劉思賢

中國化學(xué)工程集團公司第十一建設(shè)有限公司 河南開封 475002

ASME規(guī)范中WPS和PQR的編制

劉思賢

中國化學(xué)工程集團公司第十一建設(shè)有限公司 河南開封 475002

結(jié)合ASME第Ⅸ卷，從WPS和PQR的基本定義出發(fā)，論述了WPS和PQR的編制原則，探討了WPS和PQR之間的關(guān)系。

ASME WPS PQR

1 前言

焊接工藝評定是機械安裝工程施工中焊接的指導(dǎo)性文件，沒有焊接工藝評定任何焊接都可以認(rèn)為是不可以接受的。但是怎么樣根據(jù)ASME規(guī)范來制定焊接工藝評定呢？筆者根據(jù)自己的實際工作經(jīng)驗，結(jié)合ASME規(guī)范第Ⅸ卷對WPS的編制過程進行了總結(jié)和歸納。

2 焊接工藝評定

2.1 焊接工藝規(guī)程（WPS）

焊接工藝規(guī)程（WPS）是為制造符合規(guī)范要求的產(chǎn)品焊縫而提供指導(dǎo)的、經(jīng)過評定的焊接工藝文件。制造者或承包者采用的任一WPS，應(yīng)是他們按ASME第Ⅸ卷第Ⅱ章規(guī)章規(guī)定進行過評定的WPS，或是按照ASME第Ⅸ卷第Ⅴ章規(guī)定采用附錄E所列AWS標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝規(guī)程（SWPS）。

一份完整的WPS應(yīng)述及在WPS中所采用的對每一種焊接方法而言的所有重要變素、非重要變素和當(dāng)需要時的附加重要變素，以及支持此WPS的PQR文件。

重要變素是指當(dāng)改變這種變素時,焊件的力學(xué)性能就要受到影響，因此需要WPS重新評定。非重要變素是指當(dāng)改變這種變素時，WPS無需作重新評定。ASME規(guī)范第Ⅸ卷中章節(jié)QW-250對各種焊接方式的重要變素、附加重要變素以及非重要變素作了詳細(xì)的表述。

2.2 工藝評定記錄（PQR）

工藝評定記錄（PQR）是試件焊接時所用焊接數(shù)據(jù)的記錄。PQR是焊接試件時記載焊接變素的記錄，它同時記有試樣的試驗結(jié)果。記載下來的變素一般應(yīng)在實際焊接生產(chǎn)所用變素的窄小范圍之內(nèi)。

一份完整的PQR應(yīng)包含多項內(nèi)容，對每一種焊接方法，應(yīng)記載下用于試件焊接時的全部重要變素和當(dāng)需要時的附加重要變素。試件焊接時的非重要變素和其它變素記載與否，視制造者或承包商的選擇而定。所有被記載下來的變素，都應(yīng)當(dāng)是用于試件焊接的實際變素（包括變素范圍）。除此之外，PQR的支持資料中還要包括試件的無損檢測和機械性能實驗的報告，以及母材、焊材和焊工的證明材料等。

制造者或承包者要對PQR進行確認(rèn)，這項工作不允許轉(zhuǎn)包給別人去做。除特殊情況外，一般PQR是不允許更改的，但對PQR進行編輯上的更改和補充則是允許的。制造商與承包商對PQR的所有變更都要進行再鑒證（包括日期）。由于PQR是支持WPS的文件，它應(yīng)能被隨時提供授權(quán)檢驗師（AI）查閱。一件WPS可能要求多件PQR支持。反之，一件PQR也可能支持多件WPS。

2.3 焊接工藝評定的范圍

施焊下列各類焊縫的焊接工藝必須根據(jù)ASME第Ⅷ卷規(guī)定進行焊接工藝評定：受壓件之間的焊接；非受壓的承載零件與受壓件之間的焊接；非受壓和非承載的零件與受壓件之間的焊接方法采用手工、機械或半自動者。

2.4 焊接工藝評定試驗項目

焊接工藝評定試驗的具體項目包括：焊縫外觀檢測，拉伸試驗，導(dǎo)向彎曲試驗，缺口韌性試驗，射線透照檢測，滲透檢測等。

2.5 試件厚度與焊件厚度

進行坡口焊縫拉伸試驗和橫向彎曲試驗的試件厚度與焊件厚度的范圍要求見表1（ASME第Ⅸ卷QW-451.1）。

進行坡口焊縫拉伸試驗和縱向彎曲試驗的試件厚度與焊件厚度的范圍要求見表2（ASME第Ⅸ卷QW-451.2）。

2.6 材料的分組

對母材指定P-No.是為了減少焊接工藝評定的數(shù)量，而對于具有規(guī)定沖擊試驗要求的鐵基金屬材料，在P-No.下再指定組號。這種分組主要是根據(jù)母材的特性，例如成分、焊接性和力學(xué)性能等進行類比來進行。在實際應(yīng)用中要從冶金性能、焊后熱處理、設(shè)計、力學(xué)性能和使用要求等觀點來考慮其適配性。

表1 坡口焊縫拉伸試驗和橫向彎曲試驗

表2 坡口焊縫拉伸試驗和縱向彎曲試驗

根據(jù)ASME第Ⅸ卷QW-420,將材料按表3所示進行了分組。

表3 材料的分組

2.7 WPS和PQR的格式及填寫

ASME第Ⅸ卷非強制性附錄B焊接和釬焊附表中QW-482及QW-483分別給出了WPS和PQR的推薦格式，但是WPS和PQR沒有固定的格式，只要ASME第Ⅸ卷中QW-250中所要求的每一個重要變素、非重要變素和當(dāng)需要時的附加重要變素都被包括無遺或被提及即可。

總體而言，國內(nèi)一些機構(gòu)與學(xué)者致力于引介漢學(xué)研究成果，為我們換個鏡子認(rèn)識自身做出了卓越貢獻。但漢學(xué)或者說新漢學(xué)中的政治學(xué)研究，對于國內(nèi)學(xué)界而言，仍然是新生事物，零星的介紹成果不少，但系統(tǒng)的梳理與完整的解讀，仍然非常不夠。我們將時間切片設(shè)置為1年，時間跨度選擇2008—2018年，Node types選擇為“author”，最終得到該領(lǐng)域高產(chǎn)作者結(jié)果。具體地說，在國內(nèi)政治學(xué)界，專注于評介海外新漢學(xué)中的中國政治研究成果的作者，根據(jù)發(fā)文量由高到低，前五位的作者依次是路克利、梁怡、韓強、朱政惠、劉杉。

根據(jù)試驗的過程及結(jié)果填寫WPS和PQR。

3 產(chǎn)品焊接工藝的編制

焊接工藝是承壓設(shè)備焊接的規(guī)定性工藝文件，帶有一定的強制性，其一般要求是：

（1）正確性：焊接工藝的正確性是指焊接工藝本身的各項要求，如坡口形式及尺寸、焊接方法選用、焊材選擇、焊接順序、焊接工藝參數(shù)、預(yù)熱溫度、焊后消氫、焊后熱處理、工藝裝備、操作要點等，均應(yīng)符合焊接的基本規(guī)則，符合工廠的生產(chǎn)實際；

（2）完整性：焊接工藝的完整性有兩層含義，一是對某一產(chǎn)品而言，應(yīng)包含受壓元件之間的焊縫，以及與受壓元件相焊的焊縫均應(yīng)制定焊接工藝，否則就認(rèn)為不完整。另一含義是對某一工藝卡而言，對某個節(jié)點所需的焊接工藝參數(shù)、施焊要點、工藝裝備等均應(yīng)列出；

（3）有效性：焊接工藝有效性，就是能夠指導(dǎo)焊接施工，在施焊過程中得到貫徹。

3.1 焊接坡口的確定

（1）焊接坡口包括坡口形式和尺寸。通常坡口形式有V型、U型等；

（2）坡口尺寸包括坡口角度、鈍邊、根部間隙。設(shè)計焊接坡口的類型必須符合產(chǎn)品設(shè)計的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，還要考慮母材的厚度、焊接特性、結(jié)構(gòu)的剛性、焊接應(yīng)力、焊接方法的特點及其熔深。對于奧氏體不銹鋼的焊接，還要注意坡口形式和尺寸對抗腐蝕性能的影響。

3.2 填充金屬的選用

填充金屬的選用原則：應(yīng)根據(jù)母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能，并結(jié)合壓力容器的結(jié)構(gòu)特點、使用條件及焊接方法綜合考慮選用填充金屬,必要時通過試驗確定。填充金屬的性能應(yīng)高于或等于相應(yīng)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的下限或滿足圖樣規(guī)定的技術(shù)條件要求。

3.3 焊前預(yù)熱

（2）不同鋼號相焊時，預(yù)熱溫度按預(yù)熱溫度較高的鋼號選取。

3.4 焊接參數(shù)

影響材料焊接工藝性的主要參數(shù)有：焊接電流、焊接電壓及焊接速度等，它們對焊接過程的穩(wěn)定性、稀釋率、焊道形狀和熔敷效率、焊縫化學(xué)成分及組織的穩(wěn)定性有直接影響。

焊接電流增大時（其他條件不變）,焊縫的熔深和余高均增大，熔寬沒多大變化（或略為增大）。這是因為：

（1）電流增大后，工件上的電弧力和熱輸入均增大，熱源位置下移，熔深增大。熔深與焊接電流近于成正比關(guān)系；

（2）電流增大后，焊絲熔化量近于成比例地增多，由于熔寬近于不變，所以余高增大；

（3）電流增大后，弧柱直徑增大，但是電弧潛入工件的深度增大，電弧斑點移動范圍受到限制，因而熔寬近于不變。焊縫成形系數(shù)則由于熔深增大而減少。熔合比亦有所增大；

（4）在其他條件不變的條件下，增加電流即增加了熱輸入量，從而使熔深增加。在焊縫中心晶粒因緩冷而形成粗大的柱狀晶，降低了焊縫金屬的塑性，并因晶粒粗大導(dǎo)致焊縫金屬的韌性降低，強度也隨之降低，同時伴隨著一些合金元素的燒損，飛濺大，使得焊縫易出現(xiàn)焊接缺陷，例如燒穿、咬邊。焊接電流過小，電弧不穩(wěn)定，容易造成一些焊接缺陷，例如未焊透、未熔合、夾渣，且降低生產(chǎn)效率；

（5）電弧電壓隨弧長而異。電弧電壓增大后，電弧功率加大，工件熱輸入有所增大；同時弧長拉長，分布半徑增大，因此熔深略為減少而熔寬增大。余高減少，這是因為熔寬增大，焊絲熔化量卻稍有減少所致。母材的熔合比亦有所增大；

（6）焊接電壓對熔深、外表成形及母材稀釋率的影響也很大。當(dāng)其他條件不變時，增加焊接電壓而熱輸入量增加，這增加母材的稀釋率。但當(dāng)電壓過高時，焊接電流值不能保證，電弧失去穩(wěn)定，濺渣量激增，同時會造成空氣入侵，這時會形成夾渣等缺陷；電壓過低，焊絲存在粘連母材現(xiàn)象，且焊接過程變得很不穩(wěn)定，易產(chǎn)生焊瘤。一般情況下應(yīng)控制弧長不超過焊條直徑；

（7）焊接速度提高時熱輸入量減少，使熔深、熔寬有所降低，余高也減少。焊速太快，會造成咬邊、未熔合；焊速太慢，會造成漫溢；

（8）焊接速度的高低是焊接生產(chǎn)率高低的重要指標(biāo)之一。從提高焊接生產(chǎn)率考慮，措施之一是提高焊速。要保證給定的焊縫尺寸，則在提高焊接速度時要相應(yīng)地提高焊接電流和焊接電壓，這三個量是相互聯(lián)系的；

（9）大功率電弧高速焊時，強大的電弧力把熔池金屬猛烈地排到尾部，并在那里迅速凝固，熔池金屬沒有均勻分布在整個焊縫寬度上，形成咬邊。這種現(xiàn)象限制了焊速的提高。采用雙絲焊或多弧焊可進一步提高焊速，并可防止上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.5 焊后熱處理

（1）受壓容器及其部件，根據(jù)母材的化學(xué)成分、焊接性能、厚度、焊接接頭的拘束程度、容器使用條件，當(dāng)符合ASME C分卷的有關(guān)篇中要求進行焊后熱處理者，應(yīng)當(dāng)按UW-40的規(guī)定進行焊后熱處理；

（2）不同鋼號相焊時，焊后熱處理規(guī)范應(yīng)按焊后熱處理溫度要求較高的鋼號執(zhí)行，但溫度不應(yīng)超過兩者中任一鋼號的下臨界點。非受壓元件與受壓元件相焊時,應(yīng)按受壓元件的焊后熱處理規(guī)范。

（3）焊后熱處理溫度以在焊件上直接測量為準(zhǔn)，在整個熱處理過程中應(yīng)當(dāng)連續(xù)記錄。

4 WPS和PQR之間先后關(guān)系的探討

WPS是ASME規(guī)范產(chǎn)品焊接工藝的規(guī)定，在制作ASME規(guī)范產(chǎn)品時，WPS必須分發(fā)到施工現(xiàn)場，提供給有資格的焊工，指導(dǎo)他們按ASME規(guī)范的要求施焊，制作出滿足ASME規(guī)范要求的焊接接頭。PQR是按某一WPS焊制工藝評定試板以及繼后的力學(xué)性能試驗結(jié)果的實況記錄。PQR不與焊工見面，但它記錄了試驗實況與結(jié)果，證實了按某一WPS施焊能夠得到是否具備預(yù)期力學(xué)性能的焊件。由此可見，如果WPS沒有PQR的支持，焊接接頭的力學(xué)性能就沒有保證，而沒有PQR支持的WPS絕不可用于ASME規(guī)范產(chǎn)品的焊接。所以在ASME體系中，WPS與PQR密切相關(guān)，相輔相成，是不可分割的兩部分。只有當(dāng)二者有機地結(jié)合在一起時，才能有效保證規(guī)范產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

在實際的工作中，筆者根據(jù)自己的實際工作經(jīng)驗對WPS和PQR產(chǎn)生的先后關(guān)系進行了總結(jié)，主要由兩種情況：

（1）先有WPS后有PQR。即首先按照規(guī)范編制WPS，然后通過PQR來驗證WPS的正確性；

綜上所述，不能簡單地說先有WPS還是先有PQR，而應(yīng)具體情況具體對待。此外，無論是按程序1或2得到的WPS中均可根據(jù)產(chǎn)品的實際情況，對諸如坡口、位置等非重要參數(shù)加以修改。

1 ASME第Ⅸ卷，中國石化出版社，2007版.

2 顏京民.《ASME規(guī)范產(chǎn)品焊接評定中五個值得注意的問題》，壓力容器，第8卷第5期.

3 姚欽.《ASME規(guī)范的焊接工藝評定在我國的應(yīng)用探討》，機械工人，2006年第5期.

TE682

B

1672-9323（2011）06-0049-03

2011-09-11）