施组设计下载简介：

内容预览随机截取了部分，仅供参考，下载文档齐全完整

专题讲座：如何编制焊接工程施工方案

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

DBJ61／T 71-2012标准下载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）；

（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：

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）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，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）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。

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。

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。

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

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。

如：公称直径大于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。

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。

●选购焊接材料的依据依次为：

（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、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：

①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。

②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。

（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。

★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在下工作，焊接应选R207 ，而不能选J507。

16MnDR在下工作，焊接应选J507RH（ ），而不能用J507、 J507Mo、 J507H等焊条（ ）。

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：

（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。

（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）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

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、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。

（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。

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。

（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。

（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。

（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、结构型式和尺寸、安装和拆卸方法、焊接要求、使用注意事项等。

●焊缝设置和坡口组对注意事项

（1）焊缝的设置应避开应力集中区，便于焊接和热处理。这样可防止焊缝区应力迭加，减少造成焊缝破坏的隐患，并避免因环境障碍而影响焊工操作技能的发挥和热处理工作的进行。

（2）在焊缝上开孔会使焊缝应力状态恶化，所以多数规范规定不宜在焊缝及其边缘上开孔。当无法避免在焊缝上开孔或开孔补强时，应对以开孔中心为中心、1.5倍开孔直径或补强板直径范围内的焊缝进行无损检测，检测合格后方可进行开孔。被补强板覆盖的焊缝应磨平。

（3）应通过焊接构件的工厂化预制，尽可能地采用平焊位置和转动焊位置，减少固定焊位置。现场装配时应保证固定焊位置设在易于操作和安全的位置，并应尽可能地远离设备接口。

（4）焊件组对时应垫牢固，并应采取措施防止焊接和热处理过程中产生附加应力和变形。尽量避免强力组对（除冷拉伸或冷压缩管道外）。

如：管道支管与主管的连接接头及补强圈组对焊接时，应注意控制支管与主管的角度，采取措施防止出现塌腰收缩变形。

焊件组对错边量的大小直接影响到根部焊道质量，削弱接头强度。尤其是单面焊焊缝，如局部错边量过大，易导致焊缝根部产生未熔合缺陷和造成应力集中。有些管道还会因错边产生冲刷腐蚀。

一般施工标准规范对错边量的规定主要是从能否保证焊接质量来考虑，同时也考虑了管材制造本身允许的壁厚误差，对不等厚焊件组对时错边量的处理要求，既从保证焊接质量出发，又考虑了工况条件、应力集中因素和焊件的外观质量。

◎举例：管道焊接的错边量：

特别提醒：对于带颈对焊法兰和承插焊法兰，现场经常遇到与管子的对口错边问题，原因在于有些设计人员在选配法兰时没有考虑所接钢管的壁厚。当所接钢管的实际壁厚与标准有较大差异时，现场不得不为避免内壁错边而进行修整，自然增加了现场工作量。为解决类似问题，需要现场工程技术人员经常与设计人员沟通，从源头得到妥善的处理。

（6）焊件组对间隙：应符合设计文件的规定。也可根据现场情况和经验在焊接工艺指导书中规定。

（8）奥氏体不锈钢焊缝组对时，禁止使用碳钢工具，也不得在不锈钢管上用碳钢卡具进行定位焊。

●坡口3）明确组对工装夹具要求

由于工夹具焊缝短，受热影响硬而脆，容易产生焊接缺陷，所以除通过组装方法和工夹具设计的改进使得工夹具焊点数最少外，还应符合以下规定：

（1）工夹具材质宜与母材相同或同一类别号。

（2）工夹具焊接(焊材和工艺)应与正式焊接相同。

焊件组对一般使用组对卡具，若使用需焊接在焊件上的组对卡具时，卡具与焊件接触部分的材质应与管材成分相同或同一类别号。工卡具焊接用的焊材和焊接工艺应与正式焊接相同（采用手工焊）。

卡具的拆除应用砂轮，不得用敲打、掰扭的方法。拆除工夹具不应损伤母材，焊疤应打磨修整。

自动焊时引弧板和熄弧板的设置宜与母材相同或同一类别号。

需预拉伸或预压缩的管道焊缝组对时的附加应力由工夹具所承受，为防止该附加应力在工夹具拆除后迭加到焊缝上，在焊完及热处理完毕焊缝已达到足够的强度和塑性，并经检验合格后方可拆除。

（1）应规定定位焊缝由合格焊工施焊；

（2）应规定采用与正式焊缝相同的焊接材料、预热条件和焊接工艺，可列出焊接方法、预热方法和具体的定位焊接工艺要求；

（3）应规定定位焊缝的长度、厚度、间距和焊点数。

（4）应规定正式焊缝焊接前对定位焊缝的检查要求和缺陷处理方法。

提示：对“定位焊缝”的要求

（1）定位焊缝即使要求在打底焊前或背面清根时被清除，但由于其焊接热循环仍然对母材焊接坡口热影响区造成一定影响。如对合金钢的焊接坡口热影响区可能产生氢致裂纹。而且受焊工责任心的影响，定位焊缝仍会有一部分残留于正式焊缝内。所以对定位焊缝的焊接要求与正式焊缝同样对待：

①由合格焊工施焊；相同焊材、预热条件和焊接工艺）。

②采用的焊材和焊接工艺应与根部焊道相同（自动焊时用手工焊进行定位焊）。

（2）定位焊缝承受组对应力。所以定位焊缝尺寸（长度、厚度、间距或焊点数）应能保证焊缝在正式焊接过程中不致开裂。

（3）用氩弧焊进行定位焊时，高合金铬钼耐热钢、奥氏体不锈钢耐热耐蚀高合金钢和镍合金的焊缝背面应进行充氩保护。

（4）为保证底层焊道成型良好,减少应力集中,定位焊缝应平缓过渡到母材上，且应将焊缝两端磨削成斜坡。正式焊接时，起焊点应在两定位焊缝之间。

（5）定位焊缝过短、过薄、易撕裂，存在缺陷的可能性大。这些缺陷在焊接过程中常常不能全部熔化，而保留在新的焊道中，形成根部缺陷。因此应保证定位焊缝焊透及熔合良好,且无气孔、夹渣等缺陷，并及时对定位焊缝应进行清理检查，对发现的缺陷进行打磨处理和修整。

明确所焊材料焊前是否需要预热，如需预热，应明确焊前预热温度、层间温度范围、预热温度及层间温度的保持方法（加热方法）、加热范围等。

（1）根据第一章所述的材料焊接性和焊接结构特点分析结果，确定各种焊接结构部件（或部位）是否进行焊前预热或确定预热条件。

（2）如果需要预热，应明确预热温度、加热方法、加热范围和测量方法，对预热提出具体的技术要求和控制措施。

（3）应明确层间温度的控制范围、技术要求及控制措施。

（4）根据材料和结构部件的焊接特点，提出是否后热的要求。若需要后热，则应明确后热温度和保持时间（或焊后及时保温缓冷的措施）、后热的加热方法、加热范围和测量方法，对后热提出具体的技术要求及控制措施。

提示一：焊前预热及层间温度控制

（1）降低焊接接头的冷却速度，延长奥氏体的转变时间（t8/5），降低钢材的淬硬程度。

（2）有利于焊缝金属扩散氢的逸出。

（3）在一定程度上还可以调整或减轻焊接残余应力，改善应力条件。

●预热温度的影响因素：

钢材焊接是否一定需要预热，亦即在什么情况下要进行预热，以及预热温度的高低如何确定，受到下列因素的影响：

（1）环境温度和湿度的影响：环境温度低，湿度大，预热温度须提高。板厚越小，气温影响越明显；大厚板时，气温影响就不明显了。

（2）板厚的影响：板厚增大，导热加快，所以需较高预热温度。

（3）钢的强度的影响：钢的强度级别越高，冷裂倾向越大，预热温度也应相应地有所提高。如果焊缝强度较母材有所降低，预热温度则可适当降低。

（4）钢的成分的影响：钢的成分影响钢的淬硬倾向，可用碳当量来比较其影响。预热温度应随碳当量的提高而提高。

（5）钢的热处理状态的影响：同一钢号因热处理状态不同，预热的温度也可能不一样。如采用焊条电弧焊焊接正火状态钢材，预热温度可高些；而采用气电焊或埋弧焊焊接调质钢时，既要防止焊接接头淬硬造成开裂，又要避免接头过热造成“软化”，则预热温度又不宜过高。

（5）拘束度的影响：拘束度增大，预热温度必须增大。通常采用斜Y形坡口焊接裂纹试验方法、窗型拘束焊接裂纹试验方法、刚性固定法裂纹试验方法、焊接热影响区最高硬度试验方法等来确定预热与否和预热温度。

（6）焊接材料类型的影响：主要归结为含氢量和焊缝强度级别的影响，两者提高，预热温度也应随之有所提高。如Cr5Mo钢选用奥氏体焊条A307时的预热温度可以降低。

（7）焊接线能量的影响：提高焊接线能量，预热温度可以降低。

（8）焊接方法的影响：如钨极氩弧焊打底时的预热温度比手弧焊可适当降低（约低50℃左右）。理由是：钨极氩弧焊的焊接速度慢，在焊接的局部事实上产生了所需的预热温度；同时也可减少过量的熔深，有利于控制焊道内外表面成形。

（9）后热的影响：虽然后热的主要作用是消氢处理，但后热延缓了焊接接头的冷却速度。所以采取后热措施时，预热温度可适当降低，甚至也可能不必预热。

综上所述，确定预热温度应综合考虑钢材的淬硬性（强度和成分）、焊件厚度、结构刚性（拘束度）、焊接方法、线能量、焊接材料和环境温度等因素。

◇大部分标准规范所推荐的预热温度是材料的最低预热温度值要求，只考虑了材质和厚度两个因素。实际上，预热不仅要考虑材料的淬硬性和焊件厚度，还应考虑结构刚性、焊接方法和环境温度等因素，当遇有拘束度较大或环境温度低等情况时应适当增加预热温度。

◇提高预热温度常常会恶化劳动条件，使生产工艺复杂化。过高的预热和层间温度还会降低接头韧性（特别是低温钢和调质钢）。无谓的提高预热温度也加大了施工成本。因此焊前是否需要预热和预热温度如何确定要认真考虑。

◇实际预热温度不能照搬焊接工艺评定资料中的预热温度值。比如说：如果焊接工艺评定中未规定预热温度，而现场实际焊接时可能需要采取一定的预热措施，这时的原焊接工艺评定仍然有效。

●确定预热温度的基本原则：

（1）为防止钢材焊接时产生冷裂纹，须确定最低预热温度。实际预热温度只要不低于所确定的最低预热温度即可。

（2）最低预热温度可根据抗裂性试验结果确定。

（3）预热温度并非越高越好，不适当地提高预热温度会损及焊缝强度，同时还会增大熔合比而致增大母材成分对焊缝的影响。

（4）规范规定的层间温度应视为预热温度的上限。

（5）在进行焊接工艺评定和制定焊接工艺规程时，应根据标准规范，参考有关研究成果资料和来自内外部的使用经验，结合现场的具体条件，确定预热温度，并符合设计文件的规定。

（6）当钢焊件温度低于0℃时，为防止起弧处焊缝和热影响区的低韧性和氢致裂纹，规范规定所有钢材焊缝应在始焊处100mm范围内预热至15℃以上。

（7）非奥氏体异种钢焊接时，按焊接性较差的一侧钢材选定预热温度，即可满足两侧钢材对预热温度的要求。

●预热的加热方法、加热范围和测量方法

（1）一般采用电加热或火焰加热方法进行加热。

（2）预热区域范围并非仅是焊缝和热影响区，还要考虑焊件的散热问题，以保证焊件焊接时的焊缝和热影响区温度（含壁厚方向的温度梯度）符合要求。而焊件的散热程度与焊件材质和尺寸（表面积和壁厚）有关。实际预热的加热范围要结合焊件的实际情况确定。

◇定位焊缝和工卡具焊接应考虑预热要求。

◇局部预热时，应防止局部应力过大。

多层焊时，施焊后续焊道之前，相邻焊道各层之间所应保持的最低温度称为层间温度（也称道间温度）。控制层间温度实际上是维持多层焊道间的预热工艺，其作用与预热相同。

◆控制层间温度的目的：

（1）一方面维持一定的层间温度（一般不低于预热温度），以防止焊接接头产生淬硬组织。如果层间温度不足，就相当于预热温度偏低而达不到预热的目的。

（2）另一方面限制层间温度不能太高，以提高接头冲击性能和耐腐蚀性能。若层间温度过高，说明层间的预热温度过高，无形中增大了焊接线能量，易引起过热或产生接头塑性和冲击功的下降。层间温度过高也会恶化焊工的操作条件。

◇对于低温钢和调质钢，将导致焊缝塑性和韧性降低。

◇对铬钼合金钢还可能在热影响区形成“软化区”，导致热强性明显下降。

◇对于奥氏体不锈钢、耐热耐蚀高合金钢、镍基合金等，将导致接头过热，抗腐蚀性能下降。

（1）层间温度应符合焊接作业指导书的规定。

（2）对要求焊前预热的焊件，其层间温度应在规定的预热温度范围内。

（3）多数规范规定：对层间温度有明确规定的焊缝，应测量层间温度。

（4）低温钢、奥氏体不锈钢、耐热耐蚀高合金钢及镍基合金材质的焊缝其层间温度应控制在100℃以下。

后热是指焊接坡口（一侧或两侧）填满后，立即（务必立即）对焊接区域加热或保温冷却的工艺措施。它不等同于焊后热处理。

（1）后热的主要作用是降低焊缝结晶后接头的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢逸出，所以又称消氢处理。它是防止高强钢出现延迟裂纹的有效措施。

（2）后热对于容易产生冷裂纹而又不能立即进行焊后热处理的焊件更为现实有效。焊后若不能及时热处理，则应立即进行后热，既可防止氢致裂纹，又可腾出时间在热处理前对焊缝进行无损检测，及时发现超标缺陷及时返修，防止热处理后因返修而重复进行热处理。

（3）对于需限制预热和层间温度的高强钢或铬钼钢，采用预热加后热的工艺，不仅防裂效果显著，而且因预热温度降低，改善焊工的操作条件，有利于保证焊接质量。

（5）后热对焊接残余应力的松弛效果：用16MnR的里海拘束试验，焊后分别进行200℃、300℃和350℃后热，保温1.5小时，然后测试焊接接头的残余应力，与不后热的试板进行比较，其残余应力松弛峰值分别下降12.7%、17.9%和26.0%。（20世纪90年代中期，南京化工学院进行的研究）

（2）后热保温时间与焊缝厚度有关，厚度越大，保温时间越长。多数标准规范规定后热的保温时间为0.5小时以上。

（3）后热可有效地防止冷裂纹和再热裂纹，但其温度并非越高越好，对于某些钢种，后热温度太高会引起脆化。

对施焊全过程提出相应的焊接技术措施（含工艺操作要点）。主要内容包括：

4.5.1电特性（焊接工艺参数）

（1）规定焊接电源、电流种类或极性。对于钨极气体保护焊，还应明确有无脉冲电流。

（2）参考焊材说明书，结合焊接结构和材料类型以及施焊经验，提出焊接电流、电弧电压、焊接速度等焊接参数，作为焊接工艺评定和制定焊接工艺规程的依据。

（3）对焊接线能量有要求（如有冲击性能要求）时，应规定焊接线能量的范围。

（4）对于钨极气体保护焊，应明确钨极种类和直径。

（5）对于熔化极气体保护焊，应明确电弧过渡方式（喷射弧、熔滴弧、脉冲弧或短路弧）。

提示：焊接线能量（焊接热输入）

焊接热输入是焊接工艺中的重要参数，它是指熔焊时，焊接电弧供给单位长度焊缝的热能量。对于电弧焊，常用“线能量”的概念来衡量焊接热源的热作用。每单位长度焊缝从移动热源输入的能量数量即为线能量。实践表明，线能量是一个极为重要的焊接参数，在焊接施工中有着很重要的作用。但线能量这一参数不宜用来在不同焊接方法之间进行比较。如：两条焊道，所用线能量基本相同，埋弧焊的线能量为18000J/cm，手弧焊为19500 J/cm，但焊道尺寸相差很大，特别是熔深的差别。埋弧焊线能量比手弧焊小一些，但熔深大得多，焊道尺寸也显然很大。

对某些材料的焊接，为保证其焊接质量，除应正确选择焊接方法和焊接材料外，执行焊接工艺的一个共同特点就是控制焊接线能量。

●线能量对焊接接头性能的影响：

◆不同的材料对焊接线能量控制的目的和要求不一样：

（1）多数钢材焊接时都须限制焊接线能量的上限，以免发生过热软化或脆化。

（2）而对于最广泛应用的结构钢还须限制其下限，否则易于产生冷裂纹。

（1）焊接低合金高强钢时，为防止冷裂纹倾向，应限定焊接线能量的最低值；为保证接头冲击性能，应规定焊接线能量的上限值。

（2）焊接低温钢时，为防止因焊缝过热出现粗大的铁素体或粗大的马氏体组织，保证接头的低温冲击性能，焊接线能量应控制为较小值。

（3）焊接奥氏体不锈钢时，为防止合金元素烧损，降低焊接应力，减少熔池在敏化温度区的停留时间，避免晶间腐蚀，应采用较小的焊接线能量。

（4）焊接耐热耐蚀高合金钢时，为减少合金元素烧损，避免焊接熔池过热而形成粗晶组织降低高温塑性和疲劳强度，防止热裂纹，获得较好“等强度”的接头，应采用较小的焊接线能量。

（5）珠光体钢与奥氏体钢异种钢焊接时，应采用较小的线能量以降低熔合比，避免接头珠光体钢一侧产生淬硬组织，防止扩散层。如果珠光体钢淬硬倾向较大，则焊前应预热，预热事实上是提高了焊接热输入。

（6）铝及铝合金焊接时，为防止气孔，应采用大的焊接电流配合较高的焊接速度应是焊接工艺参数的最佳匹配，即采用适中的焊接线能量。

（7）工业纯钛焊接时，为保证接头既不过热，又不产生淬硬组织，应采用小电流、快焊速，即采用较小的焊接线能量。

（8）镍及镍合金焊接时，为防止热裂纹，应采用小线能量。

●焊接线能量最佳范围的确定方法

◆焊接试验测定：

◇步骤一：焊接线能量的上、下限取决于冷却速度t8/5的上、下限。 所以计算焊接线能量前必须先确定t8/5的上、下限，主要有两种方法：

（1）实测法：通过抗裂试验求得不产生冷裂纹的最小临界冷却速度t8/5；通过实际焊接试板，变化线能量，测定冲击值，按某一判据确定t8/5的上限。实测时只采用一种板厚（常用20mm）即可。

（2）CCT图法：即利用具体钢种的CCT图估计t8/5的上、下限。

◇步骤二：根据经验暂先确定一个预热温度，待求得线能量之后，再按照已求得的线能量值来校核预热温度，然后进行适当调整。

◇步骤一：在焊接工艺评定前的制定焊接工艺指导书过程中，主要根据材料的焊接性能试验结果或参考有关现成的试验研究成果，确定焊接线能量的上、下限。

◇步骤二：通过焊接工艺评定试验验证所选定的线能量最佳范围对焊接工艺条件的适应性。

需强调的是，对于整个焊接接头而言，焊接线能量最佳范围的确定不仅要考虑母材的特性，还要考虑焊接材料的匹配问题。

对于某种母材，选用不同的焊接材料，应有相应的焊接工艺参数和焊接线能量，方可使焊接接头获得最佳的强韧性配合。

实践中采取必要的试验，如通过焊接工艺评定试验相结合，来判定焊缝金属在所选定的最佳焊接工艺条件下的适应性。

●焊接线能量的控制方法：

是否有焊接线能量要求，需要设计文件提出相应的性能指标（如冲击韧性、耐腐蚀性能等），以便焊接工艺人员按照设计文件要求考虑焊接线能量、焊接层数、每层厚度和层间温度的控制要求。

当设计文件、相关标准提出的性能指标如冲击韧性、耐腐蚀性能等对线能量及其相关的焊接层数、每层厚度、层间温度有严格要求时，应在焊接工艺规程中规定焊接线能量、焊接层数、每层厚度和层间温度的控制要求，施焊中通过对这些参数的记录来检查和证实焊接线能量及其相关的焊接层数、每层厚度、层间温度的要求是否得到满足。

◆焊接工艺评定对线能量的控制要求：

（1）当有冲击性能要求时，为了减少焊接工艺评定的数量，宜在焊接工艺评定时选择实际焊接中可能出现的最大线能量。

（2）焊接线能量最大值的计算方法是选择焊接电流、电弧电压的最大值，而焊接速度则选择最小值。

（3）最大线能量评定合格后，实际焊接中选用较小的线能量就无需重新评定。因为线能量增大则韧性较差，评定时按韧性较差的条件以保证焊件焊接时有足够的韧性。

◆焊接线能量的计算公式：

通常焊接线能量采用下列公式进行计算（适用于单电弧焊接方法，针对于每条焊道，并且不考虑累积）：

线能量Q=60IV/v （J/mm）

由于电弧能量并不能全部用于加热焊件，总是有所损失，有效线能量应为Qη。η为热效率，与焊接方法有关：

电弧焊的加热热效率（焊接结构钢）

当焊接电流、电弧电压最大而焊接速度最小时，线能量最大。反之，线能量最小。可见，直接决定焊接线能量的因素是焊接电流、电弧电压和焊接速度。

◆现场施焊时线能量的测量方法：

（1）由电流表、电压表读数和测量单位时间熔敷焊道的长度（焊接速度）计算线能量。该方法对电流表和电压表有精度要求，焊工也不便于直接观察，且焊接电缆过长或电力网络波动都会影响到数据的准确性。

（3）事前用焊接工艺评定报告中最大线能量焊出几条焊道（以每根焊条为准），测量各条焊道的长度，求出平均值，得到相应于该线能量的焊道长度，以后在施焊产品时，控制焊道长度不短于规定长度，则也控制了线能量。

●焊接线能量与相关变素的关系：

焊接工艺评定标准中提出的“焊接工艺因素”中，与焊接线能量有关的变素包括：预热温度、层间温度、焊接层次（含焊道尺寸）、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电流种类与极性、焊接位置和焊条直径等。

（1）直接决定焊接线能量的因素是焊接电流、电弧电压和焊接速度。

（2）焊接层数和层厚取决于焊接电流、电弧电压和焊接速度的大小，当认为控制焊接线能量有必要时，焊接作业指导书一般对焊接层数和层厚都作规定。

（3）预热温度与焊接线能量的影响是相同的，在保持焊缝和热影响区冷却速度不变的情况下，若提高预热温度，则必须减小焊接线能量。

（4）间接影响线能量的因素。如：

◇层间温度：层间温度高了，无形中增加了线能量；

◇焊接位置：所有不同的焊接位置中，以立向上焊位置的焊接线能量最大；

◇焊条直径：焊条直径增大，相应地要增大焊接电流。

4.5.2 焊接用气体：

（1）对于气焊，应规定可燃气体的种类和质量指标。

（2）对于气体保护焊，应规定：保护气体的种类（Ar、CO2等或混合保护气体）；保护气体的质量标准和干燥、筛选措施；保护气体的成分（配比）、流量；气体保护的区域范围（焊接熔池、焊缝背面或焊缝尾部）；焊缝背面或尾部气体保护的方法（保护装置及安装方法）；气体保护的操作要领和注意事项。

提示（一）：焊接用气体的选用标准

（2）二氧化碳气体保护焊所用的CO2气体纯度不应低于99.5%，含水量不应超过0.005%，使用前应预热和干燥。当瓶内气体压力低于0.98MPa时应停止使用。

（3）氧乙炔焊所用的氧气纯度不应低于98.5%，乙炔气的纯度和气瓶中剩余压力应符合现场国家标准《熔解乙炔》GB6819的规定。

（4）焊缝背面充氮保护时，氮气的纯度应大于99.5%，含水量小于50mg/l，管内氮气浓度应大于99.9%，充气流量不宜过大，以保证气体有流动状态为佳。

提示（二）：气体保护焊的气体保护范围

●合金钢材质氩弧焊时的背面充气保护

合金钢宜采用氩弧焊打底焊。对合金元素含量较多的钢种，在氩弧焊打底时焊缝内侧必须充保护气体加以保护，否则焊缝内表面将会被严重氧化，甚至形成疏松组织而无法成形，严重影响焊缝质量。

对含铬量大于或等于3%或合金元素总含量大于5%的焊件，氩弧焊打底焊接时(晋)12J4-2 专用门窗，焊缝内侧应充氩气或其他保护气体，或采取其他防止内侧焊缝金属被氧化的措施。

国外及国内一些单位采用氮气或氩气+氢气等其他气体作为背面保护气体已取得了成功经验。

（1）直径大于等于600mm的奥氏体不锈钢管道和奥氏体不锈钢设备的根部焊接采用双面同步氩弧焊工艺，具有焊缝背面充气保护的效果和实现良好的焊缝背面成型。

（2）铝及铝合金设备和大口径管道的根部焊接采用双面同步氩弧焊工艺，具有以下特点：

◇可较充分地利用电弧热量从而降低能源；

◇熔池始终处于Ar保护之下，两侧电弧对熔池都有搅拌作用，有利于夹杂物气体的逸出，焊缝质量高。

◇焊缝背面成型良好，焊后不用清根，生产效率高，焊件变形小。

●钛材氩弧焊时的充气保护范围：

有色金属钛是一种活性极强的金属DB23／T 2639-2020标准下载，钛在焊接过程中极易吸收氧、氩、氮等，致使其塑性下降，因此焊缝保护是钛焊接的重要措施。钛材的焊接保护区域包括处于400℃以上的所有焊接区域，分三个部分同时进行焊接保护：