對 2017版、2019版ASM E第Ⅸ卷、第Ⅷ-1分卷規(guī)范中有關焊接修訂內(nèi)容的分析

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院鹽城分院 鹽城 224052）

ASME規(guī)范由美國ASME鍋爐及壓力容器委員會（BPVC）定期召開會議研究對規(guī)范的補充和修改建議，制定規(guī)范案例，闡明現(xiàn)行規(guī)范要求的意圖。對于已采納的規(guī)范案例，均將匯編成冊，最終體現(xiàn)在新版規(guī)范中（再版周期為2年），以保持其持續(xù)改進和不斷完善的科學性、先進性。

筆者在對ASME規(guī)范的學習和運用中，發(fā)現(xiàn)其2017版、2019版的第Ⅸ卷《焊接、釬接和塑料熔接工藝、焊工、釬接工及焊接、釬接和熔接操作工評定標準》[1]、第Ⅷ-1分卷《壓力容器建造規(guī)則》[2]等規(guī)范對有關焊接修訂的內(nèi)容，厘清了以往許多模糊概念及要求，刪除或糾正了其中不合理的規(guī)定，如接管與圓形殼體連接接頭角焊縫焊腳尺寸的確定方法、熔敷金屬厚度范圍、不等厚焊接工藝評定如何規(guī)定母材厚度評定范圍、作為補加因素的焊接位置改為立向上是否需要重新評定等。而我國的現(xiàn)行相關標準對這些內(nèi)容的規(guī)定卻不夠清晰，在執(zhí)行過程中常常引起歧義。本文就是通過對一些修訂內(nèi)容進行分析，提出我國相關標準修訂的關注重點，為同行在執(zhí)行標準或今后相關標準的修訂提供借鑒。

1 對于異種鋼焊接接頭的焊接工藝評定，當需要沖擊試驗時，焊縫金屬及熱影響區(qū)的沖擊試樣要求及其合格標準

1.1 作為新增條款，2019版ASME第Ⅷ-1分卷UG-84(g)(6)規(guī)定

當評定具有不同沖擊試驗要求和驗收標準的異種鋼焊接接頭的焊接工藝規(guī)程（WPS）時，應滿足以下要求：

（a）焊縫金屬沖擊試樣應滿足任一母材的驗收標準；

（b）當要求進行熱影響區(qū)沖擊試驗時，應分別從每種母材的熱影響區(qū)取樣進行沖擊試驗，且這些試樣應符合其母材的驗收標準。

1.2 主要變化點

UG-84（g）（6）所規(guī)定的內(nèi)容在 ASME 第Ⅷ -1 分卷以前的版本從未提及，為2019版新增條款。該條款對于異種鋼焊接接頭焊接工藝評定進行沖擊試驗時的試樣要求及其合格標準作了明確的規(guī)定，彌補了焊接工藝評定規(guī)定的空白，即：

1）焊縫金屬沖擊功的合格指標應達到任一側母材的沖擊功，就是說不得低于較高側母材的沖擊功；

2）熱影響區(qū)也應進行沖擊試驗，其合格指標應達到該熱影響區(qū)母材的沖擊功。

1.3 對變化內(nèi)容與我國對于標準NB/T 47014—2011的比較分析

對于該條款中的（b）部分，NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》[3]的表11“力學性能試驗和彎曲試驗項目和取樣數(shù)量”注4、表14“鋼材及奧氏體不銹鋼焊縫的沖擊功最低值”已有規(guī)定。而其（a）部分要求焊縫金屬沖擊試樣應滿足任一母材的驗收標準，明確了異種鋼焊縫金屬沖擊試樣的試驗結果應達到任一母材的沖擊試驗標準，在NB/T 47014—2011中對此未作相關規(guī)定，造成異種鋼焊接接頭焊縫金屬的沖擊功缺少判定依據(jù)。

2 對圓筒形殼體與連接管件全焊透接頭中角焊縫最小喉部尺寸（在GB/T 3375—94《焊接術語》中稱之為焊縫計算厚度，也叫喉厚）的保持

2.1 作為新增條款，2019版ASME第Ⅷ-Ⅰ分卷UW-16(h)規(guī)定

圖UW-16.1（a）～（e）中規(guī)定的殼體與接管全焊透接頭中角焊縫的最小喉部尺寸應保持在連接管件周圍，并且：

1）對于圓筒形殼體上的徑向接管，滿足最小喉部尺寸的角焊縫焊腳尺寸應在通過圓柱殼縱軸的平面上確定（不需要考慮其他平面），這些角焊縫焊腳尺寸必須圍繞整個連接管件的圓周。

2）對于圓筒形殼體上的徑向連接管件，當其外徑大于等于圓筒殼體外徑時，角焊縫焊腳尺寸逐漸在連接管件的圓周上達到可能的最大程度，從那點開始，角焊縫將轉化為全焊透焊縫。角焊縫焊腳尺寸滿足最小喉部尺寸仍然應在通過圓筒形殼體縱軸的平面上確定（不需要考慮其他平面）。

2.2 主要變化點

該新增條款明確了通過保持焊腳尺寸（即滿足最小喉部尺寸的焊腳尺寸）實現(xiàn)喉部尺寸達到規(guī)范的規(guī)定要求，同時對焊腳尺寸的確定方法作了清晰的規(guī)定，即在通過圓柱殼縱軸的平面上確定（不需要考慮其他平面）；并說明當接管的外徑與筒體相同或更大時，隨著焊縫幾何位置的變化，角焊縫將會變成全焊透焊縫，此時焊縫尺寸只要滿足全焊透對接焊縫的要求即可。

2.3 對變化內(nèi)容與我國對應標準GB/T 150—2011的比較分析

ASME規(guī)范UW-16控制角焊縫尺寸是采用最小喉部尺寸，在GB/T 150.3—2011[4]附錄D“焊接接頭結構”均以K值即焊腳尺寸作為控制尺寸，這是與UW-16（h）關于圓筒形殼體上的徑向接管全焊透焊接接頭的規(guī)定是等同的。但對于隨著焊縫幾何位置的變化，以及當接管的外徑與筒體相同或更大時，角焊縫將會變成全焊透焊縫，如何確定焊腳尺寸，GB/T 150.3—2011附錄D缺少規(guī)定。

3 對焊接工藝評定中熔敷金屬厚度范圍、評定試件母材為不等厚時母材厚度范圍的確定

3.1 作為修改條款，2019版ASME第Ⅸ卷QW-202.2(a)規(guī)定

1）熔敷金屬厚度不包括焊縫余高。

2）如果評定試件母材為不等厚時，則母材厚度的評定范圍應基于各自的厚度進行確定。如果不等厚母材中的較厚母材削斜過渡，則較厚母材厚度評定范圍基于焊縫趾部處的最小厚度進行確定。

3.2 主要變化點

1）熔敷金屬厚度在前版ASME第Ⅸ卷的QG-109術語中沒有定義，本次修訂給予了明確，即不包括焊縫余高，為WPS中確定熔敷金屬的厚度范圍消除了歧義。

2）對于評定試件母材為不等厚時，本次修訂對較厚母材削薄或不削薄的母材厚度評定范圍的方法分別予以規(guī)定，為WPS中確定評定試件母材為不等厚時母材厚度范圍的確定提供了依據(jù)。

3.3 對變化內(nèi)容與我國對于標準NB/T 47014-2011的比較

1）NB/T 47014—2011在表 7、表 8、表 10中規(guī)定了適用于焊件焊縫金屬厚度（t）的有效范圍，但并未說明“t”是否包括焊縫余高，我國的GB/T 3375—1994《焊接術語》[5]中也沒有焊縫金屬厚度的名詞解釋，這應該是標準需要完善的地方。

2）對于評定試件母材不等厚時，如何確定母材厚度，ASME第Ⅸ卷在該條款中按削薄和不削薄分別予以規(guī)定，也是填補了標準規(guī)定的空白，NB/T 47014—2011在以后的修訂中也應該在相關條款中加以明確。

4 當焊接工藝評定中有沖擊試驗要求時，焊接位置改變?yōu)橄蛏虾附訒r，是否需要重新評定的規(guī)定

4.1 在2019版ASME第Ⅸ卷刪除了原條款QW-405.2：即當有韌性要求時，焊接位置改變?yōu)榱⑾蛏虾附訒r，需要重新評定

4.2 對刪除內(nèi)容的原因分析

自二十世紀70年代初以來，傳統(tǒng)的觀點是，在垂直位置采用立向上焊接會導致高熱量輸入，從而大大降低焊接韌性，故該規(guī)定一直保持在第Ⅸ卷中，主要是考慮控制熱輸入量。而2019版ASME認為QW-405.2是誤導性的，如果垂直焊縫采用寬幅擺動焊來評定高熱量輸入，將會出現(xiàn)大量的層間回火，而且韌性會出奇的好。從上面可以看出，熱輸入并不是控制韌性的關鍵因素。再者在鋼的可焊性方面，美國的焊接專業(yè)人員Stout和Doty研究表明[6]，過高的熱輸入和過低的熱輸入都會降低鋼的韌性，認識到控制熱輸入不是控制韌性的關鍵。故第Ⅸ卷委員會成立了一個工作組，研究焊接參數(shù)和焊道形狀如何影響韌性以及如何更好地解決這些問題。

4.3 對變化內(nèi)容與我國對應標準NB/T 47014—2011的比較分析

影響焊接熱輸入量的三個參數(shù)是焊接電流、電弧電壓、焊接速度，事實上以SMAW為例，在實際焊接操作中按照平、橫、立、仰的位置順序焊接電流是從大到小的，橫焊和立焊的焊接電流一般比平焊低10%～15%，仰焊的焊接電流又比平焊低15%～20%。文獻《鋼制壓力容器焊接工藝》[7]也闡明了焊接熱輸入量最大的位置是平焊而非立焊，故以熱輸入量作為控制沖擊韌性的補加因素，從評定合格的焊接位置改變?yōu)榱⑾蛏虾附有枰匦略u定，也是不符合焊接原理的。

NB/T 47014-2011的表6對SMAW、GMAW、GTAW、PAW這四種焊接方法焊接位置作為補加因素時規(guī)定：從評定合格的焊接位置改變?yōu)榱⑾蛏虾附訒r，需要重新評定。對于此條款建議在NB/T47014-2011修訂時，應從焊接位置對焊接接頭沖擊韌性的實際影響情況出發(fā)而規(guī)定評定原則。

5 對定位焊焊縫焊工資格的要求

5.1 作為修訂條款，2017版ASME第Ⅸ卷QW-303.1、QW-303.2規(guī)定

1）對焊工和焊機操作工，通過了坡口焊縫焊接的資格評定，也取得了坡口焊縫及角焊縫的定位焊縫的資格（限定在有關變數(shù)范圍內(nèi)的所有厚度、位置及管子直徑）；

2）對焊工和焊機操作工，通過了角焊縫焊接位置的資格評定，也取得了角焊縫的定位焊縫的資格（限定在有關變數(shù)范圍內(nèi)的所有厚度、位置及管子直徑）。

5.2 主要變化點

作為修訂條款，是對焊工資格要求的補充，明確了定位焊焊縫資格的要求，彌補了標準規(guī)定的空白，即：

1）具備了坡口焊縫的焊接資格即具備了坡口焊縫及角焊縫的定位焊接的焊接資格。

2）具備了角焊縫的焊接資格即具備了角焊縫的定位焊縫的焊接資格。

3）上述資格的覆蓋性僅指焊縫形式，其余有關焊工資格變數(shù)須在同一范圍。

5.3 對修訂內(nèi)容的分析及我國相關標準修訂的關注重點

對于定位焊縫焊工資格的具體要求在以往的ASME第Ⅸ卷及國內(nèi)的TSG Z6002—2010《特種設備焊接操作人員考核細則》[8]均未作規(guī)定，導致對焊接此類焊縫的焊工資格較為隨意，也直接影響著定位焊縫的焊接質量。

焊工技能是焊縫質量得到保證的必要條件，焊工資格又是焊工技能的重要體現(xiàn)，為確保定位焊焊縫的焊接質量，建議承壓類特種設備的生產(chǎn)單位參照ASME的規(guī)定，提出定位焊縫焊工資格的具體控制要求，在TSG Z6002—2010以后的修訂中增加該類焊縫焊工資格的規(guī)定。

6 對接管與筒體、封頭或主管連接的角接接頭焊工資格的要求

6.1 作為新增條款，2017版ASME第Ⅸ卷QW-403.16（a）和（b）規(guī)定

（a）對于安放式接管，即坡口開在接管上，焊工資格管徑評定范圍中以接管的外徑確定；

（b）對于插入式接管（坡口開在殼體、封頭、主管上），焊工資格管徑評定范圍以殼體、封頭、主管的外徑確定。

6.2 主要變化點

ASME第Ⅸ卷對焊工資格，不論是何種組合形式（板材對接、管板角接、管材對接），只要是對接焊縫，都按坡口焊縫（G類縫）對待，對管徑評定范圍按表QW-452.3確定。那么對于管板角接接頭是否都按管外徑來確定焊工需要的資格？本新增條款給予了明確的規(guī)定：對于安放式接管按接管外徑確定，即將安放式的焊縫形式作為管材對接焊縫對待，這也十分符合焊工施焊時的焊件狀態(tài)；而對于插入式接管其焊工資格管徑評定范圍以殼體、封頭、主管的外徑確定即可。

6.3 對變化內(nèi)容與我國對應的規(guī)范TSG Z6002—2010的比較分析

TSG Z6002—2010將對接焊縫試件分為板材對接（G類）、管材對接（G類）、管板角接（FG類）三種，對于管板角接的資格確定為FG類焊工項目，并未明確接頭形式是安放式還是插入式，在實際執(zhí)行中歧義較多?？紤]到焊工施焊時焊件的實際狀態(tài)，將安放式的焊縫形式作為管材對接焊縫對待更為合理，其焊工資格應屬于為管材對接焊縫項目，建議TSG Z6002—2010在以后的修訂中，對該類焊接接頭的焊工資格項目進行調(diào)整，使其更為科學合理。

7 小結

綜上所述，2017版、2019版ASME第Ⅸ卷、第Ⅷ-1分卷規(guī)范修訂的內(nèi)容中對有關焊接的基本概念、焊接工藝評定及焊接資格項目等方面的要求作了更為明確、合理的規(guī)定，值得學習和借鑒。為此對于我國對應的安全技術規(guī)范、標準提出如下修訂建議：

1）在NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》中明確對異種鋼焊接接頭焊縫金屬及熱影響區(qū)的沖擊試樣及其合格標準的要求，以確保評定有效性。

2）在GB/T150.3—2011附錄D“焊接接頭結構”中明確對圓筒形殼體與連接管件全焊透接頭中角焊縫最小喉部尺寸隨著焊縫幾何位置的變化的規(guī)定，以便于對該類焊縫實施更為可靠的質量控制。

3）在NB/T 47014—2011中對焊縫金屬厚度是否包括余高進行定義，對不等厚評定試件母材厚度范圍予以明確，以便于確定WPS中的焊縫金屬及不等厚評定試件母材的厚度范圍。

4）在NB/T 47014—2011中應從立向上焊接位置對焊接接頭沖擊韌性的實際影響情況出發(fā)規(guī)定是否需要重新評定的原則。

5）在TSG Z6002—2010中增加定位焊縫焊工資格的具體要求，填補定位焊縫焊工資格規(guī)定的空白。

6）在TSG Z6002—2010中對接管與筒體、封頭或主管連接的角接接頭按安放式或插入式不同的接頭形式明確焊工資格要求，為該類焊縫的焊接質量提供保證條件。