ASME焊接工艺评定需要注意的四个问题

      ［关键词］ 焊接工艺评定；标准；冲击试验；探讨

       焊接过程直接影响ASME规范产品的性能与质量，正确按ASME规范进行焊接工艺评定是建造安全、优质ASME 规范产品的重要前提。现将ASME规范产品焊接工艺评定中几个值得注意的问题论述如下：

1   焊接工艺评定文件的中英文问题

       ASME规范是美国的一部现行国家法律，因而是以英文为官方语言，英文原版与中文翻译版在个别的地方是有差别的，对ASME规范的理解也应该以原版英文为准，这应该引起我国广大从事ASME焊接工艺文件编制人员的重视，另外对于我国的广大焊接技术人员及焊接工人，英语水平可能达不到非常顺畅的水平，因而AI（授权检验师）一般要求焊接的工艺文件是全英文或中英文对照的。

2    冲击问题

       ASME规范把影响焊件力学性能的焊接条件定义为“重要变素”，把不影响焊件力学性能的焊接条件定义为“非重要变素”；把影响焊件冲击韧性的焊接条件定为“附加重要变素”, ASME第Ⅸ卷并没有规定什么情况焊接工艺评定需要做冲击试验，但在QW -100.1中规定“In addition, when other Sections of the Code require notch toug-hness qualification of the WPS, the app- licable supplementary essential varia-bles must be addressed in the WPS.”翻译为“当其他卷有要求WPS对缺口韧性进行评定时，相应的附加重要因素必须在WPS中列出”。这就是说WPS什么时候要进行冲击试验是在其他卷中规定的，比如在ASME规范第Ⅷ卷1册的UCS一67中就明确规定了什么情况要做冲击试验，由此可以看出ASME第Ⅸ卷并不是的一卷，需要与其他卷配合进行使用。在ASME规范第Ⅷ卷1册的UCS-67规定：

Except as exempted in UG-20(f), the We-lding Procedure Qualification shall in-clude impact tests of welds and heat aff-ected zones (HAZ) made in accordance with UG-84 when required by the follo-wing provisions. The MDMT used below shall be the MDMT stamped on the name- plate or the exemption temperature of the welded component before applying the temperature reduction permitted by UCS-66(b) or UCS-68(c).

UCS-67(a) Welds made with filler metal shall be impact tested in accordance with UG-84 when any of the following apply:

UCS-67(a)(1) when either base metal is required to be impact tested by the rules of this Division; or UCS-67(a)(2) when joining base metals exempt from impact testing by UCS-66(g) or Fig. UCS-66 Curve C or D and the minimum design metal temperature is colder than -20 

 (-29℃) but not colder than -55    (-48℃), unless welding consumables which have been classified by impact tests at a tem-perature not warmer than the MDMT by the applicable SFA specification are used; or UCS-67(a)(3) when joining base me-tals exempt from impact testing by UCS -66(g) when the minimum design metal temperature is colder than -55    (-48℃).

UCS-67(b) Welds in UCS materials made without the use of filler metal shall be impact tested when the thickness at the weld exceeds 1/2in. (13mm)for all mini- mum design metal temperatures or when the thickness at the weld exceeds 5/16in. (8mm) and the minimum design metal temperature is colder than 50    (10℃). This requirement does not apply to welds made as part of the material specifica-tion.

UCS-67(c) Weld heat affected zones pro- duced with or without the addition of filler metal shall be impact tested whenever any of the following apply:

UCS-67(c)(1) when the base metal is required to be impact tested by the rules of this Division; or UCS-67(c)(2) when the welds have any individual weld pass exceeding 1/2in. (13mm) in thickness, and the minimum design metal tempera-ture is colder than 70    (21℃); or UCS-67(c)(3) when joining base metals ex－empt from impact testing by UCS-66(g) when the minimum design metal tem－perature is colder than -55    (-48℃).

       翻译后如下：除UG-20（f）的免试规定外，当以下规定要求时，焊接工艺评定中应包括按照UG-84要求做焊缝和热影响区（HAZ）的冲击试验。以下使用的MDMT应是标打在铭牌上的MDMT或者是焊接元件在采用UCS-66（b）或者UCS-68（C）允许的温度降低之前的豁免温度。

        UCS-67（a）采用填充金属制造的焊缝，当有以下任何一种情况时，应按照UG-84做冲击试验。

       UCS-67（a）（1）当母材之一按本册规则做冲击试验时；或UCS-67 （a）（2）连接的母材按UCS-66（g）或图UCS-66中曲线C或D，且MDMT 低于-20   （或-29℃）但不低于-55 

（或-48℃）可免做冲击试验，且所用焊接材料按其SFA标准规定的冲击试验温度分类高于MDMT的；或UCS-67（a）（3）连接的母材按UCS-66 （g）可免做冲击试验，但其MDMT低于-55   （或-48℃）。

        UCS-67（b）不采用填充金属的, 以UCS材料制造的焊缝，当焊缝厚度大于1/2in.（13mm）时，对于所有的MDMT都应该做冲击试验，或焊缝厚度大于5/16in.（8mm）而MDMT低于50   （或10℃），也应做冲击试验。此要求不适用于作为材料标准的一部分而制作的焊缝。

        UCS-67（c）有下列情况之一时, 不管是否采用填充金属，对焊接热影响区都应做冲击试验：

        UCS-67（c）（1）按本册规则，对母材要求做冲击试验时；或UCS-67 （c）（2）当焊缝中任何一道焊道的厚度超过1/2in.（13mm）时且MDMT低于70   （21℃）时；或UCS-67（c）（3）连接的母材按UCS-66（g）可免做冲击试验但MDMT低于-55   （-48 ℃）。

        从UCS-67中我们可以看出，对于焊接工艺评定的冲击问题要从以下几个方面考虑：

        要考虑产品的焊接是否采用填充金属制造，如果不采用填充金属制造, 要考虑焊缝中任何一道焊道的厚度是否超过5/16n.（8mm）及1/2in.（13mm）, 并且要考虑产品的MDMT是否低于50

（10℃），如果采用填充金属制造，要考虑以下影响因素：

       （1）要考虑产品的母材按UCS-66 （g）或图UCS-66中曲线C或D是否可以免做冲击试验。

       （2）要考虑产品的MDMT是否低于-55   （-48℃）。

        （3）要考虑的是所使用的焊接材料按其SFA标准规定的冲击试验温度是否高于产品的MDMT。

        （4）要考虑产品的焊接中是否有任一焊道的厚度超过13mm。

3    坡口焊缝与角焊缝问题

       在ASME规范第Ⅸ卷中，就压力容器制造中常用的SMAW（焊条电弧焊）、SAW（埋弧焊）、GTAW（钨极氩弧焊）等焊接方法而言，其接头型式和坡口设计等参数通常是焊接工艺评定的非重要参数，但对于焊缝型式这一参数，Ⅸ卷在工艺评定的通用要求部分对此作了专门论述，并分别给出了角焊缝和坡口焊缝的焊接工艺评定方法。由于ASME规范对坡口焊缝与角焊缝的评定试验方法与要求均不相同，所以我们必须正确区分这两种不同类型的焊缝。角焊缝（fillet weld）在ASME第Ⅸ卷QW/QB-492的解释为：在搭接、T型和角接接头中，连接大体互成直角的两个表面的焊缝，焊缝的横截面近乎三角形（fillet weld: a weld of approximately triangular cross sec-tion joining two surfaces approximately at right angles to each other in a lap joint, tee joint, or corner joint），坡口焊缝在ASME第Ⅸ卷QW/QB-492的解释为：焊缝在一个或两个被焊构件之间的坡口内形成（groove weld: a weld made in a groove formed within a single mem-ber or in the groove between two mem-bers to be joined）。ASME规范第Ⅸ卷实际上并没有完全解释明白什么样的焊缝才算是坡口焊缝，什么样的焊缝才算是角焊缝。查询AWS A3.0-2001 《焊接标准术语和定义》中关于坡口焊缝（groove weld）及角焊缝（fillet weld）的定义，尤其是见过AWS A3.0 -2001《焊接标准术语和定义》的插图8，插图9，插图17，插图19和插图21 （A）后，我们可以清楚的明白什么是坡口焊缝，什么是角焊缝。但在实际评定中，有些焊接工艺人员容易将T形接头、直角接头和角接接头的坡口焊缝误认为角焊缝，这应该引起焊接工艺人员的注意。

4    标准焊接工艺规程

        ASME第Ⅸ卷的第Ⅴ章节规定列在附录中的标准焊接工艺规程SWPS可用于要求采用ASME锅炉及压力容器规范第Ⅸ卷的建造中，任何考虑标准焊接工艺规程SWPS的建造规范的要求优先于第Ⅸ卷的要求。这些标准焊接工艺规程SWPS不允许用于有要求冲击韧度试验的建造规范的情况中。在应用前, 制造商应对生产焊接和所提供的操作控制遵守每个标准焊接工艺规程SWPS 负责，制造商应按照SWPS焊接一个坡口试件并作记录（包括母材、焊材、坡口、预热、后热、检验、力学性能及射线检测等15项记录）。一旦一个SWPS已被试验，相似于所试验的附加的SWPS可被使用而无需进一步的试验, 这样附加的SWPS应与被试验的SWPS 进行比较且以下不能被超越：焊接过程的变化、P分类数字和S分类数字的变化、从焊态到热处理状态的变化、从气体保护焊到自保护药芯焊丝的变化、焊条的F分类数字的变化、高于室温预热的增加等。

        SWPS的生产应用，当使用任何一个SWPS时，遵循一个WPS的焊接必须严格按照SWPS的规定进行。另外, 应用SWPS还应遵守下列条件：制造商不得偏离SWPS中焊接条件、SWPS不能补充或修改（除非建造规范要求）、SWPS不能与制造商评定的WPS用在同样的生产接头中，SWPS只有在QW-510 的试验成功地焊接、试验和证明后才能使用，支持试验的辨认号应标注在每个SWPS上，支持试验记录应交AI （授权检验师）评审。

        因为SWPS的这些严格，因而在实际的产品制造中很少采用SWPS, 一般厂家均使用经过自己厂家制作的WPS，不过对WPS的编写还是可以借鉴SWPS的写法的，这是因为AWS编写的SWPS是经过无数人验证过的，其写法是经过缜密的思考的，这对国内还不是很熟悉ASME第Ⅸ卷的焊接工艺人员还是有很大的借鉴意义的，但是在借鉴这些SWPS的写法时，要严格按照ASME第Ⅸ卷的要求将ASME第ⅨQW -250至QW-280所要求的每一个重要变素和非重要变素以及需要时的补加重要变素写全，但现在目前国内焊接工作者在按照ASME第Ⅸ卷编写WPS时，最容易犯的错误就是未能将第Ⅸ卷要求的QW-250至QW-280全部的重要变素和非重要变素以及需要时的补加重要变素写全。

 参考文献

[1] ASME Boiler ＆ Pressure Vessel Code, Section VIII, Division 1, 2007 edition, and 2008 addenda.

[2] ASME Boiler& Pressure Vessel Code, Section IX,2007 edition, and 2008 addenda.

[3] AWS A3.0:2001 Standard Welding Terms and Def-initions Including Terms for Adhesive Bonding, Brazing, Soldering, Thermal Cutting , and Thermal Spraying.

[4] 颜京民. ASME规范产品焊接评定中四个值得注意的问题 [J]. 压力容器, 1991, 8:(5)

[5] 赵孟显. ASME焊接规范介绍. ASME焊接规范和国家焊接标准及装备研讨会资料. 2008, 南京