核電技術(shù)中ASME規(guī)范第IX卷1998版至2010版的對比研究

李哲，白林，王宇欣

中國核電工程有限公司 北京 100840

1 序言

A S M E規(guī)范在我國核電項(xiàng)目上應(yīng)用廣泛，例如，在國內(nèi)引進(jìn)、消化的三代非能動核電項(xiàng)目AP1000中，其核島設(shè)備的設(shè)計、制造采用的標(biāo)準(zhǔn)均為ASME規(guī)范1998版至2000補(bǔ)遺（1998版+1999補(bǔ)遺+2000補(bǔ)遺）。而目前ASME規(guī)范公開發(fā)行的最新版為2015版，實(shí)施應(yīng)用的為2010版。另外，在我國自主研發(fā)設(shè)計的乏燃料運(yùn)輸和貯存容器設(shè)計中，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)也主要采用不同版本的ASME規(guī)范。在核電焊接技術(shù)中，焊接工藝評定是焊接質(zhì)量控制中最復(fù)雜、最核心的工作。因此，對于采用ASME規(guī)范設(shè)計的項(xiàng)目及設(shè)備，亟需比較ASME第IX卷1998版[1]與2010版[2]在結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上的差異，并對差異進(jìn)行分析研究，以便后續(xù)相關(guān)項(xiàng)目的應(yīng)用。

2 ASME規(guī)范第IX 卷

ASME第IX卷《焊接和釬焊評定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范是對焊接和釬焊工藝、焊工、釬焊工，以及焊接和釬焊機(jī)械操作工的評定標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范分為兩大部分：焊接評定篇（PART QW-WELDING）和釬焊評定篇（PART QB-BRAZING）。其中，“PART QWWELDING”分為5個章節(jié)：焊接總要求、焊接工藝評定、焊接技能評定、焊接數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝規(guī)程。在AP1000核電項(xiàng)目中，焊接工藝評定的制定主要參照焊接評定篇。

ASME第IX卷在焊接評定篇中，對所評價的每個焊接方法都列出了重要變量、附加重要變量和非重要變量。通常，焊接工藝規(guī)程（WPS）為每個包含在特定工藝規(guī)程中的焊接方法列出了所有重要和非重要變量。如果變化1個重要變量，則要求再次評定工藝。當(dāng)建造規(guī)范對于沖擊性能有要求時，如附加重要變量改變也要求再次評定工藝。ASME第IX卷從1998版修訂至2010版，既有增加的評定，也有減少的試驗(yàn)，同時還對不同方法的焊接重要變量及非重要變量有所修訂，這些轉(zhuǎn)變反映了技術(shù)上的進(jìn)步和實(shí)際產(chǎn)品制造中的需求。從整體內(nèi)容來說，ASME第IX卷的主要變化體現(xiàn)在以下4個方面。

1）換熱管與管板的試驗(yàn)及評定（QW-193，QW-202.6，2007版）。

2）回火焊道焊接技術(shù)的引入（QW-290，2004版）。

3）焊接變量的變化。

4）更多母材納入了規(guī)范（QW/QB-422）。

3 ASME規(guī)范第IX卷版本分析

3.1 增加QW-193和QW-202.6：換熱管與管板的試驗(yàn)及評定

ASME從2007版起，增加了QW-193換熱管與管板的試驗(yàn)和QW-202.6換熱管與管板的評定，該部分內(nèi)容原在第III卷，目前統(tǒng)一列入第IX卷。換熱管與管板的試驗(yàn)主要包括QW-193.1工藝評定試樣和QW-193.2技能評定試驗(yàn)。在工藝評定試樣的規(guī)定中，模擬焊縫應(yīng)進(jìn)行外觀檢測、滲透檢測和宏觀檢測，且必須滿足相應(yīng)的合格標(biāo)準(zhǔn)；技能評定試樣是對焊工或焊機(jī)操作工的要求，在此不做詳細(xì)討論。

QW-202.6中規(guī)定，如果不明確要求按QW-193進(jìn)行換熱管與管板的模擬件評定試驗(yàn)，可通過坡口焊縫（QW-202.4）或角焊縫（QW-202.2.c）進(jìn)行評定。

3.2 增加QW-191.2：超聲波檢測

在ASME第IX卷第一章中，ASME 2010版在對焊接的一般要求中增加超聲波檢測，而在2010年之前的版本，只規(guī)定了射線檢測的方法和合格標(biāo)準(zhǔn)。由于射線檢測和超聲波檢測都屬于體積檢測，因此在ASME 2010版中，QW-191的標(biāo)題由之前的射線檢測改為體積檢測，并將下一級內(nèi)容擴(kuò)充為QW-191.1射線檢測和QW-191.2超聲波檢測。

在對超聲波檢測合格標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定中，所有的裂紋、未熔合或未焊透不論長短都認(rèn)為不合格。長度過1/8in（3mm）的顯示在以下3種情況下視為不合格。

1）如果焊縫厚度t不超過3/8in（10mm），則顯示長度為1/8in（3mm）。

2）如果焊縫厚度t＞3/8i n（10m m），且＜21/4in（57mm），則顯示長度為1/3t。

（3）如果焊縫厚度t＞21/4in（57mm），則顯示長度為3/4in（19mm）。

超聲波檢測中產(chǎn)品焊縫上評定的焊機(jī)操作工的合格標(biāo)準(zhǔn)與射線檢測相同。

3.3 增加QW-290：回火焊道焊接

回火焊道是一類特殊的焊接工藝，已應(yīng)用于核電站設(shè)備制造。在ASME 2010版中，增加“回火焊道焊接”的規(guī)則，但該部分規(guī)則是從2004版[3]開始新增的，見QW-290。其內(nèi)容為：QW-290.1基本的評定和對已有的WPS進(jìn)行升級；QW-290.2焊接方法的限制；QW-290.3 回火焊道焊接評定的變量；QW-290.4回火焊道工藝評定的焊接變量；QW-290.5試件準(zhǔn)備和試驗(yàn)；QW-290.6焊接過程中的返修焊。

QW-290.4為回火焊道工藝評定的焊接變量表，表中的焊接變量QW-410.10在ASME 2001版[4]中已有，QW-410.65為ASME 2007版[5]新增，其余焊接變量均在ASME 2004版中增加。同時，QW-610.61、QW-410.62和QW-610.63在ASME不同版本中還存在一些更改。

（1）QW-410.61 在ASME 2004版中，該焊接變量指從表面回火焊道的邊緣到焊腳的近似距離的改變，為非重要變量。ASME 2007則規(guī)定表面回火焊道的邊緣到焊腳的距離S應(yīng)限于在試件±1/16in（±1.5mm）的距離上測量，或者S的范圍可以通過從焊腳開始橫過回火焊道不同距離上的硬度變化或沖擊試驗(yàn)來確定。不允許回火余高焊道接觸焊縫的焊腳。此外，QW-409.29關(guān)于熱輸入的規(guī)定應(yīng)用于回火焊道。與ASME 2004版相比，2007版對這一變量進(jìn)行了測量說明和限制說明，并由之前的非重要變量調(diào)整為硬度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)重要變量。

（2）QW-410.63 在ASME 2004版中，此焊接變量指焊道層搭接的寬度。ASME 2007則規(guī)定鄰近母材金屬的每個回火焊道層的焊縫焊道，其焊道寬度b，與原先焊道搭接相關(guān)的寬度a，應(yīng)規(guī)定于WPS上。搭接率在25%～75%之間時不要求評定。

1）搭接率＞75%時，應(yīng)使用期望的搭接率焊接一個試件進(jìn)行評定。其評定的搭接率最大為評定試件的搭接率，最小為50%。

2）搭接率＜25%時，應(yīng)使用期望的搭接率焊接一個試件進(jìn)行評定。其評定的搭接率最小為評定試件的搭接率，最大為50%。

ASME 2007版將這一焊接變量帶來的影響分成3種情況，通過搭接率的大小來決定是否進(jìn)行評定，以及評定的合格標(biāo)準(zhǔn)，減少了一定的工作量。此變量在ASME 2004中為非重要變量，在ASME 2007中修改為硬度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)重要變量。

（3）QW-410.65 在ASME 2007中增加的QW-410.65指清理表面或除去較小表面缺陷時，打磨的增加或取消，這一焊接變量為硬度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)的重要變量。

3.4 3種常見焊接方法焊接變量的變化

焊條電弧焊（SMAW）、埋弧焊（SAW）和鎢極惰性氣體保護(hù)焊（GTAW）是核電焊接中最常見的焊接方法，其焊接變量變化如下。

SMAW：ASME-IX（2010版）相對于ASMEIX（1998版+1999補(bǔ)遺+2000補(bǔ)遺），取消兩個重要變量(QW-403.7和QW-403.13)，增加一個重要變量（QW-410.64），增加一個補(bǔ)充重要/非重要變量（QW-410.9）。

SAW：ASME-IX（2010版）相對于ASME-IX（1998版+1999補(bǔ)遺+2000補(bǔ)遺），取消兩個重要變量(QW-403.7和QW-403.13)，增加一個重要變量（QW-410.64）。

GTAW：ASME-IX（2010版）相對于ASMEIX（1998版+1999補(bǔ)遺+2000補(bǔ)遺），取消兩個重要變量（QW-403.7和QW-403.13），增加一個重要變量（QW-410.64），增加一個非重要變量（QW-404.50）。

（1）QW-403.7 焊接變量QW-403.7在ASME 2007版中取消，之前版本中QW-403.7規(guī)定，對于多道焊的SMAW、SAW、GTAW和GMAW，當(dāng)評定試件為1.5in（38mm）或更大時，覆蓋的最大厚度為8in（203mm）。對于評定試件厚度超過8in，其覆蓋的母材厚度范圍T和焊縫厚度范圍t為1.33t。在QW-451.1的厚度覆蓋范圍中，其評定試件厚度的最高一檔為1.5in（38mm）或更大，規(guī)定與QW-403.7一致。

在ASME IX 2007版和2010版中，重新改寫了QW-451.1，見表1。

表1 QW-451.1

在2007版和2010版中，評定試件增加了1.5～6in（38～150mm），最高一檔為超過6in（150mm），其覆蓋的母材厚度范圍T和焊縫厚度范圍t為1.33t?？梢?，在2007版和2010版中，關(guān)于大厚度的評定試件的母材和焊縫厚度覆蓋范圍在QW-451.1中進(jìn)行了嚴(yán)格和明確的規(guī)定，從而不必保留QW-403.7。

（2）取消QW-403.13 QW-403.13在ASME 2010版中取消，A S M E I X(1998版至2000補(bǔ)遺)QW-403.13規(guī)定，從P-No.5改為另一P-No.5（例如P-No.5A到P-No.5B或P-No.5C，或相反），從P-No.9A改為P-No.9B，從P-No.10改為另一P-No.10（例如P-No.10A改為P-N0.10B或P-No.10C等，或相反）。這是一個重要變量。

P-No.5A/5B/5C是不同含量的Cr-Mo耐熱鋼，P-No.9A/9B是不同合金含量的低溫用Ni鋼，P-No.10則很復(fù)雜，包括低合金鋼(10A、10B)、碳素鋼(10C)、雙相不銹鋼（10H）、高純高Cr第3代鐵素體不銹鋼（10I/10J/10H）。

在ASME IX 2010版中，去除QW-403.13后，關(guān)于P-N0.5/9/10內(nèi)的覆蓋范圍，需要符合QW-424的規(guī)定，即評定試驗(yàn)中需要使用同樣的P-No.（如同為P-No.5A，9A，10I等），例如和原規(guī)定相比，不允許P-No.9B覆蓋P-No.9A。

（3）QW-410.9 QW-410.9在ASME 2001版中增加，其內(nèi)容為每一面的多道焊改為單道焊。這一變量對于經(jīng)歷上轉(zhuǎn)變溫度以上的PWHT，或者不銹鋼經(jīng)歷固溶熱處理時不適用。

在多道焊中，焊道對與之相鄰的已焊接焊道有回火作用，從而可以提高焊縫的韌性，而在單道焊中則無此作用。因此，SMAW中增加QW-410.9是完全合理的。實(shí)際上，在ASME IX (1998版至2000補(bǔ)遺）中，GTAW和SAW都有該要求，而SMAW缺失，可能是編輯錯誤。

（4）增加Q W-410.64 A S ME IX (2007版和2010版)Q W-410.64規(guī)定，對于P-N o.11A和P-No.11B，厚度＜5/8in（16mm）時，如果產(chǎn)品制造中采用熱加工制備坡口，那么工藝評定中也需要采用熱加工手段。上述坡口制備，包括使用熱加工進(jìn)行背面清根或去除有缺陷的焊縫金屬。

使用熱加工手段會產(chǎn)生焊接熱影響區(qū)，可能會對后續(xù)焊接操作產(chǎn)生一定影響。但是為何限定材料牌號為P-No.11A和P-No.11B，厚度限定在5/8in（16mm）以下，還需要繼續(xù)研究。但不管原因如何，ASME IX 2010版較1998版至2000補(bǔ)遺在這方面增加了要求是確定無疑的。

4 結(jié)果分析與討論

ASME 第IX卷《焊接和釬焊評定標(biāo)準(zhǔn)》從1998版到2010版，每次的修訂都有增加項(xiàng)和取消項(xiàng)，在內(nèi)容上增加了回火焊道焊接、換熱與管板的試驗(yàn)以及一些焊接變量和檢測方法等，對每種焊接方法的焊接變量做了局部的調(diào)整，將重復(fù)的要求進(jìn)行了精簡，并細(xì)化了某些焊接評定工藝等。通過對這些變化的分析，可以看出，2010版與1998版相比具有以下特點(diǎn)：

1）2010版與1998版對應(yīng)的部分無本質(zhì)差異，其技術(shù)內(nèi)容具有穩(wěn)定性和繼承性。

2）增加了一些反映技術(shù)進(jìn)步的新內(nèi)容，例如回火焊道技術(shù)。

3）增加了一些反映現(xiàn)場應(yīng)用需求的新內(nèi)容，例如更多的材料被納入。

4）修正了部分錯誤，例如QW-253中增加QW-410.9作為補(bǔ)充重要變量。