王璐璐，劉偉，李娟

1.山東核電設(shè)備制造有限公司 山東海陽 265100

2.煙臺(tái)市核電設(shè)備工程技術(shù)研究中心 山東海陽 265100

1 序言

根據(jù)AP/CAP非能動(dòng)壓水堆的設(shè)計(jì)要求，同一產(chǎn)品焊接制造會(huì)涉及兩份不同的焊接規(guī)范。如機(jī)械模塊，其容器設(shè)備、管道及支吊架等部件的焊接執(zhí)行《ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范》，而模塊的框架部分則執(zhí)行《AWS D1.1鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（以下簡稱“AWS D1.1”）。因此同一產(chǎn)品的焊接工藝評(píng)定要進(jìn)行《ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第IX卷焊接和釬焊評(píng)定》（以下簡稱“ASME IX”）和《AWS D1.1鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》兩套評(píng)定。為了減少工藝評(píng)定數(shù)量，節(jié)省成本，縮短工期，可考慮將兩個(gè)規(guī)范合并在同一焊接試板上進(jìn)行工藝評(píng)定試驗(yàn)，然后按照各自的覆蓋規(guī)則分別編制焊接工藝規(guī)程。

ASME IX由美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)編著，是針對(duì)ASME鍋爐、壓力容器、壓力管道焊接工藝和人員的評(píng)定要求。而AWS D1.1是由美國焊接學(xué)會(huì)結(jié)構(gòu)焊接委員會(huì)編著，包括鋼結(jié)構(gòu)焊接的設(shè)計(jì)、評(píng)定、制造、檢驗(yàn)。因兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所針對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式、使用工況、承載承壓等要求的不同，在焊接工藝評(píng)定規(guī)則上兩者的側(cè)重點(diǎn)也不同。本文從工藝評(píng)定焊接試板及其檢驗(yàn)、試驗(yàn)要求方面對(duì)比分析ASME IX和AWS D1.1標(biāo)準(zhǔn)的不同之處，提出合并評(píng)定時(shí)焊接試板、試樣、檢驗(yàn)方法等的注意事項(xiàng)。同時(shí)總結(jié)概括兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在母材、填充金屬、焊接位置和焊接參數(shù)等評(píng)定要素覆蓋方面的主要差異，供焊接工藝評(píng)定策劃和焊接工藝規(guī)程編制時(shí)參考。

本文的分析對(duì)比基于標(biāo)準(zhǔn)版本為ASME IX－2007+2008增補(bǔ)和AWS D1.1－2010。

2 焊接工藝評(píng)定試件分類

ASME IX認(rèn)為焊縫是組成不同形式接頭的基礎(chǔ)，焊接接頭的使用性能由焊縫的焊接工藝來決定，因此焊接工藝評(píng)定試件分類的對(duì)象是焊縫而不是焊接接頭[1]，故將工藝評(píng)定試件分為坡口焊縫和角焊縫。試件所采用的母材可以是板材、管材或其他制品。

AWS D1.1對(duì)焊接工藝評(píng)定的焊縫分類更細(xì)化，根據(jù)母材制品形式、焊縫形式、接頭形式將工藝評(píng)定焊縫分為六種類型：①非管材連接的CJP坡口焊縫。②管材連接的PJP坡口焊縫。③管材和非管材連接的角焊縫。④管材連接的CJP坡口焊縫。⑤管材T、Y和K形連接的對(duì)接接頭PJP坡口焊縫。⑥管材和非管材連接的塞焊縫和槽焊縫。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)ASME IX 和AWS D1.1在角焊縫的評(píng)定試驗(yàn)?zāi)康?、試板和焊腳尺寸、試樣數(shù)量、規(guī)格及合格驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和覆蓋范圍上均有較大差異，無法進(jìn)行合并評(píng)定。因篇幅有限，本文主要針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中采用最多的板材全熔透坡口焊縫的焊接工藝評(píng)定進(jìn)行兩者的差異對(duì)比。

3 評(píng)定試件及檢驗(yàn)要求對(duì)比

3.1 試板尺寸

對(duì)于板材的全熔透坡口焊縫焊接工藝評(píng)定試件，ASME IX僅要求焊接試板尺寸足夠切取試樣，未規(guī)定試板尺寸具體值。而AWS D1.1中規(guī)定了焊接試板長度和寬度的最小值要求，單邊板最小寬度為180mm，最小長度根據(jù)試板厚度、彎曲試樣方向及是否有沖擊試驗(yàn)要求確定。同時(shí)AWS D1.1中標(biāo)注了試板橫向應(yīng)為鋼板的軋制方向，不過為非強(qiáng)制要求。

3.2 試板檢驗(yàn)要求

ASME IX認(rèn)為焊接工藝評(píng)定考察的是焊接接頭的力學(xué)性能，因此對(duì)焊接工藝評(píng)定接頭只規(guī)定了力學(xué)性能試驗(yàn)，未明確要求焊縫表面及體積檢測(cè)[2]。

AWS D1.1中明確要求進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)之前應(yīng)對(duì)試板中整個(gè)焊縫長度進(jìn)行目檢和無損檢測(cè)以證實(shí)焊縫完好。

3.3 力學(xué)性能試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)量 ASME IX 和AWS D1.1關(guān)于坡口焊縫力學(xué)性能試驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)量的要求匯總，見表1。

表1 ASME IX 和AWS D1.1坡口焊縫力學(xué)性能試驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)量

由表1可以看出，兩標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)項(xiàng)目的主要差別是：對(duì)于10mm＜t＜19mm的試板，ASME IX要求的是面彎和背彎試驗(yàn)，可采用側(cè)彎試驗(yàn)代替；而AWS D1.1要求進(jìn)行側(cè)彎試驗(yàn)。為同時(shí)滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，合并評(píng)定時(shí)，此厚度的試板彎曲試驗(yàn)應(yīng)采用側(cè)彎試驗(yàn)。

兩者關(guān)于試樣的取樣位置和順序要求基本相同，需要注意的是：AWS D1.1中標(biāo)明了沖擊試驗(yàn)試樣的取樣位置在拉伸和彎曲的中間部位，ASME IX對(duì)沖擊試樣的取樣位置無明確說明。

（2）試樣尺寸 試驗(yàn)采用的彎曲試樣尺寸，ASME IX 和AWS D1.1的規(guī)定無明顯區(qū)別，拉伸采用的縮減斷面試樣尺寸基本相同，有以下兩點(diǎn)小差異。

第一，對(duì)于厚度超出試驗(yàn)機(jī)拉伸能力的試件，ASME IX和AWS D1.1均允許將試件分割成多個(gè)等厚試樣代替全厚度試樣，不同點(diǎn)為：①ASME IX中允許分割的試件厚度為＞25mm，而AWS D1.1為＞38mm。②ASME IX規(guī)定應(yīng)根據(jù)設(shè)備可試驗(yàn)的最大能力分割成最少條數(shù)，而AWS D1.1要求分割的每個(gè)試樣的厚度應(yīng)至少為20mm。

第二，ASME IX 和AWS D1.1對(duì)縮減斷面的長度均要求為“焊縫最寬處的寬度+12mm”，但AWS D1.1還要求縮減斷面的長度≥60mm。

合并評(píng)定時(shí)，若拉伸試樣無法同時(shí)滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，則應(yīng)該按不同的要求取兩套試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

（3）試驗(yàn)方法 ASME IX 和AWS D1.1焊接工藝評(píng)定拉伸試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)方法是相同的。但選擇彎曲試驗(yàn)夾具尺寸時(shí)，應(yīng)符合兩標(biāo)準(zhǔn)各自的要求。ASME IX中彎曲試驗(yàn)夾具尺寸與母材的分組、伸長率、試樣厚度有關(guān)，AWS D1.1則主要根據(jù)母材屈服強(qiáng)度確定彎曲試驗(yàn)夾具尺寸。對(duì)于常用的碳素鋼和低合金鋼（屈服強(qiáng)度≤345MPa，伸長率≥20%）的10mm厚彎曲試樣，兩者的試驗(yàn)夾具尺寸相同。

（4）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) 拉伸試驗(yàn)的合格判據(jù)，ASME IX 和AWS D1.1均要求為“抗拉強(qiáng)度不低于母材規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度”，但ASME IX對(duì)試樣斷在焊縫或焊縫界面以外的母材上的情況有稍微的放寬：“只要強(qiáng)度低于母材規(guī)定最小抗拉強(qiáng)度的量不超過5%，可認(rèn)為試驗(yàn)滿足要求”。

在彎曲試驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)上，兩者關(guān)于角部裂紋的判定有所差異：ASME IX 規(guī)定“有確切證據(jù)表明試樣邊角部位出現(xiàn)的開口缺陷是由于未熔合、夾渣或其他內(nèi)部缺陷所造成時(shí)才予以考慮”。而AWS D1.1對(duì)角部裂紋有嚴(yán)格要求，“最大不能超過6mm：由可見夾渣或其他熔化型缺陷所致的角部裂紋，最大只能為3mm；角部裂紋超過6mm而無夾渣或其他熔化型缺陷的試樣要摒棄，重新取樣進(jìn)行試驗(yàn)?！惫蕦?duì)彎曲試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定時(shí)，應(yīng)關(guān)注角部裂紋的驗(yàn)收判斷。

（5）重新試驗(yàn) ASME IX規(guī)定“如試驗(yàn)不合格，則認(rèn)為該試件失敗。當(dāng)能確定試件失敗原因與焊接參數(shù)無關(guān)時(shí)，才可以在盡可能鄰近原來試樣的位置重新取樣以代替失敗的試樣”。而AWS D1.1允許加倍試驗(yàn)：“如果一個(gè)試樣不符合試驗(yàn)要求，則再取該項(xiàng)目的兩個(gè)試樣重新試驗(yàn)，結(jié)果均應(yīng)符合要求?！?/p>

3.4 小結(jié)

通過對(duì)ASME IX 和AWS D1.1焊接工藝評(píng)定規(guī)范中板材全熔透坡口焊縫試板尺寸、檢驗(yàn)要求、力學(xué)性能試驗(yàn)等方面對(duì)比，可知兩者存在的差異較小，可進(jìn)行合并評(píng)定，但在合并評(píng)定時(shí)需注意兩者的不同之處，確保同時(shí)滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 焊接要素覆蓋注意事項(xiàng)

合并評(píng)定合格后，應(yīng)分別依據(jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的焊接要素覆蓋原則編制焊接工藝規(guī)程（WPS）。在此，針對(duì)核電產(chǎn)品常用的熔化極氣體保護(hù)焊、焊條電弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊總結(jié)幾個(gè)關(guān)鍵焊接要素上兩者的主要差異，以供參考。

（1）焊縫類型 ASME IX所有坡口焊縫試驗(yàn)的評(píng)定可覆蓋所有母材厚度和所有直徑母材上的所有角焊縫尺寸，板材和管材的焊接評(píng)定相互適用；而AWS D1.1中各焊縫類型相互之間的評(píng)定覆蓋有一定的限制和補(bǔ)充要求。例如，板材的CJP坡口焊縫評(píng)定僅適用于圓管的縱縫和外徑≥600mm的環(huán)縫；CJP坡口評(píng)定覆蓋角接或T形接頭的PJP坡口焊縫，需補(bǔ)充宏觀腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證焊縫尺寸。

（2）坡口形式 ASME IX中焊接坡口形式和尺寸除對(duì)等離子弧焊、電子束焊、激光焊等高能量焊接方法是重要或附加重要變素外，對(duì)于常規(guī)的熔化極氣體保護(hù)焊、焊條電弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊、埋弧焊等均為非重要要素，改變坡口形式和尺寸不需要重新評(píng)定。而AWS D1.1中坡口類型及尺寸的改變?nèi)绯銎涞?章免除評(píng)定坡口的要求，則需要重新評(píng)定。

（3）母材厚度 相對(duì)于AWS D1.1，ASME IX母材評(píng)定厚度的限制更復(fù)雜些，見表2。AWS D1.1中，無論試板厚度，評(píng)定厚度下限均為3mm；試板厚度＜25mm，評(píng)定厚度上限為2t；≥25mm時(shí)，評(píng)定厚度上限無限定。而ASME IX對(duì)不同試板厚度區(qū)間的評(píng)定下限和上限規(guī)定是不同的。

表2 ASME IX 和AWS D1.1評(píng)定厚度范圍的對(duì)比

（4）熔敷金屬厚度 ASME IX對(duì)焊縫熔覆金屬有評(píng)定的最大厚度限制，AWS D1.1中沒有關(guān)于熔敷金屬厚度的評(píng)定要求。

（5）母材組別 AWS D1.1鋼結(jié)構(gòu)采用母材主要為碳素鋼和低合金鋼，根據(jù)母材強(qiáng)度級(jí)別分為四個(gè)組別。而ASME IX因涵蓋母材種類較廣泛，包括碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅、鋁、鎳及鈦等，故對(duì)母材指定了類別P-No.或S-No.，在類別下又對(duì)要求沖擊韌度的鐵基材料指定了組別Group-No.，覆蓋時(shí)，不僅要考慮類別還應(yīng)考慮組別。

（6）填充金屬 ASME IX為減少工藝評(píng)定數(shù)量，根據(jù)使用特性和化學(xué)成分對(duì)填充金屬進(jìn)行了分組，通過F-No.、A-No.的改變來控制填充金屬的評(píng)定范圍；而AWS D1.1未對(duì)填充金屬進(jìn)行分組，主要通過填充金屬的強(qiáng)度級(jí)別和焊材標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行評(píng)定范圍控制。另外，ASME IX中對(duì)填充金屬制品形式、合金元素成分的改變有限制，AWS D1.1則對(duì)填充金屬直徑的變化限制更嚴(yán)格。

（7）焊接位置 當(dāng)無沖擊要求時(shí)，ASME IX中任一焊接位置的評(píng)定可覆蓋全位置的焊接。而AWS D1.1對(duì)焊接位置的覆蓋則限制較嚴(yán)格，例如，要覆蓋板材全位置焊接，需進(jìn)行2G、3G、4G多個(gè)位置的評(píng)定。

（8）焊接參數(shù) 以熔化極氣體保護(hù)焊為例，ASME IX和AWS D1.1關(guān)于焊接參數(shù)評(píng)定范圍的限制對(duì)比，見表3。顯然，AWS D1.1較ASME IX在預(yù)熱溫度、保護(hù)氣體流量、焊接電流、電壓、速度等參數(shù)上的限制更嚴(yán)格[3]。工藝評(píng)定時(shí)需合理設(shè)置焊接參數(shù)，以便實(shí)際生產(chǎn)時(shí)能將焊接參數(shù)控制在評(píng)定范圍內(nèi)。

表3 ASME IX和AWS D1.1關(guān)于GMAW焊接工藝評(píng)定參數(shù)范圍限制的比較

從焊接要素覆蓋上講，ASME IX和AWS D1.1有各自體系下不同的覆蓋規(guī)則，不能一概而論。相對(duì)而言，AWS D1.1在諸多要素的評(píng)定覆蓋范圍上嚴(yán)于ASME IX的要求，對(duì)于同樣的產(chǎn)品接頭，可能需要的工藝評(píng)定數(shù)量較多。不過，AWS D1.1根據(jù)多年的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)實(shí)踐，提供了可免除評(píng)定試驗(yàn)的WPS。當(dāng)焊接方法、母材與填充金屬組合、預(yù)熱溫度、道間溫度、焊接參數(shù)、接頭和焊縫尺寸、焊后熱處理等要素滿足規(guī)范要求時(shí)，可直接編制WPS，在保證焊接質(zhì)量的同時(shí)，為承包商的施工提供了方便[3]。

5 結(jié)束語

ASME IX和AWS D1.1標(biāo)準(zhǔn)在板材全熔透坡口焊縫評(píng)定試件的檢測(cè)要求和力學(xué)性能試驗(yàn)項(xiàng)目、試樣尺寸、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及重新試驗(yàn)上有略微的差異，主要包括以下幾方面：①試板尺寸最小值要求。②試板目視和無損檢測(cè)要求。③彎曲試驗(yàn)類型。④沖擊試樣取樣位置。⑤拉伸試樣尺寸和厚試樣分割要求。⑥彎曲試驗(yàn)夾具尺寸。⑦彎曲試驗(yàn)角部裂紋判定。⑧試驗(yàn)不合格處理方式。

總之，ASME IX和AWS D1.1是兩套不同體系的標(biāo)準(zhǔn)，在諸多方面存在差異，因篇幅有限，本文僅指出了其中主要的差異以供參考。實(shí)際工藝評(píng)定過程中，應(yīng)根據(jù)具體情況，全面細(xì)致地分析各標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。合并評(píng)定時(shí)，應(yīng)綜合考慮兩者的要求，選擇較高要求執(zhí)行，確保試驗(yàn)過程同時(shí)滿足兩者的要求。若無法同時(shí)滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)分別進(jìn)行評(píng)定試驗(yàn)。編制焊接工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系各自的原則下考慮各要素的覆蓋范圍，注意兩者在母材厚度、焊接位置、焊接參數(shù)等要素上的限制差異，避免超范圍覆蓋。