核电焊接与质量控制概论n文档格式.docx
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加热、熔化、冶金反应、结晶、固态相变至形成焊接接头。
Δ焊接热过程：
局部的受热和局部熔化→焊接温度场→焊接应力与应变→冶金反应→结晶、相变和变形等。
Δ焊接化学冶金过程
（1）在熔化金属、熔渣和气相之间进行一系列的化学冶金反应。
（2）如金属的氧化还原、脱硫、脱磷、渗合金、除氢等。
（3）冶金反应直接影响焊缝金属的成分、组织和性能。
Δ焊接时金属的结晶和相变过程
（1）熔池金属由液态转变为固态。
（2）快速连续冷却局部拘束应力，在焊缝金属的结晶和相变时有可能产生偏析、夹杂、气孔、裂纹、脆化等缺陷。
（3）控制和调整焊缝金属的结晶和相变过程是保证焊接质量的关键之一。
（4）焊接热影响区[（HAZ（Heat-affectedzone））。
（5）焊接热循环
2.3熔化焊接特点（熔化焊与冶炼钢铁原理相同，但有很大区别）
2.3.1热源为移动的
2.3.2热源温度高而集中：
气焊火焰3000K，电弧焊弧柱温度5000~8000K，TIG弧柱高达10000K以上
2.3.3受热金属体积小
2.3.4熔凝时间短促
2.3.5具有高的温度梯度
2.3.6化学反应不平衡
2.3.7化学成分和金相组织的变化
2.3.8基本金属的组织变化
2.4焊接结构的特点
2.4.1应力集中变化范围大
2.4.2较大的焊接应力和变形
2.4.3较大的性能不均匀性
2.4.4焊接接头的整体性
2.4.5焊接接头的不连续性
3．核电焊接质量与核设施安全的关系
3.1质量——一组固有的或赋予的、定性的或定量的特性满足明示的、通常隐含的或必须履行的要求或期望的程度。
3.2核电站是真正实施质量第一、核设施安全第一的质量安全方针，一切工作围绕质量，而质量是保证安全的唯一措施。
3.3核电焊接属特殊工艺过程，核电焊接是质量的关键
3.3.1焊接质量对防止核电站泄漏造成核物质放射性污染具有特殊性
3.3.2焊接质量对核电厂安全运行极具重要性
Δ焊接工艺及焊接接头的特殊性
Δ焊接接头质量和性能关系到关键设备在核安全状态下稳定运行的可靠性
3.4焊接质量、控制与检验的关系
3.4.1焊接质量问题（缺陷）是制造加工安全、运行出来的，而不是检验出来的
3.4.2焊接质量控制要执行预防为主，通过过程控制结果
3.4.3焊接检验更大程度的是起到把关作用
3.4.4焊接检验合格有时并不完全代表质量合格
二、核电焊接中应用的焊接方法
1．基本焊接方法及分类
2．常用焊接方法英文缩写及代号（见下表）
序号
焊接方法名称
数字代号
英文缩写
英文全称
一
焊条电弧焊
（手工电弧焊）
111
SMAW
（USA）
ManualMetalarcWeldingshieldedMetalarcWelding
二
埋弧焊
SAW
丝极埋弧焊
121
SubmergedarcWeldingwithonewireelectrode
带极埋弧焊
122
Submergedarcweldingwithmultiplewireelectrode
三
熔化极气体保护电弧焊
13
GMAG
1．熔化极隋性气体保护焊
（含熔化极氩环焊）
131
MIG
Metalinertgaswelding
2．熔化极非隋性气体保护焊（CO2）
135
MAG
Metalactivegaswelding
四
钨极隋性气体保护焊
141
GTAG
TIG
Tungsteninertgaswelding
五
等离子粉末堆焊（喷焊）
152
Powderplasmaarcwelding
六
等离子MIG焊
151
PlasmaMIGwelding
七
电阻焊
Resistancewelding
八
氧乙炔焊
311
Oxy-acetylenewelding
九
电子束焊
51
Electronbeamwelding
十
激光焊
52
Lase（beam）welding
十一
电渣焊
72
ESW
Electroslagwelding
十二
硬钎焊、软钎焊、钎接焊
Brazing,Solderingandbrazewelding
3．核电焊接应用举例
3.1核电反应堆压力容器内表面带极埋弧堆堆不锈钢（SAW）
3.2核岛主管道等厚壁奥氏体不锈钢管道TIG/SMAW焊接
3.3核堆fwyc零件的激光焊
3.4Ω环密封件的脉冲氩弧焊
3.5压力容器筒体的电渣焊及埋弧焊
3.6阀门的焊接等
3.7铝母线套管焊接
大型原子反应堆压力容器
第二节核电焊接质量管理与保证
一、核电焊接质量管理的模式
1．核电焊接质量管理的模式是大纲加程序
1.1大纲加程序的管理模式具有其先进性和实效性。
1.2大纲是指我国现行的核设施标准HAF4000系列和相应国家的核设施标准，如法国的RCC，加拿大的CASN286，美国的ASME第一卷“核动级设备”第九类“焊接及钎焊评定”及其它相关标准和根据标准所编制的质量保证手册或大纲。
1.3程序是指制造、施工生产过程中的标准、管理要求和技术质量要求，即达到质量要求的过程内容的总和。
1.4大亚湾核电站建设中（BOP）焊接质量保证主要依据的控制程序
1.4.1填充材料的产品（引用法国标准NFA81-309、NFA35-055）
1.4.2焊接工艺评定程序（引用法国标准AQUAP1.82）
1.4.3焊工资格考试程序（NFA88-110）
1.4.4填充材料的保和和发放程序（承包商拟制、业主批准）
1.4.5焊接施工及工艺程序（承包商拟制、业主批准）
1.4.6焊接检验程序（NFA88-110）
1.4.7焊接施工记录程序（承包商拟制、业主批准）
二、焊接质量管理的内容
1．设计管理
1.1合同的质量保证要求
1.2按规范或标准选择材料和结构
2．工艺管理
2.1焊接工艺评定（英文：
Weldingprocedurequalification，缩写PWQ）
2.2焊接工艺规程（英文：
Weldingproceduresheet，缩写WPS）
3．焊工管理
3.1焊工技能评定（培训与考试）
3.2焊工合格证的有效期及适项范围
4．焊接材料管理
从采购、验收、储存、烘熔、发放、记录全过程
5．生产管理
6．检验管理
6.1检验方法：
6.1.1无损检验：
VT、MP、PT、UT、RT
6.1.2破坏性检验：
力学性能、化学成分、金相分析、耐蚀性等。
6.2人员资格评定：
焊工及焊接操作工、检验人员、技术人员等。
6.3检验工艺评定
6.4检测报告
6.5检测范围及频度
三、焊接质量控制和检验
1．焊接质量检查要点（见表1）
表1焊接质量检查要点
过程
检查项目
检查要点
焊
接
前
工艺评定
1．焊接方法及焊接设备的适用性
2．接头形式、坡口尺寸和形状是否适宜
3．焊接工艺水平有无问题
4．力学性能试验是否符合标准
5．无损检验是否合要求
焊工考核
1．焊工资格
2．焊工技术水平
3．焊接试板质量（力学性能及无损检验）
坡口及装配质量
1．根部间隙是否在规定范围
2．钝边是否符合规定
3．坡口清理情况
4．垫板情况
5．装配质量（包括反变形情况）
母材复验
1．化学成分
2．力学性能
3．有关物理、化学性质
4．有无缺欠（夹层、夹杂物，平整度）
5．锈蚀情况
焊接材料
1．尺寸及外观
2．化学成分及力学性能（是否会误用，与母材匹配情况）
3．操作工艺性
4．抗裂性
5．烘干温度与时间是否合适
6．保管条件是否合适
预热问题
1．是否需预热及预热温度的确定
2．加热方法及预热温度测定方法是否适宜
气候问题
1．雨雪天气是否应中止焊接工作
2．气温低于0℃是否中止焊接工作
3．湿度超过90％时，是否中止焊接工作
4．风速超过lOm／s，手弧焊及埋弧焊是否须中止工作；
风速超过2m／s，气体保护焊是否应中止工作。
中
焊接工艺条件及
施焊情况
1．焊接材料保管使用是否正常
2．接头表面清理情况
3．是否逐层除渣
4．焊接材料是否无误
5．气候条件
6．预热及层间温度
7．焊接参数（电流、电压、焊速）是否正常
8．保护气体是否正常
9．弧长或焊丝外伸长度是否正常
10．焊接顺序是否遵循工艺规定
11．各层焊道形状
12．熔合或熔透情况
13．弧坑处理是否适当
14．焊接中断时如何处理
15．有无缺欠，如何处理
后
外观检查
1．无表面缺欠
2．焊缝成形情况，始末端处理情况
3．尺寸
无损检验
1．有无缺欠，结果是否满意
2．部分焊工的焊接质量，有无偶而低下的情况
焊后处理
1．后热制度及后热情况
2．焊后热处理制度及执行情况
3．焊接变形及其矫正工艺（冷矫，热矫）
修补焊接
1．焊接缺欠的种类及部位，是否已完全排除
2．缺陷处的处理是否适宜
3．预热是否适当
4．焊补结果如何。
2．焊接质量控制
2.1焊接前质量控制——预防缺陷产生的可能性
2.1.1技术能力方面检验
（1）技术文件准备
（2）焊接设备状况
（3）焊工资格
（4）生产及技术管理
2.1.2焊前检验
根据焊接计划或程序明确焊接任务，其内容为：
（1）母材质量确认
（2）焊接材料确认及管理
（3）坡口质量
（4）装配和定位焊
（5）确认焊工资格
（6）确认焊接工艺评定
（7）确定焊接工艺规程
2.2．焊接过程质量控制
2.2.1重点监督执行WPS所规定的内容和要求
2.2.2目的是预防并及时发现焊接缺陷
2.2.3控制的主要内容
（1）焊接方法
（2）焊接设备及工艺性装置
（3）复核焊接材料
（4）检查焊接工艺参数（I、U、V、Tt、Tc、HWPC）
（5）焊缝尺寸
（6）结构变形
（7）焊接环境
（8）焊接试验（见证件）的设置及焊接
2.3．焊接后检查
2.3.1目的：
发现接头缺陷，评价焊接质量，及时处理不合格项
2.3.2内容：
表面质量、接头内部质量、焊件基本性能及特殊性能
第三节核电焊接法规及标准
一、中国的相关标准
1．《核电厂质量保证安全规则》HAF003：
行政法规，具有强制性
2．核电厂质量保证安全导则HAD003/01-10：
补充法规，指导性文件
3．核电厂质量保证技术文件HAF·
J0011~J0014、F0045、HAF5007、J0048：
是有关核安全技术方法、程序和数据等方面的参考性文件，HAF603（焊工考试办法）
4．行业性文件
ΔEJ/T1027·
1~19-1996《压水堆核电厂核岛机械设备焊接规程》
ΔDL/T833-2003《民用核承压设备焊工资格考核规则》
5．其它相关的标准GB，BJ等与焊接相关的标准
二、国外的相关标准
1．美国ASME标准第IX卷《焊接与钎焊评定》，第V卷《无损检验》等
2．法国RCC-M第IV卷《焊接》（S篇）
3．加拿大CNSN286
4．其它国家
三、法国RCC-M规则第IV卷《焊接》（S篇）简介
1．总述—S1000
1.1S1100概述
1.1.1S1110预先验证、评定和验收
（1）在采用某种焊接工艺时，首先应进行以下的验证、评定和验收试验：
材料焊接性（S1200）、焊材的批量（S2000）、焊接工艺评定（S3000）、焊工及焊接操作工的考核（S4000）、焊材的评定（S5000）、焊接车间的评定（S6000）。
（2）各种评定之间的主要关系
ΔS5000→S2000确定材料的批量范围和使用条件
ΔS3143→S5000
ΔS3000→S4000
ΔS6000→S3000→S5000
1.1.2S1120焊接数据包
焊接接头位置图、焊接工艺、尺寸、评定试件、验证件汇总表等。
1.1.3S1121焊接工艺卡片（WPS）
1.2S1200材料的焊接性能（母材）
Δ冶金性能、力学性能、抗裂性（工艺性能）、使用性能。
1.3S1300对热处理的总的要求
规定了各种材料及结构厚度焊前预热、层间温度及焊后热处理温度与时间。
2．焊接填充材料的验收（S2000）
2.1规定了各种焊材验收技术条件一般原则。
2.2这些焊材适用于承载焊缝、隔离层、堆焊层、密封焊缝及补焊焊缝。
2.3目的是保证所用的批量焊材与评定中的焊材质量相同。
2.4验收时供货商、制造商质保人员应在场（见证性）。
3．焊接工艺评定（S3000）
3.1规定了WPS的范围、程序、方法、报告及有效期等。
3.2详细规定了各种钢及其异种钢，各种焊缝形式及堆焊等的评定技术要求与细节。
如S3200碳钢和低合金钢的对接焊的内容如下：
S3210评定的有效范围——车间、母材牌号及形状尺寸、焊接方法、焊接材料和保护气体、接头型式、焊接位置和焊接方向、焊接工艺和参数、热处理
S3220评定试件的制备——母材和焊材、坡口型式、试件焊接焊后热处理
S3230评定试件的检验——总则、无损检验、破坏性检验、结果
S3240模拟补焊
S3250复合钢板焊接接头的特殊规定
S3260预先已堆焊隔离层的焊接接头的特殊规定
3.3焊接工艺评定的目的与作用
3.3.1焊接工艺评定（Weldingprocedurequalification）的目的是按照所拟定的焊接工艺，测定接头是否具务所要求的性能。
主要通过力学性能试验，判断该工艺是否合格。
总的原则要求“工艺评定的试验条件必须与产品条件相对应”。
3.3.2我国一般说法是：
验证拟用焊接工艺的正确性（或可用性），证明制造厂是否具有掌握该焊接工艺的能力。
3.3.3ASME的说法：
要验证拟用于焊接结构的焊件具有该结构所预期的使用性能。
因此，验证拟定工艺施焊的试件，是否具有结构所预定的用途，是焊接工艺评定的根本目的。
3.4焊接工艺评定考虑的因素
3.4.1SMAW的变量
（1）改用较高强度的填充金属采用较低强度填充金属时，不必重新评定（须考虑设计对焊缝强度的要求）。
（2）低氢焊条改为非低氢焊条（反之，则不必评定）。
（3）增大焊条直径（较前次工艺评定时所用直径大1mm以上）。
（4）改变焊接电流和电弧电压（超出了焊条厂推荐值范围）。
（5）在规定的坡口内，焊道数量与规定值相比超过±
25%。
如坡口面积改变，允许按面积比例改变焊道数量。
（6）改变施焊位置。
（7）改变坡口形状。
（8）降低预热及层间温度（减少量超过14℃）。
（9）向上立焊改变为向下立焊。
（10）取消铲根。
（11）增加或取消焊后热处理。
3.4.2SAW的变量
（1）改变焊接材料（焊丝/焊剂组合）。
（2）改变焊丝数量（单丝↔双丝）。
（3）改用较高强度的填充金属（反之，不必评定）。
（4）焊接电流变动超过±
10%。
（5）电弧电压变动超过±
7%。
（6）焊接速度变动超过±
15%。
（7）焊接调质钢或用合金焊剂，改变电流性质（直流或交流），或改变极性。
（8）改变坡口形状及尺寸。
（9）改变焊丝直径。
（10）降低预热及层间温度（减少量超过14℃）。
（11）取肖或增加焊后热处理。
（12）取肖铲根。
（13）在焊机上，焊丝送出角度在前进方向变化超过±
3°
，在侧向变化超过±
5℃。
（14）多丝焊时，改变电弧间隔超过±
3.4.3MIG，MAG的变量
（1）改变焊丝与保护气体。
（2）改用较高强度填充金属。
（3）改变焊丝直径。
（4）改变焊丝数量。
（5）改变焊接参数（变化同SAW）。
（6）改变保护气体流量，+25%或-10%。
（7）改变坡口尺寸形状。
（8）其他同SAW的变化。
3.4.4我国焊接工艺评定中的因素分析（JB4708）
（1）重要因素——主要是指影响接头的力学性能（αk除外）的因素。
（2）补加因素——指影响接头缺口韧性的条件变更时，须增焊试样做冲击韧性试验。
（3）次要因素——主要指不影响接头力学性能的因素变更时，可不做评定，但须重编焊接工艺指导书。
3.5重新进行WPQ的规定（JB4708）
3.5.1改变焊接方法
3.5.2新材料或该单位首次使用的钢种
3.5.3改变焊后热处理类别
3.5.4母材厚度超出工艺评定的有效厚度规定
3.6评定中钢材的类和组（JB4708）
3.6.1评定中钢材的类与组
（1）低碳钢I（类）—1（级）
（2）普低钢Ⅱ-1—16Mn
Ⅱ-2—15MnV
（3）低合金高强钢Ⅲ-1—15MnVNR等
Ⅲ-2—18MnMoNbR等
（4）低合金耐热钢Ⅳ-1—12CrMo、15CrMo
Ⅳ-2—12Cr1MoV
Ⅳ-3—2.25Cr-1Mo
（5）中合金耐热钢Ⅴ-1—1Cr5Mo
（6）低温钢Ⅵ-1
Ⅵ-2
Ⅵ-3
（7）奥氏体不锈钢Ⅶ-1—18-8（Ti）
Ⅶ-2—18-12-Mo2ti
（8）马氏体不锈钢Ⅷ-1—Cr13
3.6.2通用原因
（1）凡一种母材评定合格的焊接工艺可用于同组中的钢号。
（2）高组别中母材的评定，适用于同组钢号与低组中的钢号组成的接头。
（3）Ⅳ组中钢号的评定可知用于Ⅱ-1一组。
（4）母材组号改变时，均须重新评定。
3.7焊接工艺评定实施中的若干问题
3.7.1焊接性试验的必要性
焊接性试验中的抗裂性试验，对于新材料或首次使用的材料，是必要的。
其他情况下是否一定要先通过焊接性试验，要具体分析，一定要心中有数。
3.7.2“见证”问题
所谓“见证”就是在焊接工艺评定时应有授权检验师到场，或由第三方检验的“见证”，否则无效。
我国虽未规定，但在尿素设备制造中已执行由第三方检验的“见证”。
3.7.3WPS与PQR的关系
WPS即WeldingProcedureSpecification，PQR即ProcedureQualificationReport，前者为焊接工艺规范，后者为工艺评定报告。
WPS与PQR应是怎样的对应关系？
焊接工艺评定的一般程序，概括如下图：
先由WPS提出需要进行工艺评定试验的项目，然后有PQR；
但是最后定案的WPS又来源于PQR，即以PQR为基础。
一项评定合格的PQR，可据此编写出若干项（仅是非重要因素不同）焊接工艺（WPS）。
这称为一项评定支持若干项工艺。
看来，WPS与PQR是相互依赖的关系。
这意味着，工艺评定前的WPS可以不是最后定型的工艺。
那么，工艺评定不合格时，应如何评价。
一般说来，工艺评定前的WPS理应基本定型，但可以据PQR做适当修订。
WPS的定型的基础之一应是工艺评定前的焊接性试验。
3.7.4工艺评定的厚度范围
某项评定合格后，可确定2个厚度范围，即母材和熔敷金属的厚度范围。
JB4708-92规定：
评定的试件板厚为1.5mm~8mm时，母材的适用厚度范围下限为1.5mm，上限为2δ（δ为试件板厚），且不大于12mm。
当δ≥8mm时，母材适用厚度范围下限为0.75δ，上限为1.5δ。
ASME的规定取决于有无冲击试验要求。
规定范围比我国的规定范围要宽一些。
熔敷金属厚度除最小限度不限外，与母材厚度的规定类似。
3.7.5冲击试验的取样与数据处理
冲击数据有分散性，与取样、试样加工及试验温度都有关系。
目前对冲击韧度的要求已有储备裕量。
须仔细地进行试验。
4．焊工和焊接操作工的考核（S4000）
4.1RCC-M的规定
4.1.1ΔS4100概述
ΔS4110总则：
焊工考核应在制造前进行，确保焊工具有使用按S3000评定的焊接工艺完成合格焊缝的能力。
（与EN287-1等效）
ΔS4120制造商的责任制定焊工考核程序→考核合格→焊接产品
ΔS4130需要编制的文件
培训考核程序、操作范围、
升级会员 