苏州市安普检测技术服务有限公司
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焊接工艺评定试样如何取样-焊接工艺评定试验
- 2023-07-31
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焊接工艺评定的主要目的在于证明某一个焊接工艺是否能够获得符合要求的焊接接头，以判断该工艺的正确性、可行性，而不是评定焊接操作人员的技艺水平。焊接工艺评定是保证焊接结构制造质量的重要前提。目前国内外常用的焊接工艺评定标准和规范主要有 GB 50661-2011，NB/T 47014-2011，EN ISO 15614 G1:2004+A2:2012，ASME IX-2013，AWS D1.1/D1.1M-2015等。
１ 各标准对检验项目和试样数量的规定
标准 | 母材形式 | 试件形式 | 无损探伤 | 试件 | 试样数量 | ||||||
厚度/mm | 拉伸 | 面弯 | 背弯 | 侧弯 | 焊缝冲击 | 热影响区冲击 | 硬度 | ||||
GB 50661-2011 | 板、管 | 对接 | 要 | ＜14 | ２ | ２ | ２ | － | a | a | b |
要 | ≥14 | ２ | － | － | ４ | a | a | b | |||
NB/T 47014-2011 | 板、管 | 对接 | 要 | ＜20 | ２ | ２ | ２ | c | a | a | － |
要 | ≥20 | ２ | － | － | ４ | a | a | － | |||
AWS D1.1/D1.1M-2015 | 板、管 | 对接 | 要 | ≤10 | ２ | ２ | ２ | c | a | a | － |
要 | ＞10 | ２ | － | － | ４ | a | a | － | |||
ASME IX-2013 | 板、管 | 对接 | 要 | ≤10 | ２ | ２ | ２ | c | a | a | － |
要 | ＞10 | ２ | － | － | ４ | a | a | － | |||
EN ISO 15614 G1:2004+A2:2012 | 板、管 | 对接 | 要 | ＜12 | ２ | ２ | ２ | － | a | a | 要 |
要 | ≥12 | ２ | － | － | ４ | a | a | 要 | |||
注：a表示是否进行冲击试验以及试验条件按设计选用钢材的要求确定；b表示硬度试验根据工程实际情况确定是否需要进行；c表示厚度 ≥10mm 的板、管可以用侧弯代替面弯和背弯 | |||||||||||
试样制备
（1）拉伸试样
各标准对拉伸试样形状及尺寸要求见图２和表２。接头拉伸试样原则上都是全厚度试样，当试样厚度太厚，试验机能力无法满足时，可以分层取样，尽量用最少的试样覆盖全厚度。当管材试样外径很小时，也可以全厚度拉伸。拉伸试样要去掉焊缝处的余高，与母材齐平即可。除了GB 50661-2011和EN ISO 15614 G1:2004+A2:2012外，其他几个标准的管材拉伸试样允许将平行段部分刨平。各标准规定差异最大的是对试样平行段长度的要求，一种是长试样，另一种是短试样，短试样平行段基本就是焊缝和热影响区，着重考查的是焊缝区域的强度；另一方面，试样平行段长度越小，平行段宽度越小，应力集中影响区域就越大，这会导致测得的抗拉强度偏高。
表２ 各标准对拉伸试样尺寸的规定
标准 | 总长度L | 夹持宽度b1 | 平行段部分宽度b | 平行段 长度Lc | 过渡圆弧半径r | |
板 | 管 | |||||
GB 50661-2011 | 适用于所使用的试验机 | b＋12 | 12(ts≤２)； 25(ts＞２) | ６(D≤50)； 12(50＜D≤168)； 25(D＞168) | ≥Ls＋60 | ≥25 |
NB/T 47014-2011 | 适用于所使用的试验机 | b＋12 | ≥20 | 12(D≤76)； 20(D＞76) | Ls＋12 | 25 |
AWS D1.1/D1.1M-2015 | 适用于所使用的试验机 | ≥b＋12 | ≥20 | 12(D＝50，75)； 20(D＝150，≥200) | Ls＋12 | ≥12 |
ASME IX-2013 | 适用于所使用的试验机 | b＋12 | 19 | 13(D≤75)； 19(D＞75) | ≥Ls＋12 | ≥25 |
EN ISO 15614 G1:2004+A2:2012 | 适用于所使用的试验机 | b＋12 | 12(ts≤２)； 25(ts＞２) | ６(D≤50)； 12(50＜D≤168.3)； 25(D＞168.3) | ≥Ls＋60 | ≥25 |
注：ts 为试样厚度；D 为管材外径；Ls 为焊缝最宽处的宽度 | ||||||
（2）弯曲试样
各标准对弯曲试样形状及尺寸要求见图３和表３。弯曲试样的区别主要在面弯和背弯上，侧弯的尺寸是相同的，美标的面弯和背弯试样宽度尺寸较大，国内标准虽然修改采用美准，但是为了与国内其他标准相适应进行了修改。弯曲试样的宽度越大对试验的要求也就越高。当试板厚度非常大时，可以分层取样，每个试样的宽度在20~40mm，以能够覆盖整个试板厚度为原则。另外弯曲试验中还有一种不常用弯曲方式为纵向弯曲，由于取样时平行于焊缝，占用试板的尺寸较大，当两种母材硬度差别较大时，推荐选用该种弯曲方式。
表３ 各标准对弯曲试样尺寸的规定
标准 | 试样长度L | 试样宽度b | 试样厚度 | |||
面弯和背弯 | 侧弯 | 面弯和背弯 | 侧弯 | |||
板 | 管 | |||||
GB 50661-2011 | ≥L１＋２R | ≥1.5ts，最小20 | ≥T+0.05D，最小8，最大40(D＞50)； ≥T＋0.1D，最小８(D≤50) | ts(ts＞40 可以分层) | ts | 10 |
NB/T 47014-2011 | ≥L１＋２R | 38 | 38(D＞100)； T＋0.05D，最小８, 最大40(50≤D≤100)； T＋0.1D，最小８(10≤D＜50)； 或当 D≤25时，圆周四等分取样 | ts(ts≥38 可以分层) | ts | 10 |
AWS D1.1/D1.1M-2015 | ≥L１＋２R | 40 | 25(D≤100)； 40(D＞100) | ts(ts＞38 可以分层) | ts | 10 |
ASME IX-2013 | ≥L１＋２R | 38 | 40(D＞114.3)； 19(60.3≤D≤114.3)； 10(17.1≤D＜60.3)； 或当 D≤33.4时，圆周四等分取样 | ts(ts≥38 可以分层) | ts | 10 |
EN ISO 15614 G1:2004+A2:2012 | ≥L１＋２R | ≥1.5ts，最小20 | ≥T＋0.05D，最小８, 最大40(D＞50)； ≥T＋0.1D，最小８(D≤50) | ts(ts＞4 0可以分层) | ts | 10 |
式中：ts 为试样厚度；D 为管材外径；L１ 为辊筒间距离；R 为辊筒半径 | ||||||
（3）冲击试样
各标准对冲击试样取样位置及数量要求见图４和表４. 所有标准中冲击试样标准尺寸都是10mm×10mm×55mm，开 V 型缺口，只是在尺寸的公差范围上略有变化。冲击试样优先选用标准尺寸试样，通常试样缺口选择垂直于焊缝表面，焊缝冲击试样缺口开在焊缝中心线上，热影响区缺口轴线至试样纵轴线与熔合线交点的距离大于零，并尽可能多地通过热影响区，通常为0.5~２mm，具体还要根据焊接热输入量的大小来确定，并且要尽量能够覆盖所有焊接方法焊接的部位。各标准主要的差异在冲击试样的取样位置及数量上，冲击试样的取样位置都分为焊缝区和热影响区，焊缝区比较明确，热影响区是指焊接时，由于热源的作用，材料组织和性能发生变化的区域。但随着板厚和焊接方法的不同，取样位置及数量也不同。AWS D1.1/ D1.1M-2015中增加了熔合线＋5mm 的热影响区冲击，ASME IX-2013关于冲击试验部分的取样要求是引用 ASME VIII《压力容器施工规程》，而其他标准中都各自有具体描述。
表４ 各标准对冲击试样取样位置及数量的规定
标准 | 取样位置 | 说明 | |
焊缝冲击 | 热影响区冲击 | ||
GB 50661-2011 | 单面焊位于焊缝正面，距表面２mm 内取１组； 双面焊位于后焊面，距表面２mm内取１组 | 单面焊位于焊缝正面，距表面２mm内取１组；双面焊位于后焊面，距表面２mm内取１组 | 不同材料焊接时其接头热影响区试样应取自对冲击性能要求较低的一侧 |
NB/T 47014-2011 | 距表面２mm内取１组(t≤40mm)； 试样中心距表面１/４t 处取１组 (t＞40mm)，如果是双面焊，则以背面为基准取样 | 距表面２mm内取１组(t≤40mm)； 试样中心距表面１/４t 处取１组 (t＞40mm)，如果是双面焊，则以背面为基准取样 | 材料标准有规定时，按材料标准要求;当材料标准没有规定时，按此方法取样 |
AWS D1.1/D1.1M-2015 | 单面焊：在板材１/２t处取１组(t≤12mm)，距背面最小１/４t 处取１组 (t＞12mm)； 双面焊：距背面最小１/４t处取１组 | 单面焊：在板材１/２t处取２组(t≤12mm)，距表面最小１/４t 处取２组 (t＞12mm)； 双面焊：距表面最小１/４t处取２组 | 热影响区２组冲击试样分别为熔合线+1mm和熔合线+5mm |
ASME IX-2013 | 距表面1.5mm内取１组(t≤38mm)； 距表面1.5mm 内取１组，距背面１/４t处取1组(t＞38mm) | 单面焊：１/４t~１/２t 取１组 (t＜38mm)，１/４t~１/２t取２组(t≥38mm)； 双面焊：１/２t处取１组(t≤19mm)，１/４t~ １/２t取２组(t＞19mm) | 热影响区中的２组 指正面、背面各１组 |
EN ISO 15614 G1:2004+A2:2012 | 距表面２mm内取１组(t≤50mm)； 距表面２mm内１组，１/２t处取１组或者根部区域取１组(t＞50mm) | 距表面２mm内取１组(t≤50mm)； 距表面２mm内取１组，１/２t 处取１组或者根部区域取１组(t＞50mm) | 热影响区冲击缺口距熔合线１~２mm |
注：t为试样厚度 | |||
评定依据
各标准对拉伸、弯曲和冲击的评定要求见表５。接头抗拉强度都基本要求不小于相应的母材强度，没有太大区别。弯曲试验对单个试样上裂纹及其他缺欠单个长度都要求不大于３mm，不同点是是否应当计算角裂纹及如何计算角裂纹，还有各个试样上裂纹及缺欠总长度要求的数值不同。冲击试验评定中GB 50661-2011，NB/T 47014-2011，EN ISO 15614 G1:2004+A2:2012的要求相同，规定最小单个值不得低于规定值的70％，而AWS D1.1/D1.1M-2015和ASME IX-2013中则给出最小单个值，这个值略高于规定值的70％。
表５ 各标准对评定依据的规定
标准 | 拉伸 | 弯曲 | 冲击 |
GB 50661-2011 | 接头抗拉强度应不小于相应母材的抗拉强度；如果是异种材料焊接，则应不小于强度较低一侧母材的抗拉强度 | 各试样任何方向的裂纹及其他缺欠单个长度不大于３mm，各试样任何方向不大于３mm的裂纹及其他缺欠的总长度不大于７mm；４个试样各种缺欠的总长度应不大于24mm | 焊缝中心及热影响区各３个试样冲击吸收能量的平均值应分别达到母材标准规定或设计要求的最低值，并允许一个低于以上规定值，但不得低于规定值的70％ |
NB/T 47014-2011 | 接头抗拉强度应不小于相应母材的抗拉强度；如果是异种材料焊接，则应不小于强度较低一侧母材的抗拉强度；如果使用室温抗拉强度小于母材的焊缝金属，则每个试样的抗拉强度应不小于焊缝金属规定的抗拉强度的最低值；上述试样如果断裂发生在焊缝及熔合线以外的母材上，则抗拉强度不得小于本标准规定的母材抗拉强度最低值的95％ | 在拉伸面上的焊缝和热影响区内，各试样任何方向的开口缺陷单个长度不大于３mm，由未熔合、夹渣或其他内部缺陷引起的棱角开口缺陷长度应计入 | 焊缝中心及热影响区各３个试样冲击吸收能量的平均值应分别达到母材标准规定或设计要求的最低值，并允许一个低于以上规定值，但不得低于规定值的70％ |
AWS D1.1/D1.1M-2015 | 接头抗拉强度应不小于相应母材的抗拉强度 | 各试样任何方向的裂纹及其他缺欠单个长度不大于３mm，各试样任何方向大于１mm、但不大于３mm 的裂纹及其他缺欠的总长度不大于10mm；允许最大的角裂纹长度为６mm，如果角 裂纹长度大于６mm，则需复测一根替代，由夹渣或其他内部缺陷引起的角裂纹最大允许长度为３mm | 焊缝中心及热影响区各３个试样冲击吸收能量的平均值应分别达到本标准规定的最低值，并允许一个低于以上规定值，但不得小于规定的最小单个值 |
ASME IX-2013 | 同NB/T 47014-2011 | 同NB/T 47014-2011 | 当有要求时，参考其他卷 |
EN ISO 15614 G1:2004+A2:2012 | 同GB 50661-2011 | 各试样任何方向的裂纹及其他缺欠单个长度不大于３mm，试样的棱角开口缺陷不计 | 同GB 50661-2011 |
