐蚀等。焊材选购确认总体原则：（ 1）要求在满足设计使用要求和保证焊材工艺性能良好的前提下，综合考虑焊工对焊材的适应能力、经济性和市场采购渠道。（ 2）焊接材料最终应通过焊接工艺评定验证。经焊接技术人员编制的焊接材料使用计划和评定合格的焊接工艺评定报告才能作为焊材采购的重要依据。（ 3） 被选购的产品还应进行焊材工艺性能试验， 确认焊接工艺性能良好的焊材牌号 （厂家品牌）才能正式使用于本焊接工程。 选择焊条的基本要点：1）考虑焊件材料的力学性能、化学成分和物理性能：（ 1）按等强度的
12、原则，选择满足接头力学性能要求的焊条。举例： Q235，按等强度的原则应选用 J42焊条，而不应选用 J50 焊条。特殊情况： 根据母材的焊接性，选用不等强度（高强度匹配或低强度匹配） 、而韧性好的焊条，但需通过改变焊缝结构形式，以满足设计强度、抗疲劳和刚度的要求。（ 2）使熔敷金属的合金成分符合或接近母材。举例： 15CrMo （ 1Cr-0.5Mo）必须选用 R307焊条（ 1Cr-0.5Mo） ，而不能选用 R207焊条（ 0.5Cr-0.5Mo ） 。（ 3）当母材化学成分中碳或硫、磷等有害杂质较高时，应选择抗裂性和抗气孔能力较强的焊条。如低氢型焊条等。（ 4）对于异种钢焊接，尤其是奥
13、氏体与铁素体异种钢焊接时的焊条选用，应考虑材料的线膨胀系数、热导率等热物理性能的差异。异种钢选用焊条的原则是：当两侧母材均为非奥氏体钢或均为奥氏体钢时， 可根据合金含量较低一侧母材或介于两者之间选用焊条。当两侧母材之一为奥氏体钢时，应选用 25Cr-13Ni 型（ A302、 A307） 、 25Cr-20Ni 型（ A402、 A407）焊条，或含镍量更高的焊条，或镍基焊条。注意： 焊接构件对力学性能和化学成分的要求并不是均衡的：有的焊件可能偏重于强度、 韧性等方面的要求， 而对化学成分不一定要求与母材一致。如选用结构钢焊条时，首先应侧重考虑焊缝金属与母材间的等强度，或焊缝金属的高韧性；有的
14、焊件可能偏重于化学成分方面的要求，如对于耐热钢、不锈钢焊条的选择，通常侧重于考虑焊缝金属与母材化学成分的一致；有的也可能对两者都有严格的要求。如异种钢焊条的选择。因此在选择焊条时应分清主次，综合考虑。2）考虑焊件的工作条件和使用性能：（ 1）焊件在承受动载荷和冲击载荷情况下，除了要求保证抗拉强度、屈服强度外，对冲击韧性、塑性均有较高的要求。此时应选用低氢型、钛钙型或氧化铁型焊条。举例： 16Mn钢用于非重要结构时可选用 J502、 J503 等酸性焊条；而当用于重要结构时，则应选用 J506、 J507 等碱性焊条。（ 2） 焊件在腐蚀介质中工作时， 必须分清介质种类、 浓度、 工作温度以及腐
15、蚀类型 （一般腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等） ，从而选择合适的不锈钢焊条。举例 ：焊接 1Cr18Ni9 不锈钢时，为了满足焊缝与母材金属成分相同的要求，对于在腐蚀要求不高的条件下工作的焊件， 可选用 A102、 A107焊条； 而对于工作温度低于 300而耐腐蚀要求较高的焊件，则应选用 A132、 A137或 A002焊条。（ 3）焊件在受磨损条件下工作时，须区分是一般磨损还是冲击磨损，是金属间磨损还是磨料磨损，是在常温下磨损还是在高温下磨损等。还应考虑是否在腐蚀介质中工作，以选择合适的堆焊焊条。（ 4）处在低温或高温下工作的焊件，应选择能保证低温或高温力学性能的焊条。举例： 12CrMo在
16、400下工作，焊接应选 R207 ，而不能选 J507。16MnDR 在 -40 下工作， 焊接应选 J507RH（ -40 ） ， 而不能用 J507、 J507Mo、J507H等焊条（ -30 ） 。3）考虑焊件的复杂程度和结构特点、焊接接头型式等：（ 1）形状复杂或大厚度的焊件，由于其焊缝金属在冷却收缩时产生的内应力大，容易产生裂纹。因此，必须采用抗裂性好的焊条，如低氢型焊条、和高韧性焊条焊条。（ 2）对于某些坡口较小的接头，或对根部焊透控制严格的接头，应选用具有较大熔深或熔透能力的焊条。举例 ：长输管线用钢 X42焊接，为保证根部焊透又不至于有过大的焊瘤，常采用纤维素型焊条 E6010
17、进行向下立焊操作。（ 3）因受条件限制而使某些焊接部位难以清理干净时，就应考虑选用氧化性强，容易脱渣，对铁锈、氧化皮和油污反应不敏感的酸性焊条，以免产生气孔等缺陷。4）考虑焊缝的空间位置：有的焊条只适用于某一位置的焊接， 其它位置焊接时效果较差，有的焊条则是各种位置均能焊接的全位置焊条，选用时要考虑焊接位置的特点：（ 1）对于仰焊、立焊缝较多的焊件，应选用钛钙型、钛型、低氢型或钛铁矿型的全位置焊条。（ 2）焊接部位所处的位置不能翻转时，必须选择能进行全位置焊接的焊条。5）考虑施焊工作条件：（ 1）没有直流焊机的场合，应选用交直流两用的焊条。（ 2）某些钢材（如珠光体耐热钢）需进行焊后消除应力热
18、处理，但受设备条件限制或本身结构限制而不能进行时， 应选用与母材金属化学成分不同的焊条 （如奥氏体不锈钢焊条A302等） ，可以免进行焊后热处理。（ 3）应根据施工现场条件，如野外操作、焊接工作环境等来合理选用焊条。6）考虑改善焊接操作环境和保证工人身体健康：（ 1）尽量选用发尘量小、产生有害气体少的焊条。（ 2）在酸性焊条和碱性焊条都可以满足的地方，鉴于碱性焊条对操作技术及施工准备要求高，故应尽量采用酸性焊条。（ 3） 对于在密闭容器内或通风不良场所焊接时， 应尽量采用低尘低毒焊条或酸性焊条。7）考虑焊接的经济性：（ 1）在保证使用性能的前提下，尽量选用价格低廉的焊条。根据我国的矿藏资源，应
19、大力推广钛铁矿型焊条（ 3 型） 。（ 2）对性能有不同要求的主次焊缝，可采用不同焊条，不要片面追求焊条的全面性能。（ 3）根据结构的工作条件，合理选用焊条的合金系统。如：对在常温下工作，用于一般腐蚀条件的不锈钢，就不必选用含铌的不锈钢焊条。8）考虑焊接效率：（ 1）对焊接工作量大的结构，有条件时应尽量采用高效率焊条，如：铁粉焊条、高效率不锈钢焊条、重力焊条、底层焊条、立向下焊条之类的专用焊条。（ 2）水平位置焊接时采用铁粉焊条，垂直位置焊接时采用下向焊条等，均可大大提高生产率和降低成本。9）考虑焊条的工艺性能：焊条工艺性能的好坏是焊条使用的前提。工艺性能不好的焊条会产生各种焊接缺陷 。（ 1
20、）对于同一牌号（型号）的焊条，不同的生产厂家，其工艺性能差别很大，需要我们在采购时认真分析。（ 2）采购不同厂家同一牌号的焊条时，还应考虑焊工的习惯问题和对该焊条工艺性能的适用性。4.3 焊接坡口的设计、加工和组对4.3.1 焊接坡口的设计当设计文件对坡口的形式和尺寸（坡口角度、纯边、组对间隙）有明确规定时，在方案中应注明“坡口的形式和尺寸应符合设计文件的规定” 。当设计文件未明确规定坡口形式和尺寸时，应根据焊件的结构特点（结构刚性、接头型式、材质、厚度、焊接位置） 、使用条件、焊接方法及工艺要求，结合现场施工条件选用标准的坡口形式和尺寸（即相关标准规范推荐的坡口形式和尺寸） ，也可根据经验自
21、行设计坡口。坡口形式和尺寸由本方案或焊接工艺规程给出（画出坡口图） 。当设计文件规定的坡口形式和尺寸不能满足现场施工条件时，也可修改坡口形式和尺寸，但必须报设计认可。当有焊接衬垫要求时，应规定焊接衬垫的形式、材质和规格尺寸。必要时应提出衬垫的加工或采购技术要求。当有非金属或非熔化的焊接熔池金属成形块（或焊缝背面成形块）要求时，应规定其型式、材质和规格尺寸。必要时应提出成形块的加工或采购技术要求。提示：坡口设计应注意事项设计焊接坡口的根本目的是确保接头根部的焊透， 并使两侧的坡口面熔合良好。 坡口设计对焊接质量有重要影响。常用的坡口形式有： I 形、 V 形、 X形、 U形、双 U形、 J 形、
22、双 J 形、半 V 形、 K形等，其中 V 形、 X 形、 U形及双 U形坡口又包括有钝边和无钝边两种。有的坡口还有加垫板的形式。设计坡口应注意以下事项：（ 1）考虑母材的焊接性。如镍及镍合金焊接时，溶池金属的流动性差，焊接时的熔透深度一般只有碳钢的 50左右， 为使熔合良好且有一定熔深， 坡口设计应与铁素体钢有所区别，坡口角度应适当增大，根部钝边应适当减小。（ 2） 焊缝填充金属尽量少。 U形坡口焊缝填充金属少， 根部应力集中小且有利于根部焊道的成形。带钝边的 U形坡口还便于部件的组装，缺点是加工复杂。（ 3）减少焊接残余应力和变形。坡口设计时应重视焊缝的对称性，对称的 X 坡口具有角变形量
23、小和应力集中系数小的优点，在中厚板对接时得到广泛应用。但实际生产中（特别是较厚的板）若设计成对称的 X坡口，先焊侧焊后要在背面清根，清根后使原对称的坡口变成不对称。即使不清根，先焊侧产生的角变形大，对称坡口的后焊侧因刚性增加，不可能具有先焊侧的角变形，最后仍有残余角变形。若选择几何尺寸适当的不对称 X 坡口，最终可获得较好的对称焊缝和较小的角变形。不对称的 X 坡口在国内外已广泛应用， 其坡口角度一般在 60-70 度。 但随着板厚的增加，先焊侧坡口的角度相应的减小（坡口的深度应增大） ，从而减少焊缝填充量，减少角变形和焊接残余应力。（ 4）减少异种金属焊缝的稀释率（如复合板、奥氏体不锈钢与珠
24、光体钢焊接） 。（ 5）有利于焊接防护。（ 6）避免产生缺陷。设计坡口应排除的最大隐患是根部未焊透和侧壁未熔合。因此，应合理选用坡口角度、间隙和钝边。（ 7）使焊工操作方便。4.3.2 坡口加工：明确坡口的加工方法、 加工技术条件和质量要求。 坡口加工质量应符合设计文件和相关标准规范的规定。提示：（ 1）坡口加工方法包括热加工（气焊火焰切割、等离子切割等）和冷加工（机械加工、砂轮机打磨等） 。所有材料均首选机械方法加工坡口。（ 2）碳钢、低合金钢、低温碳钢和铬钼珠光体耐热钢管道也可采用氧 - 乙炔火焰切割加工坡口。采用氧 - 乙炔火焰切割加工时，应用砂轮机打磨的方法除去坡口表面氧化皮、熔渣及影
25、响接头质量的表面层，并应将凹凸不平处打磨平整。（ 3）不锈钢管道也可采用等离子弧切割坡口，但应打磨至金属光泽。（ 4）奥氏体不锈钢、镍基合金及钛管采用砂轮修磨时，应使用专用砂轮片。（ 5）管道的支管与主管焊接连接时，在主管上开孔首选机械方法（钻孔或砂轮切割） 。当采用氧乙炔火焰或等离子切割开孔时， 应防止熔渣等杂物落入主管内。 应及时清除管端和管内的熔渣，加工出符合设计、标准或焊接工艺规程要求的坡口尺寸。不锈钢和有色金属管严禁采用氧乙炔焰、电焊条和碳弧气刨方法切割开孔。4.3.3 焊缝设置与坡口组对（ 1）明确焊缝设置的原则（焊缝间的距离、丁字缝、十字缝等） 、组对方法、组对尺寸要求（组对间隙、错边量、角变形（棱角度）允差等） 、不等厚焊件的削薄处理方法等要求。（ 2）对焊件和坡口组对用的工装卡具提出要求。应规定工卡具的材质、结构型式和尺
