引言

NB/T47024一2022《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》、AsMEBPVC.K一2X22《焊接、釬接和粘接評(píng)定》和ⅠsО25624-2:2X27《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定-焊接工藝試驗(yàn)第一部分:鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊》等規(guī)范將焊接工藝評(píng)定的覆蓋范圍分為有沖擊要求和無沖擊要求兩類,由于對(duì)免除沖擊要求及焊接工藝評(píng)定的覆蓋范圍并無明確說明,在工程實(shí)踐中容易對(duì)焊接工藝評(píng)定的覆蓋范圍造成困惑。

1焊接工藝評(píng)定規(guī)范對(duì)沖擊試驗(yàn)的要求

焊接工藝評(píng)定中,夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)是對(duì)焊接接頭沖擊韌性的評(píng)價(jià),體現(xiàn)了焊接接頭抵抗沖擊破壞的能力,也是焊接接頭綜合性能的體現(xiàn)。

本文討論的焊接工藝評(píng)定僅為全熔透對(duì)接焊接頭的工藝評(píng)定。

1.1NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)

NB/T47X24一2X22《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)中5.2"每種焊接方法的專用焊接工藝評(píng)定因素及分類"規(guī)定,專用焊接工藝評(píng)定因素分為重要因素、補(bǔ)加因素和次要因素。

(2)重要因素是指影響焊接接頭力學(xué)性能和彎曲性能(沖擊韌性除外)的焊接工藝評(píng)定因素。

(2)補(bǔ)加因素是指影響焊接接頭沖擊韌性的焊接工藝評(píng)定因素,當(dāng)規(guī)定進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí),需增加補(bǔ)加因素。

(3)次要因素是指對(duì)要求測(cè)定的力學(xué)性能和彎曲性能無明顯影響的焊接工藝評(píng)定因素。

由此可見,在NB/T47X24一2X22《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》中,沖擊試驗(yàn)屬于補(bǔ)充要求,當(dāng)產(chǎn)品或產(chǎn)品規(guī)范要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行。

1.2ASMEBPVC.K—2021《焊接、釬接和粘接評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)

AsMEBPVC.Ⅸ一2X22《焊接、釬接和粘接評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)中QW-171是對(duì)夏比V型缺口沖擊韌性試驗(yàn)的要求。QW-171.1總則要求僅在引用規(guī)范要求時(shí)才進(jìn)行缺口韌性試驗(yàn)(沖擊試驗(yàn))[2]。

QW-25X焊接變素要求:焊接變素分為重要變素、附加重要變素和非重要變素三類。

能影響焊件力學(xué)性能的變素是重要變素,當(dāng)規(guī)范別的卷要求對(duì)某一種材料進(jìn)行韌性試驗(yàn)(沖擊試驗(yàn))時(shí)應(yīng)將附加重要變素增加到(使用的)每種焊接方法的重要變素中。

由此可見,在AsMEBPVC.Ⅸ一2X21《焊接、釬接和粘接評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)中,沖擊試驗(yàn)不是強(qiáng)制要求,屬于補(bǔ)充要求,僅在法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范要求時(shí)才需要進(jìn)行。

1.31S015614-1:2017《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定-焊接工藝試驗(yàn)第一部分:鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊》標(biāo)準(zhǔn)

ⅠsО15614-1:2X17《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定-焊接工藝試驗(yàn)第一部分:鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊》將焊接工藝評(píng)定的要求分為1eⅤe12和1eⅤe12。附件ZA中申明,只有滿足LeⅤe12的所有要求時(shí)才符合歐盟承壓設(shè)備指令2024/68/EU的要求[3]。

標(biāo)準(zhǔn)第7.1條"試驗(yàn)種類和程度要求"中1eⅤe12的試驗(yàn)種類和程度按表2要求。"表21eⅤe12試樣的檢驗(yàn)和試驗(yàn)要求"中,全熔透對(duì)接試件的試驗(yàn)項(xiàng)目包括目視檢查、射線或超聲檢測(cè)、表面裂紋探傷、橫向拉伸試驗(yàn)、橫向彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和宏觀金相檢查,當(dāng)有要求時(shí)還應(yīng)進(jìn)行金相硬度檢測(cè)。

由此可見,在Iso15614-1:2017《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定-焊接工藝試驗(yàn)第一部分:鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊》標(biāo)準(zhǔn)中,沖擊試驗(yàn)屬于規(guī)范強(qiáng)制要求。

綜上,各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接工藝評(píng)定是否需要沖擊試驗(yàn)的限定如表1所示。

2各規(guī)范對(duì)沖擊免除的要求

2.1中國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沖擊豁免的要求

NB/T47014一2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)中"表11力學(xué)性能試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)項(xiàng)目和取樣數(shù)量"注5要求:當(dāng)無法制備5mm×10mm×55mm小尺寸沖擊試樣時(shí),免做沖擊試驗(yàn)。

同樣的豁免條件也存在于NB/T47016一2011《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗(yàn)》中。該標(biāo)準(zhǔn)中"表1試件力學(xué)性能和彎曲性能檢驗(yàn)類別和試樣數(shù)量"注3要求:當(dāng)無法制備5mm×10mm×55mm小尺寸沖擊試樣時(shí),免做沖擊試驗(yàn)。

我國特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范Tsm21一2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第2.2.1.3.1條要求"厚度不小于6mm的鋼板、直徑和厚度可以制備寬度為5mm小尺寸沖擊試樣的鋼管、任何尺寸的鋼鍛件,按照設(shè)計(jì)要求的沖擊試驗(yàn)溫度下的V型缺口試樣沖擊吸收能量(GV2)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)符合表2-1的規(guī)定"。

被列入mB/T150.2一2011《壓力容器第2部分:材料》的碳素鋼和低合金鋼中,只有K245o、K345o存在鋼板厚度小于6mm的項(xiàng)目。該標(biāo)準(zhǔn)中"表4鋼板的使用溫度"下限中規(guī)定,當(dāng)K245o、K345o鋼號(hào)的鋼板厚度小于6mm時(shí),在標(biāo)準(zhǔn)允許的使用溫度下限內(nèi)免做沖擊試驗(yàn)[6]。該部收錄的鋼板分別屬于mB/T713一2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》、mB/T3531一2014《低溫壓力容器用鋼板》和mB/T1R19R一2011《壓力容器用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板》。以上3部材料標(biāo)準(zhǔn)中,mB/T1R19R一2011《壓力容器用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板》規(guī)定鋼板最小壁厚10mm,mB/T713一2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)中4.1.4條和mB/T3531一2014《低溫壓力容器用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)中6.4.3條均規(guī)定厚度小于6mm的鋼板不做沖擊試驗(yàn)。

被列入mB/T150.2一2011《壓力容器第2部分:材料》的碳素鋼和低合金鋼鋼管分別屬于mB/T9163一2019《輸送流體用無縫鋼管》、mB647R一2013《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》、mBRR49一2013《石油裂化用無縫鋼管》和mB/T5310一2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》。

其中mB/T9163一2019《輸送流體用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中5.4.2.1規(guī)定"牌號(hào)為K345、K3R0、K420、K460質(zhì)量等級(jí)為B、C、8、E的鋼管,當(dāng)外徑不小于70mm,且壁厚不小于6.5mm時(shí),應(yīng)進(jìn)行縱向沖擊試驗(yàn)"。mB647R一2013《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中5.4.1規(guī)定"D≥76mm且s≥6.5mm的鋼管應(yīng)做沖擊試驗(yàn)"[9]。mB/TRR49一2013《石油裂化用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中6.4.1力學(xué)性能要求規(guī)定"外徑不小于76mm且壁厚不小于14mm的鋼管應(yīng)做沖擊試驗(yàn)。根據(jù)需方要求,經(jīng)供需雙方協(xié)商,在合同中注明,其他規(guī)格鋼管可做沖擊試驗(yàn)……"。mB/T5310一2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中6.4.2條規(guī)定"D≥76mm且s≥14mm的鋼管應(yīng)做沖擊試驗(yàn)"。由此可見,相關(guān)材料規(guī)范中對(duì)6mm以下的板材、6.5mm以下的管材均無沖擊要求。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn),按NB/T47014一2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行焊接工藝評(píng)定時(shí),如無法制備5mm×10mm×55mm小尺寸沖擊試樣,免做沖擊試驗(yàn)的豁免許可與我國的技術(shù)法規(guī)、制造規(guī)范和材料規(guī)范的要求具有高度的一致性和連貫性,豁免后的焊接工藝評(píng)定完全符合我國特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范Tsm21一2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和壓力容器建造規(guī)范mB150一2011《壓力容器》的要求。

2.2ASME規(guī)范對(duì)沖擊豁免的要求

AsMEBРVC.Ⅸ一2021《焊接、釬接和粘接評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)中KW-171.1要求,產(chǎn)品規(guī)范無特殊要求時(shí)韌性試驗(yàn)(沖擊試驗(yàn))按sA-370執(zhí)行[2]。AsTMsA-370《鋼制品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義》22.2款規(guī)定沖擊試樣包括全尺寸試樣(10mm×10mm×55mm)和小尺寸試樣,小尺寸試樣的寬度包括7.5、6.7、5、3.3、2.5mm共5個(gè)規(guī)格。AsTMsA-370中并未明確規(guī)定能獲得的最大沖擊試樣寬度小于2.5mm時(shí)是否可以免除沖擊試驗(yàn)。

AsMEⅧDiv.1-2021《壓力容器建造規(guī)則》UCs-67要求"除了UG-20(f)、UCs-66和UCs-68的豁免規(guī)定外,當(dāng)符合以下條款時(shí),焊接工藝評(píng)定中應(yīng)包括按照UG-84要求做焊縫和熱影響區(qū)(HAZ)的沖擊試驗(yàn)"。也就是說,若無特殊要求,焊接工藝評(píng)定不需要做沖擊試驗(yàn),即便UCs-67規(guī)定需要做沖擊試驗(yàn),在滿足UG-20(f)、UCs-66和UCs-68等相關(guān)豁免規(guī)定的情況下,仍然可以不做沖擊試驗(yàn)。

標(biāo)準(zhǔn)UG-20(f)和UCs-66相關(guān)條款中,材料是否需要沖擊,主要基于材料、應(yīng)力水平和使用溫度綜合評(píng)判。

標(biāo)準(zhǔn)UCs-68(c)介紹了對(duì)UCs-66相關(guān)條款中需要做沖擊時(shí)的有條件豁免:當(dāng)本標(biāo)準(zhǔn)(AsMEⅧ-1)不要求而承壓焊縫卻進(jìn)行了焊后熱處理,則圖UCs-66中對(duì)P-No.1材料免做沖擊試驗(yàn)的允許最低溫度可以降低17℃[11]。當(dāng)(b)中PwHT豁免適用時(shí),得出的免試溫度可以低于-48℃。

由此可見,AsME相關(guān)規(guī)范中,并沒有對(duì)焊接工藝評(píng)定沖擊試驗(yàn)的豁免,產(chǎn)品是否需要做沖擊試驗(yàn)取決于材料、應(yīng)力水平、使用溫度和熱處理等條件的綜合評(píng)判,工藝評(píng)定是否需要做沖擊試驗(yàn)取決于產(chǎn)品要求。當(dāng)產(chǎn)品不需要做沖擊試驗(yàn)時(shí),焊接工藝評(píng)定也不需要做沖擊試驗(yàn)。

2.3EN/lSo相關(guān)規(guī)范對(duì)沖擊的要求

Iso15614-1:2017《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定-焊接工藝試驗(yàn)第一部分:鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊》標(biāo)準(zhǔn)中"表7.1試驗(yàn)種類和程度要求"表2注d是對(duì)沖擊試驗(yàn)的補(bǔ)充說明:對(duì)厚度≥12mm且已規(guī)定應(yīng)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的材料,焊接取一組焊縫金屬和一組熱影響區(qū)(試件)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。材料厚度小于12mm時(shí),執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)可能要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。

參考?xì)W盟承壓設(shè)備指令2014/68/EU協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)EN13445-4:2021第8.3"焊接工藝評(píng)定"規(guī)定"承壓焊縫應(yīng)按照ENIso15614:2017或ENIso1563:2004進(jìn)行評(píng)定",本條c款沖擊試驗(yàn)要求"試驗(yàn)和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)按EN15614-1:2017執(zhí)行,作為附加要求,沖擊試驗(yàn)還應(yīng)滿足EN13445-2:2021,附錄B"。EN13445-2:2021附錄B.3.2小試樣要求該材料無法制備寬度不小于5mm的試件時(shí)可不做沖擊試驗(yàn)。

由此可見,壁厚小于12mm時(shí)可以免做沖擊試驗(yàn),當(dāng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí),仍應(yīng)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。

綜上,國際主流承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定規(guī)范對(duì)沖擊試驗(yàn)的豁免要求如表2所示。

3沖擊試驗(yàn)可豁免的焊接工藝評(píng)定的覆蓋范圍

3.1NB/T47014豁免沖擊試驗(yàn)后的母材厚度覆蓋范圍

當(dāng)壁厚超過16mm時(shí),不存在無法制備5mm×10mm×55mm小試樣的情況,因此焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊、熔化極氣體保護(hù)焊、等離子弧焊和氣電立焊等焊接方法評(píng)定后的母材覆蓋范圍:

(1)T<6mm時(shí),母材厚度覆蓋范圍T/2~2T:

(2)6mm≤T≤16mm時(shí),母材厚度覆蓋范圍T~2T。

3.2ASMEBPVC.K母材厚度覆蓋范圍

標(biāo)準(zhǔn)不存在焊接工藝評(píng)定的沖擊試驗(yàn)豁免的情況,因此,當(dāng)不需要進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí),母材厚度的覆蓋范圍按表0w-451.1執(zhí)行:

(1)若T<1.5mm,母材厚度的覆蓋范圍T~2T:

(2)1.5mm≤T<10mm,母材厚度的覆蓋范圍1.5mm~2T:

(3)10mm≤T<38mm,母材厚度的覆蓋范圍5mm~2T。

3.3lSo15614-1豁免沖擊試驗(yàn)后的母材厚度覆蓋范圍豁免沖擊試驗(yàn)后的母材厚度覆蓋范圍仍按標(biāo)準(zhǔn)表

71eve12執(zhí)行:

(1)若T≤3mm,母材厚度的覆蓋范圍0.5T~2T。(2)若T>3mm,母材厚度的覆蓋范圍:1)單層焊:0.5T(最小3mm)~1.3T:2)多層焊:3mm~2T(最大12mm)。

4結(jié)語

焊接工藝評(píng)定是驗(yàn)證所擬定焊接工藝正確性的試驗(yàn),是保證焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。進(jìn)行焊接工藝評(píng)定時(shí)需要充分考慮產(chǎn)品需求,合理選擇評(píng)定參數(shù)和試驗(yàn)項(xiàng)目,并充分評(píng)估豁免條款的適宜性,以保障產(chǎn)品質(zhì)量安全。