陳雯晶 李 艷 史雪芬 郭 晶

（大連日立機械設(shè)備有限公司)

1 問題的提出

某工程項目中一臺熱交換器，按ASME規(guī)范第Ⅷ卷第2分卷建造[1]。設(shè)計要求規(guī)定，管板材料應(yīng)選擇SA-266中的碳鋼鍛件[2]，表面堆焊8825鎳基合金。換熱管也選擇8825鎳基合金管。這樣，為制造該臺換熱器，就需要評定在碳鋼基體上堆焊8825鎳基合金和焊接管-管板接頭需要的焊接工藝規(guī)程。為進行這兩項工藝評定須具備一些有關(guān)規(guī)范方面的知識，本文將就此進行詳細(xì)討論。

2 涉及的材料

SA-266/SA-266M共包括4個等級的碳鋼鍛件[1]，見表1。表中同時給出了它們在規(guī)范第Ⅸ卷QW-422中的分類編號，即P-號和組號[3]。

8825是一種變形鎳基合金在美國統(tǒng)一編號系統(tǒng)中的統(tǒng)一編號[4]，完整的表達形式為UNS N08825。 它是一種母材 （base metal）。 “堆焊8825”應(yīng)該理解為 “堆焊與UNSN08825鎳基合金母材同類或相當(dāng)?shù)暮附尤鄯蠼饘佟薄?/p>

表1 SA-266中4個等級的碳鋼鍛件強度及其P-號和組號

大多數(shù)焊接材料已經(jīng)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。在美國焊材標(biāo)準(zhǔn)系列中，焊接添加材料也有UNS編號。但同類合金母材和焊材的UNS編號并不相同。例如在美國鎳基合金焊材標(biāo)準(zhǔn)中就找不到編號為UNS N08825的焊接材料。所以選擇焊接材料不能單靠UNS統(tǒng)一編號，還需要具備其他方面的知識。例如在美國的兩份鎳基合金焊材標(biāo)準(zhǔn)中，就找到了焊接UNSN08825這種鎳基合金的焊接添加材料。它們分別是焊條ENiCrMo-18（見文獻 [5] 中之A7.7.15）和焊絲 ERNiFeCr-1(見文獻 [6] 中之A7.5)。表2和表3是它們的基本數(shù)據(jù)。表中同時還給出了母材UNS N08825的相應(yīng)數(shù)據(jù)以資比較[7-10]?？梢钥闯龊附硬牧虾捅缓改覆牡幕瘜W(xué)成分只是相近，并不完全相同。UNS編號當(dāng)然也不相同。

換熱管可選擇文獻 [7] 中的無縫管 （seamless tube）或文獻 [9] 中的焊接管 （welded tube）。

3 堆焊和焊接方法

3.1 管板表面耐蝕堆焊

管板大部分面積可采用帶極埋弧堆焊 （SAW）。中心部位埋弧堆焊無法實施的部分用焊條手工堆焊（SMAW）填補。

表2 UNS N08825母材及其適配的焊接添加材料的化學(xué)成分 (%)

表3 UNS N08825母材及其適配焊接材料的力學(xué)性能

3.2 管-管板接頭焊接

管-管板接頭采用自動鎢極惰性氣體保護焊（GTAW）。局部修理或個別接頭可采用手工操作鎢極惰性氣體保護焊 （GTAW）。

4 耐蝕堆焊工藝評定

4.1 工藝評定試件

根據(jù)QW-214.1，耐蝕堆焊評定試件 （coupon）的尺寸和評定范圍規(guī)定在QW-453中。它規(guī)定：如果堆焊工藝評定試件母材厚度為T，則評定的母材厚度范圍為T～∞。如果堆焊工藝評定試件母材厚度為25 mm或大于25 mm，則評定的母材厚度范圍為25 mm～∞。把上述規(guī)定反過來讀，就是如果待堆焊零件中厚度T有小于25 mm(1 in)的,則評定試板厚度就不能選得比堆焊零件中厚度最薄者還厚，否則評定范圍就會漏掉部分厚度薄的工件。如果待堆焊零件的厚度都不比25 mm(1 in)薄，則評定試件厚度就可以選25 mm(1 in)或更厚。

換熱器管板厚度不會小于25 mm。所以評定試件厚度至少應(yīng)選25 mm或更厚。要知道厚度大容易堆焊，至少可以避免過分變形。但也不必太厚，太厚切取試樣困難。

評定試件可以是板，也可以是管，而且管子的直徑也不是控制因素，可大可小，只要能夠切取出需要數(shù)量的試樣就行。

QW-453注 (1)規(guī)定，如果使用板試件，試件最小應(yīng)為150 mm×150 mm；如果選用管試件，試件管長度不得小于150 mm。

關(guān)于試件材料見后面的4.3.1節(jié)。

4.2 需控制的變數(shù)

和連接焊接不同，堆焊希望熔深盡量小，以便減輕母材對堆焊金屬的稀釋。所以堆焊涉及的焊接變數(shù)及其控制要求也與連接焊接不同。ASME規(guī)范把它們單獨列出來，并標(biāo)以 “特殊焊接方法變數(shù)”與連接焊接方法相區(qū)別。

規(guī)范把需要控制的變數(shù)歸納成8個方面，并分為重要變數(shù)和非重要變數(shù)兩大類。前者影響堆焊質(zhì)量，因而決定評定范圍，超出評定范圍，原評定失效，需另行評定；后者不影響堆焊質(zhì)量和評定范圍，即使修改也無須另行評定。本文確定的兩種堆焊方法所涉及的變數(shù)及其性質(zhì)見文獻 [3] 中表QW-253.1和QW-254.1?，F(xiàn)把它們歸納在一起，列在下面表4中。

4.3 重要變數(shù)的確定及控制

4.3.1 母材 （QW-403）

對母材的控制涉及材料種類及厚度兩個方面。

表4 兩種耐蝕堆焊方法規(guī)范要求控制的變數(shù)及控制形式

QW-403.20控制的是母材種類。它規(guī)定從QW/QB-422所列某一P-號的母材改變?yōu)榱硪籔-號的母材，或改變?yōu)槿魏纹渌哪覆男枇硇性u定。對于P-10和P-11的母材，則更嚴(yán)格一些，不僅P-號，即使組號改變也需重新評定。

產(chǎn)品管板母材，SA-266中的碳鋼鍛件的P-號都是1（見表1）。所以按P-號控制就行，不用顧忌組號。即評定試件可以使用SA-266/SA-266M中的任何一個等級的鍛件，也可以使用其他ASME材料標(biāo)準(zhǔn)中的碳鋼鍛件，甚至碳鋼鋼板。只要P-號是1就行。

另一控制要求是QW-403.23，它規(guī)定母材厚度改變超過QW-453的評定范圍，就需另行評定。涉及的是評定試件母材厚度和堆焊產(chǎn)品母材厚度間的關(guān)系，就是前面4.1節(jié)討論過的試件厚度問題。此處不再重復(fù)。

4.3.2 焊接添加材料 （QW-404）

ASME規(guī)范對焊接添加材料的控制是通過焊接熔敷金屬的化學(xué)成分實現(xiàn)的。對于耐蝕堆焊，其控制要求在QW-404.37中作出了規(guī)定。分3種情況：

（1）當(dāng)焊接熔敷金屬從表QW-442中的某一A-號改變?yōu)榱硪籄-號，或改變?yōu)楸碇形戳腥氲牧硪环N不同的化學(xué)成分時，需另行評定；

（2）對表QW-442中A-號為8或9的化學(xué)成分，每個AWS標(biāo)準(zhǔn)分類號焊材UNS編號的改變需另行評定；

（3）表QW-432中的每一種非鐵合金都需要單獨進行評定。

該條涉及的是堆焊工藝評定中實際使用的焊材和產(chǎn)品堆焊可以使用的焊材間的關(guān)系。根據(jù)堆焊金屬類別的不同，控制的寬嚴(yán)程度也不同。

對大多數(shù)鐵基焊材，是按熔敷金屬的A-號或化學(xué)成分控制的，比較寬松。因為同一A-號的熔敷金屬完全可以由不同分類號，甚至不同標(biāo)準(zhǔn)中的焊材，以至非規(guī)范或非標(biāo)準(zhǔn)焊材得到。所以工藝評定和產(chǎn)品堆焊使用分類號或牌號不相同的焊材完全可能。只要A-號相同，就符合規(guī)范要求。

對那些沒有A-號的焊材，即使用它們得到的熔敷金屬按化學(xué)成分與QW-442對各種A-號規(guī)定的化學(xué)成分范圍一個也對應(yīng)不上的焊材，當(dāng)然只能按焊材的AWS標(biāo)準(zhǔn)分類號 （規(guī)范焊材）或商品牌號 （非規(guī)范焊材）來控制了。

對于A-號為8和9的鐵基焊材和非鐵基焊材，控制就嚴(yán)格得多了。前者須是有AWS分類號的焊材，按UNS統(tǒng)一編號控制，這意味著只能使用美國標(biāo)準(zhǔn)焊材；后者不僅按AWS分類號控制，而且必須是列入QW-432中的焊材，這意味著不僅只能使用美國標(biāo)準(zhǔn)焊材，而且還必須是ASME認(rèn)可的美國焊材標(biāo)準(zhǔn)和品種。這兩種情況都不允許使用非規(guī)范焊材。本產(chǎn)品要求堆焊的金屬為鎳基合金，所以只能使用SFA-5.14/SFA-5.14M中由與ERNiFeCr-1焊絲相同的材料制成的帶極EQNiFeCr-1作為帶極埋弧堆焊的焊接添加材料。對于焊條手工堆焊，使用SFA-5.11/SFA-5.11M中的ENiCrMo-18焊條。

對于帶極埋弧堆焊 （SAW），還存在焊劑（flux）問題，它是由QW-404.39控制的。它要求焊劑公稱化學(xué)成分改變需重新評定。鎳基合金埋弧焊焊劑目前還沒有實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，而且在市場經(jīng)濟社會里，焊劑成分是商業(yè)機密，所以只能按焊劑制造廠商品牌號控制。這樣工藝評定使用什么焊劑，產(chǎn)品堆焊也只能使用同種焊劑。焊劑牌號和生產(chǎn)廠商都不能改變。

4.3.3 堆焊位置 （QW-405）

對于耐蝕堆焊，焊接位置這一重要變數(shù)由QW-405.4控制。它的基本思想是堆焊工藝評定試驗是在什么位置完成的，產(chǎn)品堆焊也只能在相同位置進行，如還要在其他位置下進行，就得另行評定。管板堆焊完全可以只在平焊位置，而用不著在其他位置進行。所以僅就堆焊管板而言，不管帶極埋弧堆焊還是焊條手工堆焊，都在平焊位置下進行就夠了。

但是一項評定通過的堆焊工藝規(guī)程還可以用來在產(chǎn)品法蘭、容器筒體或封頭內(nèi)表面上堆焊以及焊接復(fù)合鋼板產(chǎn)品焊縫的復(fù)層部分。這些應(yīng)用場合就不能保證都只在平焊位置下進行了。所以對于焊條手工堆焊還需要考慮今后一段較長時期內(nèi)可能遇到的其他堆焊位置。為此需要看看QW-405.4(c)。QW-405.4(c)規(guī)定了3種堆焊位置，在這些位置下完成的堆焊評定，在其他變數(shù)有效的前提下，允許在任何位置進行產(chǎn)品堆焊。這3種評定位置是：板試件立焊位置向上堆焊 （3G），管試件管軸水平固定 （5G）或管軸傾斜45°固定 （6G）。對后面兩種情況，堆焊在管試件表面上的堆焊金屬至少要有一段必須是在相當(dāng)于立焊位置向上方向完成的，而且要求的各種試驗都必須包含從這一段取出的試樣，詳見文獻 [3] 圖QW-461.3、QW-461和4QW-462.5(b)。

4.3.4 預(yù)熱溫度和層間溫度 （QW-406）

QW-406.4要求控制產(chǎn)品堆焊時工件的預(yù)熱溫度不比評定試件的預(yù)熱溫度低過55℃。層間溫度要求控制得不比評定試驗時記錄的層間溫度高過55℃。

這一條不難做到。在碳鋼上堆焊用不著預(yù)熱，在車間環(huán)境溫度下進行就行。如果是冬天，車間最低溫度不會低于0℃。這樣通過的評定，用在產(chǎn)品堆焊上，工件溫度不低于-55℃都不超過評定范圍。如果是夏天，車間溫度高達30℃，只要預(yù)熱溫度范圍不低于-25℃，評定仍然是有效的，而實際上根本不會在這樣低的溫度下堆焊。

層間溫度是防高不防低。管板都很大，堆焊完一層，再堆焊下一層，工件溫度差不多就降低到接近車間環(huán)境溫度了，不會發(fā)生層間溫度過高的問題。倒是評定試驗時，由于試件尺寸小，層間溫度容易偏高。那就需要控制了，即堆焊完一層，停頓一會兒，待層間溫度降低到一定程度，比如降低到150℃或更低，再堆焊下一層。

4.3.5 堆焊后熱處理 （QW-407）

對于耐蝕堆焊，堆焊后熱處理由QW-407.9控制。在碳鋼管板上堆焊耐蝕金屬，堆焊后要么不進行熱處理；要進行，也就是消除應(yīng)力熱處理。反正產(chǎn)品怎樣要求，評定試件就按怎樣的要求去做就是。

4.3.6 電特性 （QR-409）

該項下有兩點控制要求。

QW-409.4，它控制的是堆焊電流的種類 （即交流電還是直流電）和如果是直流電，是正接 （工件接電源正極）還是反接 （工件接電源負(fù)極）。這一條也無須討論。反正產(chǎn)品堆焊怎樣做，評定試驗也得照樣做。

QW-409.22和QW-409.26意思相同，控制的都是堆焊第一層時的電弧電熱參數(shù)，它影響熔深，因而影響母材稀釋率。前者適用于焊條手工堆焊。它規(guī)定產(chǎn)品堆焊時首層使用的堆焊電流不得超過評定試驗時使用電流的110%。后者適用于埋弧堆焊，它規(guī)定產(chǎn)品堆焊時首層的熱輸入不得超過評定試驗時首層熱輸入的110%。和焊條手工堆焊比較，埋弧堆焊的堆焊電流和堆焊速度都可以在一個很大的范圍內(nèi)選擇，所以不能像對焊條手工堆焊那樣，只控制首層堆焊使用的堆焊電流。

4.3.7 堆焊技術(shù)（QW-410）

對于耐蝕堆焊，堆焊技術(shù)控制的是，要求的堆焊質(zhì)量是堆焊一層就達到的，還是堆焊了兩層或多層才達到的。它由QW-410.38控制。該條規(guī)定，如果評定試驗采用的是多層堆焊，產(chǎn)品上也必須堆焊多層。如果評定試驗時只堆焊了一層，都通過了評定，那么產(chǎn)品堆焊也只能堆焊一層，而不能堆焊兩層或更多層。

對于多層堆焊容易理解。對于單層堆焊似乎需要稍作說明。電弧堆焊總存在母材稀釋。多層堆焊是靠第一層的緩沖作用來保證第二層和以后各層的各項性能，包括化學(xué)成分符合規(guī)范和堆焊工藝規(guī)程要求的。對于單層堆焊，要達到要求的堆焊質(zhì)量，同時融化的焊接添加金屬量相對于熔化的母材金屬量必須大到一定程度。即堆焊層不能太薄。要求一層堆焊的金屬量分作兩層或多層去完成，就意味著首層堆焊的金屬量不足，從而存在堆焊層質(zhì)量達不到合格標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險。

4.3.8 其他

以上是ASME規(guī)范對焊條手工堆焊和帶極埋弧堆焊工藝評定規(guī)定必須控制的重要變數(shù)。對于帶極埋弧焊，還有幾項重要變數(shù)需稍加說明。它們是：

QW-404.24。該條規(guī)定，使用或取消補充添加金屬，且使用量超過評定試驗用量的10%，需重新評定。關(guān)于補充添加金屬，QW-490給出的定義是，在電渣焊或其他熔化極電弧焊中，除了熔化的消耗電極 （consumable electrodes）外，以金屬粉末、實心或復(fù)合金屬形式加入而形成焊縫的金屬均為補充添加金屬。

補充添加金屬一般是以金屬粉末或焊絲段的形式加到焊劑中，靠電弧熔化而形成焊接金屬的。一般不使用這種方法。

QW-410.38。它規(guī)定多絲焊改變?yōu)閱谓z焊，或反過來，由單絲焊改變?yōu)槎嘟z焊都需要重新評定。堆焊中使用多根焊絲，焊絲是并行排列，而不是前后縱向排列的 （in tandem）。多絲堆焊是現(xiàn)在通行的帶極堆焊的始祖。帶極堆焊出現(xiàn)之前，為提高堆焊效率，曾使用過多絲堆焊。隨著多絲堆焊中焊絲根數(shù)的無限增多和每根焊絲直徑的逐漸變小，最后達到的極限就是帶極堆焊。

QW-410.40。它規(guī)定評定試驗中如果使用了某種輔助裝置，以控制影響熔池的磁場，則實際生產(chǎn)堆焊時也必須使用同樣的輔助裝置，否則就得另行評定。這是指一類產(chǎn)生磁場的裝置。一般在帶極電渣堆焊中使用。帶極埋弧堆焊可以使用，也可以不使用。一般不使用。

凡重要變數(shù)，在工藝規(guī)程 （WPS）中必須規(guī)定，在工藝評定記錄 （PQR）中必須記錄。包括不使用的那些變數(shù)。WPS是指令性文件，PQR是記錄性文件。所以在WPS中必須使用 “祈使句”；而在PQR中必須使用 “陳述句”。例如QW-404.24“補充添加金屬”和QW-410.40“輔助裝置”一般不使用，在WPS中需表達為：QW-404.24和QW-410.40，不得使用。在PQR中表達為：QW-404.24和QW-410.40，沒有使用。

4.4 非重要變數(shù)

除了重要變數(shù)外，每種堆焊方法，規(guī)范都還要求對某些非重要變數(shù)做出規(guī)定。這些非重要變數(shù)雖然不影響工藝評定的有效性，但也必須在WPS中給出明確規(guī)定，否則操作無法進行。因為不管是在產(chǎn)品上堆焊，還是在評定試件上堆焊，都是在具體變數(shù)，包括非重要變數(shù)條件下完成的。由于非重要變數(shù)改變不影響堆焊質(zhì)量，規(guī)范允許PQR中不記錄。但記錄更好。

4.5 堆焊工藝評定試件的檢驗和試驗

4.5.1 規(guī)范要求的檢驗和試驗

耐蝕堆焊工藝評定試件堆焊完后，需要進行的檢驗和試驗規(guī)定在表QW-543和其注釋條文中。它包括：

注 （4）：該條要求對堆焊層表面進行液體滲透劑 （liquid penetrant）檢驗，符合QW-195的要求。

注 （5）：它規(guī)定液體滲透劑檢驗合格后，需切取4個符合QW-161的測彎試樣，進行導(dǎo)向彎曲試驗。4個試樣可以兩個平行于堆焊方向，另兩個垂直于堆焊反方向；也可以4個試樣全垂直于堆焊反方向。試樣的切取部位見圖QW-462.5(c)和QW-462.5(d)。QW-462.5（c）是管試件，顯然4個試樣只能都垂直于堆焊方向。

注 （9）：該條注釋規(guī)定，當(dāng)WPS中有化學(xué)成分要求時，化學(xué)成分分析樣品 （chips）的取樣位置按圖QW-462.5(b)或QW-462.5(e)確定?；瘜W(xué)分析按QW-462.5(a)進行，分析結(jié)果應(yīng)落在WPS規(guī)定范圍內(nèi)。如果WPS中沒有規(guī)定化學(xué)成分，則化學(xué)成分分析就無須進行。

前兩項試驗問題不大，大家都知道怎樣做。對化學(xué)成分分析或取樣位置需要進一步討論。

4.5.2 化學(xué)分析取樣位置

QW-462.5(b)或QW-462.5(e)規(guī)定的是在堆焊試件上取樣的宏觀方位。QW-462.5(a)規(guī)定的是進行化學(xué)分析或開始取樣的深度位置。

QW-462.5(a)的表達形式，在規(guī)范早些年的版本中和現(xiàn)在并不相同，而是像本文圖1(a)所示那樣，只是從本世紀(jì)初才改成現(xiàn)在的形式，見圖1(b)。

圖1 耐蝕堆焊工藝評定中堆焊金屬化學(xué)成分分析部位或開始取樣部位

圖1(a)規(guī)定，供化學(xué)成分分析的樣品 （即從堆焊金屬中取出的金屬屑末）應(yīng)該從距熔合線一定距離、厚度不超過0.5 mm(0.02 in)薄薄一層堆焊金屬中取出。如果分析合格，取樣開始部位到熔合線的距離就是評定的最小堆焊層厚度t。如果不合格，還得往上移，再在上移后的0.5 mm薄層內(nèi)取樣分析，直至合格。從最小評定厚度往下，成分是否合格，無法回答，因為沒有證明；但往上，肯定都是合格的。所以分析合格的那個取樣位置到熔合線的距離就是評定合格的最小堆焊層厚度t。這就是前面表4中 （序號1）QW-402.16這一重要變數(shù)的控制要求。按該要求，實際熔敷在產(chǎn)品上的堆焊金屬厚度 （即近似堆焊界面至最終堆焊表面的距離）不得小于按QW-462.5(a)得到的最小評定厚度。由于該重要變數(shù)的控制要求與堆焊層化學(xué)成分分析有關(guān)，所以把它放在這里來討論。

圖1(a)[12]的表達形式反映的是早些年化學(xué)分析技術(shù)的水平。那時候為了進行化學(xué)成分分析，只能取樣后拿到實驗室里去進行所謂 “濕法”分析。

隨著技術(shù)的進步，出現(xiàn)了很多種可以直接在產(chǎn)品或樣件上進行化學(xué)成分分析的儀器，如各種光譜分析儀。圖1(b)就是為適應(yīng)分析技術(shù)的這種進步而做的修改。除了把熔合線稱之為 “近似堆焊金屬界面”外，圖中還標(biāo)出了3個 “注”。

“注1”指的是最終堆焊金屬表面。它指出化學(xué)分析可以直接在最終堆焊表面上進行，或從最終堆焊表面起取屑末 （chips）進行分析。這時從近似堆焊金屬界面至最終堆焊表面的距離就是最小評定厚度。

“注2”指的是從最終堆焊表面往下挖了不同深度形成的幾處所謂 “制備表面”。 “注2”指出，化學(xué)分析可以直接在這些 “制備表面”上進行，也可以從這些 “制備表面”開始取屑末 （chips）進行分析。這時，從近似堆焊金屬界面至在其上進行分析或從其開始取屑末的那個 “制備表面”間的距離就是最小評定厚度。

上面兩種情況下，“直接在其上進行分析”，就是不取金屬屑末，直接用儀器在所指表面進行分析，適用于采用先進分析技術(shù)的情況。 “取屑末（chips）進行分析”，就是取樣分析，適用于采用傳統(tǒng)分析技術(shù)的情況。

“注 3”的情況就只有一種，即 “取屑末（chips）進行分析”，適用于傳統(tǒng)分析技術(shù)。只不過是用鉆頭從側(cè)面鉆取屑末 （chips）。必須注意，評定最小厚度是近似堆焊金屬界面至鉆孔的上邊緣，而不是鉆孔中心，更不是孔的下邊緣。

所以圖1(b)既適用于傳統(tǒng)分析方法，也適用于現(xiàn)代儀器分析方法。

5 管-管板接頭焊接工藝評定

關(guān)于換熱器類產(chǎn)品管-管板接頭的工藝評定，ASME規(guī)范焊接評定卷[3]規(guī)定了兩種截然不同的方法 （QW-202.6）。一是根據(jù)接頭類型不同，把這類接頭當(dāng)成局部焊透的坡口焊縫或角焊縫，按QW-202.2和QW-202.4的規(guī)定，作為坡口焊縫評定；或按QW-202.(c)作為角焊縫評定。這種評定方法可以評定接頭性能，符合ASME規(guī)范焊接評定卷的基本邏輯。第二種方法則要求采用產(chǎn)品模擬試件進行評定，具體做法規(guī)定在QW-193中。該方法不能測定接頭性能，帶有很大焊工技能評定的性質(zhì)。文獻 [3] 特別指出，只有當(dāng)規(guī)范建造卷特別要求時才采用此法。

本產(chǎn)品依據(jù)的規(guī)程是ASME規(guī)范第Ⅷ卷第2分卷。它的第6.3.4條規(guī)定管-管板接頭的焊接工藝規(guī)程按規(guī)范第Ⅸ卷QW-193的要求評定[1]。下面的考慮都是根據(jù)QW-193做出的。

5.1 工藝評定方法

QW-193.1規(guī)定，每一項焊接工藝規(guī)程需評定10個模擬焊縫 （mockup welds）。包含這10個模擬焊縫的試件 （mockup assembly）基本上需模擬實際管板上管孔的布局和管-管板接頭的設(shè)計形式，差別不能超出QW-288規(guī)定的極限[3]。

模擬焊縫試件由代表換熱管的10段管子試件和代表管板的一塊板試件組成。這一點和我國標(biāo)準(zhǔn)[13]規(guī)定相同，大家都熟悉。但ASME規(guī)范只規(guī)定，模擬試件中板試件的厚度用不著超過50 mm。至于尺寸和形狀規(guī)范都沒有限制，只要能模擬實際產(chǎn)品上管孔的排列，布置下10個模擬焊縫就行。10段管試件的長度也沒有要求，不影響要求的試驗項目就行。

規(guī)范還提到了復(fù)合管板的情況，指出可以用與復(fù)合管板復(fù)層材料化學(xué)成分基本相同 （essentially equivalent）的整塊母材代替。對于本產(chǎn)品就是可以用整塊UNSN08825鎳基合金 （板或鍛件）代替碳鋼表面上堆焊鎳基合金耐蝕層的復(fù)合板試件。但從經(jīng)濟因素考慮，當(dāng)然不會這樣做。

5.2 焊接工藝評定試件的檢驗

對于焊接完成的管-管板模擬工藝評定試件，ASME規(guī)范要求進行3項檢驗。

QW-193.1.1：目視檢驗。要求完全熔合，不得把管壁焊穿，不得有裂紋和氣孔。

QW-193.1.2：液體滲透劑檢驗。要求達到QW-195.2的合格標(biāo)準(zhǔn)。

QW-193.1.3：宏觀檢驗。要求最短（小）泄漏通道（厚度）達到設(shè)計要求；無裂紋，焊縫與管子和管板都完全熔合，接頭根部焊縫熔深不小于0.4 mm，不得因存在氣孔使角焊縫厚度降低到設(shè)計要求的最短泄漏通道值以下。

對于前兩項檢驗無須多說。對第3項，即宏觀檢驗需做一些討論。

QW-193.1.3規(guī)定，模擬焊縫應(yīng)通過管子中心切剖開，以進行宏觀檢驗。應(yīng)把4個剖切后暴露出來的剖面磨平，然后再浸蝕 （浸蝕劑見QW-470），使焊縫和熱影響區(qū)清晰地顯露出來。用10～20倍放大鏡對橫剖面進行檢驗，確認(rèn)達到上述各項要求。

這段規(guī)定只明白無誤地表示清楚了兩點要求，即通過管子中心切剖，檢驗4個剖切面。還有以下一些問題，規(guī)范并沒有強制規(guī)定。

（1）切剖幾個模擬焊縫？規(guī)范原文 “焊縫”一詞用的是復(fù)數(shù) （welds）。所以肯定不能只切剖一個。剖切的焊縫數(shù)量最少應(yīng)滿足得到4個檢驗面的要求。再多切，甚至把10個模擬焊縫都切剖開，規(guī)范也不限制。

（2）一個模擬焊縫是沿管子中心切剖一刀，切成兩半，還是相互垂直切剖兩刀，切成4份？規(guī)范沒有規(guī)定。切成兩半或切成4份都不違背規(guī)范規(guī)定。如果切成4份，切剖一個模擬焊縫就能得到規(guī)范要求的4個檢驗面，甚至還有余。但根據(jù)前面（1）的分析，這肯定不行。如果切剖成4份，就至少須切剖2個模擬焊縫。每個模擬焊縫對開，切剖成兩半，顯然比切剖成4份容易。如切成兩半，至少要切剖4個模擬焊縫，才能湊夠要求的4個檢驗面。在滿足對檢測面數(shù)量要求、切剖最少數(shù)量模擬焊縫的前提下，切成4份，只能對一個、最多2個模擬焊縫進行檢驗；如果對開切成兩半，切剖4個，就至少可以檢驗4個模擬焊縫。所以，從檢驗深度看，對開切成兩半要比切成4份好。

（3）切剖部位，即切剖焊縫從10個模擬焊縫中如何選？ASME規(guī)范沒有規(guī)定。由評定者隨意選。切剖的焊縫也不一定必須鄰近，相互隔開也許更能反映焊縫質(zhì)量。也沒有切剖開的焊縫部分中有兩塊必須連在一起的要求。

（4）切剖方位，即如果模擬評定試件中的板試件呈矩形或正方形，切剖方向是垂直于板試件的某一邊，還是垂直于哪一邊？對此ASME規(guī)范也沒有特別規(guī)定。怎樣做都行。甚至于相對于板試件的棱邊呈任意角度斜切也不與規(guī)范規(guī)定沖突。

對于管-管板接頭焊接工藝評定，不少人頭腦中可能已經(jīng)從我國標(biāo)準(zhǔn)[13]中形成了固定成見。上面討論的4點有助于打開思路，跳出成見。

（5）不管把一個模擬焊縫切成兩半，還是4份，一刀下來肯定形成兩個暴露面，這成對的兩個暴露面是算做兩個有效檢驗面呢，還是只能算一個呢？

筆者意見只能算一個。切剖模擬管焊縫，無非兩種方法。一是采用線切割技術(shù)，這種方法切口寬度很小，可以忽略不計，一次切剖形成的兩個暴露面實際上是同一位置，所以只能算一個。如果采用傳統(tǒng)的刀具切剖法，切口一般較寬，不能忽略。這時為保證一個剖切面通過管子中心，另一個剖切面肯定不會也通過管子中心。這樣就不符合規(guī)范的要求，所以也不能當(dāng)檢驗剖面使用。

（6）如果一個模擬焊縫切剖成兩半，一個檢驗面上就有兩處焊縫剖面。那么QW-193.1.3要求的那些檢驗項目在二者中哪一個上進行呢？規(guī)范既然連切成兩半還是切成4份都沒有規(guī)定，自然對這個問題更沒法規(guī)定了。筆者意見是，兩處焊縫都檢驗，記錄其中質(zhì)量 “欠得多”或 “盈余少”的那一處焊縫的檢驗結(jié)果。例如一個檢驗面上，兩處焊縫的泄漏通道 （厚度）值不同，一處大，另一處小，當(dāng)然應(yīng)該記錄其中較小的值。這個較小值可能已經(jīng)滿足了設(shè)計要求，那么較大值更滿足要求。還有一種可能，就是那個較大值滿足了設(shè)計要求，而較小值卻沒有。這種情況下，難道能記錄較大值，而隱瞞較小值嗎？顯然不能。

（7）如果按4份切剖，切剖兩個模擬焊縫?；螂m然只切剖成兩半，但切剖夠需要的4個模擬焊縫，還額外多切剖了幾個。這樣除了要求的4個檢驗面外，就還會有剩余的切剖面。在這種情況下，是對所有剖切開的暴露面都檢驗?zāi)?，還是只隨機選取其中的4個進行檢驗。筆者的意見是，全數(shù)檢驗，但只記錄其中4個質(zhì)量 “欠得多”或 “盈余少”的焊縫的檢驗結(jié)果。理由是，如果不多切，規(guī)定檢驗4個剖切面，就切剖出4個，一個也不多切。這時盡管檢驗的也是4個剖切面，但因為那4個切剖面是隨意選擇的，其余沒有切剖開的焊縫質(zhì)量情況，檢驗者一點也不知道，符合 “隨機抽樣”原理。多切的情況就不同了。只要切剖開，質(zhì)量就等于看到了，就不是隨機抽取了。極端一點，如果剖切開的暴露面上明顯有一處根部未焊透，能視而不見嗎？顯然不能。

5.3 工藝評定的變數(shù)及控制

管-管板接頭焊接工藝評定需控制的變數(shù)及控制范圍見QW-388.1，而且都是重要變數(shù)[3]。

6 結(jié)束語

（1）在ASME規(guī)范體系中，第Ⅸ卷[3]屬于公用卷，各建造卷中如有關(guān)于焊接工藝評定和焊工技能評定的規(guī)定，應(yīng)優(yōu)先于第Ⅸ卷的要求執(zhí)行，如本文涉及的管-管板接頭的評定。

（2）ASME規(guī)范涉及范圍很廣，同一問題常常涉及許多規(guī)范條文中，但絕不重復(fù)，而是相互關(guān)聯(lián)，互為補充的。應(yīng)用時必須把它們之間的脈絡(luò)搞清楚。如本文涉及的管-管板接頭焊接工藝評定問題，相關(guān)規(guī)范條文間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 換熱器類產(chǎn)品管-管板接頭焊接工藝評定涉及的規(guī)范條文間關(guān)系

（3）即使對ASME規(guī)范很熟悉，每次應(yīng)用規(guī)范解決具體問題也須認(rèn)真閱讀規(guī)范，仔細(xì)對照。否則就有可能漏掉幾項要求控制的變數(shù)，何況規(guī)范每年都在修改。本文是一個應(yīng)用規(guī)范解決具體問題的實際例子。

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