ASME壓力容器焊接工藝評定要求

文章來源：壓力容器人 編輯：華道顧問

      焊接工藝評定工作是企業重要的質�；顒�，我國結合中國法規和國內實際情況參照采用ASME《鍋爐壓力容器規范》，適當吸收歐洲標準中的有關條款編制了適用于我國壓力容器的焊接工藝評定標準NB/T 47014《承壓設備用焊接工藝評定》。我們根據美國ASME鍋爐與壓力容器法規第九卷“焊接與釬焊評定”的有關規定，以及適用于普通鋼結構的美國AWD1.1“鋼結構焊接法規”有關章節的規定，簡述ASME規范關于壓力容器焊接工藝評定的相關要求。
鍋爐與壓力容器焊接工藝評定原則
      鍋爐與壓力容器的焊接工藝評定立項的必要性，原則上按焊接工藝重要參數來確定。任何一種重要參數不同于原焊接工藝規程的規定，或其變化超過了法規所容許的范圍都必須作相應的焊接工藝評定試驗。焊接工藝評定項目以接頭形式分類，并以下列三種基本接頭形式作為評定試件的接頭形式，其包括了產品結構中可能出現的各種接頭形式。
      1)開坡口全焊透對接接頭，可用于評定所有開坡口的全焊透對接接頭和角接接頭，包括開坡口的全焊透T形接頭。
      2)開坡口局部焊透對接接頭，可用于評定所有開坡口的局部焊透對接接頭和角接接頭，包括開坡口局部焊透的T形接頭。
      3)不開坡口的角接接頭，可用于評定所有不開坡口的角接接頭，包括接管與筒體的角焊縫。
哪些焊縫需要進行焊接工藝評定？
      鍋爐與壓力容器制造中，制造法規并不對產品結構上的所有焊縫提出焊接工藝評定的要求，而只有下列焊縫必須作焊接工藝評定試驗。
      1)在焊接受壓部件上的各種形式的接頭。
      2)在非受壓承載焊接部件上的各種形式的接頭，如與受壓部件相接的所有永久性或臨時性吊耳和加強板連接的焊縫。
      3)非受壓且基本不承載的部件（如加大換熱面的附件――鮫片、絕熱層支撐銷釘等）與受壓部件相接的焊縫按下列原則確定：
      如采用手工、或機械化焊接方法，應作角接焊縫焊接工藝評定試驗。
      如采用全自動焊接方法，則不必作焊接工藝評定。

按焊接工藝重要參數確定焊接工藝評定規則

      1.焊接方法
      從一種焊接方法改用另一種焊接方法，應作焊接工藝評定試驗。適用于鍋爐與壓力容器的焊接方法有：氣焊、焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護焊、鎢極氣體保護焊、等離子弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、閃光對接焊、感應加熱壓力焊、電阻焊、鋁熱壓焊、氣壓焊、慣性及連續驅動母材焊、螺柱電弧焊和螺柱電阻焊。
      在實際焊件的同一條焊縫上，如采用兩種或兩種以上不同的焊接方法，或不同的重要工藝參數焊接時，則可按每種焊接方法所焊的母材，金屬厚度分別對試件進行焊接工藝評定。也可以實際焊件焊縫擬使用的組合焊件方法或焊接工藝焊接同一付工藝評定試件。但每一種焊接方法，或焊接工藝所焊的焊縫金屬厚度均應滿足能取出所要求的拉伸和彎曲試樣的要求。
對于焊條電弧焊、鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、等離子弧焊和埋弧焊，或這些方法的組合，如已完成的焊接工藝評定采用厚度大于13mm的試件，則該焊接工藝評定報告可與另一種焊接方法的工藝評定報告聯用于同一條實際焊件的焊縫，包括根部焊道。
      2.母材金屬類別
      在鍋爐與壓力容器中所用母材金屬的種類繁多。如以母材金屬的鋼號或材料的牌號進行評定，則評定的工作量十分大，且無此必要性。為了減少這種無實際意義的重復評定，美國ASME法規的作法是，將規定認可的標準材料，按其化學成分，力學性能和焊接性加以分類，即將合金成分相近，強度級別和焊接性接近的材料規入一類，并標以P分類號。在同一類母材金屬中，又按強度和沖擊韌性的等級進行分組，并將分組號標在分類號的后面，例如SA106－A碳鋼屬于第1類第1組，其分類組別號的表示方法為P1－1。最新版的ASME法規已將在鍋爐和壓力容器中使用的近1000種鋼材分成23類52組。這種對母材金屬的分類是以大量的材料焊接性試驗和焊接工藝試驗數據以及多年的實際生產經驗為基礎的。因此，列于同一類的各種母材金屬，如擬采用的焊接工藝規程中，其它的焊接工藝重要參數相同或在容許范圍之內，則采用某種母材金屬的焊接工藝評定報告可互相通用。例如SA106－B和SA－36碳素結構鋼同屬于P－1類，如采用相同的焊接方法、焊接材料以及相近的焊接工藝參數進行焊接，且焊件厚度在工藝評定標準容許的范圍之內，則SA－36鋼的焊接工藝規程可以根據已完成的SA106－B鋼的焊接工藝評定報告來編寫，而不必對SA－36鋼再作一次焊接工藝評定試驗。表3－7列出了美國ASME法規第九卷焊接工藝評定標準中典型鋼種的分類分組實例。表3－8具體規定了各類母材金屬相互組焊時，工藝評定試件所用母材與所評定的母材類別之間的通用原則。
      由于我國的材料系列與美國材料系列存在很大的差別，且尚未推行法規材料的認可體制，因此很難直接引用美國ASME法規第九卷所列的材料分類表。如果設計圖樣中規定采用ASME法規材料，則完全可按表3－8所列的材料分類通用原則，確定焊接工藝評定立項的必要性。
      當采用國產標準采用時，可按上述原則并對照ASME法規相近鋼種的化學成分和強度級別，將國產標準材料進行分類分組。以上列舉的我國焊接工藝評定標準都對國產鋼材的分類作了探索和嘗試，但有的不夠全面，有的不符合分類原則。因為從焊接工藝評定角度對材料分類是一項十分復雜和細致的工作，而且需要積累大量基礎資料才能達到完整、正確。在現階段，對于已掌握大量試驗數據并積累多年生產經驗的常用鋼種，可以做到較正確的分類和分組。對于有關數據尚不充分，生產經驗不足的鋼種和材料，則要求在焊接工藝評定之前完成必要的焊接性試驗。在掌握較充分的實驗資料后，將其逐步歸類。
      3.母材金屬的厚度和焊縫金屬的厚度
      母材金屬和焊縫金屬的厚度在一定程度上決定了接頭的性能。這一方面是因為，隨著厚度的增加，母材本身的強度性能會發生變化；另一方面焊接區的冷卻速度決定于接頭的壁厚，壁厚越大，冷卻速度越快，接頭強度性能越高。因此，對于特定的焊接工藝參數，母材或焊縫金屬的厚度有一定的適用范圍。適用范圍的大小與所采用的焊接方法有關。對于常用焊接方法，如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊和埋弧焊等，開坡口對接接頭試板評定結果可適用于母材厚度為試板厚度2倍的產品接頭。而角焊縫的評定試驗結果，則可適用與所有母材厚度和所有角焊縫尺寸。
      在下列情況下，焊接工藝評定的母材厚度適用范圍減小到試板厚度的1.1倍。
      1)單道焊或多道焊焊縫，每層焊道的厚度大于13mm時。
      2)采用短路過渡熔化極氣體保護焊，且評定試板的厚度小于13mm時。
      3)試件焊后熱處理的溫度超過上臨界轉變溫度時。
      對于焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護焊和熔化極氣體保護焊多道焊縫，當接頭厚度大于20mm時，焊接工藝評定適用的母材厚度范圍為試件厚度的1.33倍。
      對于不等厚對接接頭，焊接工藝評定的母材厚度適用范圍按下列規定處理：
      1)對接接頭較薄組件的厚度應符合上述適用范圍。
      2)對接接頭中，較厚組件的厚度對于不要求缺口沖擊韌度的材料，其最大厚度不受限制。對于要求缺口沖擊韌度的材料，較厚組件的厚度應在上述范圍之內。如焊接工藝評定試件的厚度大于38mm，則其最大厚度亦可不受限制。
      4. 焊縫填充金屬
      按美國ASME法規第九卷的規定，焊接填充金屬與母材金屬相似，可以按材料的類別、合金充分、強度等級和品種等歸類。按焊接填充金屬的品種和標準號、焊條藥皮類型、焊絲-焊劑組合，可將碳鋼和合金鋼焊接填充金屬分成6類，鋁及鋁合金焊材分成4類，銅和銅合金焊材歸成1類，并標以F-No分類號，詳見表3－9。對于各種鋼材的焊接填充金屬可按焊縫金屬的化學成分分成表3－10所示的12類，并標以A-No分類號，填充金屬的分類與母材金屬的分類相似，其目的在于減少焊接工藝評定的工作量。即屬于同一類的焊接填充金屬可以相互通用。采用屬于某種F-No或A-No焊接填充金屬完成的焊接工藝評定報告適用于相同F-No或A-No類所屬任一種焊接填充金屬。

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