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标 准 规 范 石油天然气金属管道焊接工艺评定标准对比分析 隋永莉1 ,2,薛振奎2,赵海鸿2 1 1 天津大学 材料学院,天津300072 ;21 中国石油天然气管道科学研究院,河北 廊坊065001 摘 要针对石油天然气金属管道焊接工艺评定用国外标准和国内标准的差异和特点进行了对比。 通过对这些标准使用特点、 评定规则和试件检验等方面的分析,认为ASMEⅨ 和DIN EN288标准 的涵盖内容更多,适用范围更广,但API 1104标准对长输管道针对性更强。G B 50236、JB 4708和 SY/ T0452等效采用ASMEⅨ 标准,SY/ T4103等效采用API 1104标准,但这四个标准根据其适用范 围的不同,在使用材料上各有侧重。因此我国长输管道线路工程建设一般按照SY/ T 4103标准来 进行焊接工艺评定,而压力站、 泵站管网则按照SY/ T 0452或JB 4708标准进行焊接工艺评定。另 外,我国锅炉、 压力容器以及长输管道的相关标准大多为等同或等效采用美国标准,但随着我国入 世脚步的进程,加快国标、 行标与欧洲标准和国际标准体系的接轨是我们面临的任务。 关键词长输管道;焊接工艺评定;评定标准;对比 中图分类号TE97313;T- 65 文献标识码A 文章编号1001 - 4837200606 - 0001 - 05 Contrast of Standard for Weld Procedure Qualification of Oil 21Pipeline Research Institute of CNPC ,Langfang 065001 ,China Abstract Aiming at the problem of weld procedure qualification of oil and gas metal pipeline , we contrast the differences and characteristics by using the standards home and overseas respectively. Through the analysis of use character and qualification and test rules of these standards , we conclude that the standard of ASMEⅨ and DIN EN288 contains more details and is more applicable ,while the standard of API 1104 has a stronger pertinence to the long - distance transportation pipeline. And G B 50236 , JB 4708 and SY/ T 0452 equals to adopt ASMEⅨstandard and SY/ T4103 is equivalent to API 1104 standard. According to respective applica2 ble range , each of these standards emphasizes particularly on material. Therefore , the SY/ T 4103 standard is adopted in weld procedure qualification in the construct of long - distance transportation pipeline , while the standard of SY/ T0452 or JB 4708 is adopted in pressure or pumping station. In addition , the correlative stan2 dards adopted in boilers , pressure vessels and long - distance transportation pipelines are mostly equal or e2 quivalent to U. S. standards. Thus ,it is a task we are facing to accelerate the ation of the joint of national standard or industry standard with the system of Europe or international standards. Key words long - distance transportation pipeline ;welding procedure qualification;qualification standard;con2 trast 1 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1 前言 目前,石油天然气金属管道进行焊接工艺评定 的标准依据通常有美国标准、 欧洲标准,以及与上述 国外标准等同或等效采用的国家标准和行业标准。 焊接工艺评定的国外标准有ASMEⅨ 锅炉及 压力容器规范 Ⅸ-焊接和钎焊评定,API 1104管 道及其相关设施的焊接,DIN EN288金属材料的焊 接工艺规程和认证 。 焊接工艺评定的国内标准有G B 50236现场设 备、 工业管道焊接工程施工及验收规范,JB 4708 钢制压力容器焊接工艺评定,SY/ T 0452石油天 然气金属管道焊接工艺评定 和SY/ T 4103钢质管 道焊接及验收 。 由于上述标准在我国石油天然气金属管道焊接 工艺评定中一同应用,受法律、 经验、 顾客和监检等 多方面因素的影响,使得关于焊接工艺评定应遵循 的标准、 国家标准与行业标准之间的关系,以及行业 标准与行业标准之间的关系等问题一直有争议。 2 国外标准的差异及特点分析 211 使用特点 ASMEⅨ 规定了2种可以使用的焊接工艺规 程,即经过评定的焊接工艺规程WPS和使用AWS 标准焊接工艺规程SWPS。ASMEⅨ 的适用范围为 根据ASME锅炉及压力容器规范及ASME B31压力 管道规范进行焊接或钎焊时所采用的工艺评定,所 针对的材料是ASMEⅡ标准中规定的材料,以及 ASME/ ANSI B31和ASME规范案例选编所许用的材 料等。 API 1104规定使用的焊接工艺规程WPS必须 是经过评定的。API 1104的适用范围为使用碳钢钢 管、 低合金钢钢管及管件输送原油、 成品油、 天然气、 二氧化碳和氮气等介质的长输管道、 压力站管网和 泵站管网的安装焊接的工艺评定,所针对的材料是 API 5L管线钢和适用的ASTM标准材料,也适用于 未按上述规范制造,但化学成分和力学性能满足上 述规定的其它材料。 DIN EN 288规定了5种可以使用的焊接工艺规 程经过评定的焊接工艺规程WPS ,使用许可焊接 材料认证的焊接工艺规程,使用以往经验认证的焊 接工艺规程,使用标准的焊接工艺规程SWPS和使 用生产前产品试件认证的焊接工艺规程。DIN EN 288的适用范围为熔化焊,所针对的材料主要为德 国、 法国、 芬兰、 瑞典、 意大利、 奥地利等欧洲国家的 材料,以及化学成分、 力学性能和焊接性满足其材料 分组规则的材料。 212 评定规则 焊接工艺评定规则见表1。 表1简单列出了三个标准对于焊接工艺评定规 则的规定。ASMEⅨ 和DIN EN288都规定了焊接工 艺评定的重要变素、 附加重要变素和非重要变素,都 按化学成分、 力学性能和焊接性的分类原则对材料 进行了分组,规定了试件厚度与焊件厚度的认可关 系等。但这两个标准对于重要变素、 材料分类以及 试件与焊件间的厚度认可等方面的具体规定有所不 同。 API 1104只规定了焊接工艺评定的基本要素和 非基本要素,对材料分组、 试件与焊件间的厚度认可 等方面的规定也相对比较简单,但将焊接位置的变 化和坡口形式的重大改变作为焊接工艺评定的基本 要素。这是由于长输管道和压力站、 泵站管网的材 料为管线钢和管件钢,焊接施工主要为野外环境固 定管对接,材料简单,焊件形式单一,施工环境却较 为恶劣,故不需要考虑其它的材料类型和焊件形式, 而要更多地注意野外焊接施工的适用性。 213 试件的检验 表2列出了三个标准对于焊接工艺评定试件检 验方面的规定。其中DIN EN 288要求试件的外观 和无损检验合格,而ASMEⅨ 和API 1104对此不做 要求。在破坏性检验的试验内容、 试样数量等方面 DIN EN 288比ASMEⅨ 增加了宏观金相和硬度试验 的要求,API 1104则在拉伸试样形式、 弯曲试验弯芯 直径以及试样数量等方面有不同的规定,且不要求 冲击韧性。 在API 1104标准的附录A中列出了环焊缝的 附加验收规定,即分别从环焊缝的0点、3点和6点 位置截取试样,进行焊缝和热影响区的CTOD试验, 利用断裂力学分析和合于使用准则来提供验收依 据。相对于其它的焊接工艺评定试验,这种验收准 则可以允许更宽松的缺欠尺寸存在。考虑到CTOD 试验的复杂性和高成本,陆上长输管道建设者往往 要求补充低温冲击韧性试验、 宏观金相检验和硬度 试验,而不进行CTOD试验。而在海洋长输管道的 建设中则一般采用CTOD试验来认可焊接工艺。 从上述对比可以看出,ASMEⅨ 和DIN EN288涵 2 CPVT 石油天然气金属管道焊接工艺评定标准对比分析 Vol23.No6 2006 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表1 焊接工艺评定规则 焊接工艺 评定因素 ASMEⅨAPI 1104DIN EN 288 焊接方法 熔化焊、 电渣焊、 电阻焊、 钎焊 等。焊接方法的改变需重新评 定焊接工艺 熔化焊和闪光对焊。焊接方 法的改变需重新评定焊接工 艺 熔化焊。焊接方法的改变需重 新评定焊接工艺 材料 对近2000种材料指定了类别号 P - No1 或S - No1和组别号。 规定了同一类别或同一组别中 的材料以及异类组材料的认 可范围。本标准中没有收录的 材料如美国以外国家生产要 求进行单独的焊接工艺评定 按名义最小屈服强度SMYS 将材料碳钢和低合金钢分 为三组。规定了同组材料及 异组材料的认可范围。名义 最小屈服强度SMYS等于或 高于448 MPa的材料要求进行 单独的焊接工艺评定 对欧洲各国的材料进行了分组, 并给出了分组原则。规定了同 组材料及异组材料的认可范围。 对于分组规则未包括的材料要 求进行单独的焊接工艺评定 试件 材料可以是板材、 管材或其它制 品。板材的焊接工艺评定认可 管材的焊接工艺评定,反之亦 然。坡口焊缝的焊接工艺评定 认可角焊缝的焊接工艺评定 材料为管材。没有规定坡口 焊缝和角焊缝之间的认可关 系 材料为板材、 管材或其它制品。 当管材外径大于500 mm时,板 材的焊接工艺评定认可管子的 焊接工艺评定。如果坡口焊缝 熔敷金属厚度满足要求,坡口焊 缝的焊接工艺评定认可角焊缝 的焊接工艺评定 试件厚度与 焊件厚度 试件mm 116 116～10 10～19 19～38 ≥38 焊件母材 mm T～2T 116～2T 418～2T 418～2T 418～203T 试件mm 100 焊件母材 mm T～2T 3～2T 015T～2T 015T～115T 预热及焊后 热处理 降低预热温度大于56℃ 重新评 定焊接工艺。改变焊后热处理 重新评定焊接工艺 降低最低预热温度重新评定 焊接工艺。增加焊后热处理, 改变焊后热处理的范围或温 度重新评定焊接工艺 预热温度下限为焊接工艺试验 所施加的温度。不允许增加或 取消焊后热处理,允许的温度范 围为焊接工艺试验所使用保温 温度 20℃ 焊接位置 在任意位置进行评定的工艺适 用于所有位置的焊接。有冲击 试验要求时,改为向上立焊重新 评定焊接工艺 由旋转焊1G变为固定焊 2G 、5G或 6G 或反之,需重新 评定焊接工艺 无冲击和硬度要求时任何位置 上的焊接适用于所有位置的焊 接。有冲击和硬度要求时,冲击 试样应取自热输入量最高的焊 缝部位,硬度试样应取自热输入 量最低的焊缝部位 坡口形式 坡口形式和尺寸改变不需重新 评定焊接工艺 坡口形式的重大变更,如V型 坡口改为U型坡口,需重新评 定。坡口角度或钝边的微小 变更不需重新评定 坡口形式和尺寸改变不需重新 评定焊接工艺 盖的内容更多,适用范围更广,而API 1104对于长 输管道的针对性更强。 3 国外标准与国内标准的关系 由于我国锅炉、 压力容器以及长输管道的设计 标准都较早引用了美国标准,因此,相关的焊接工艺 评定标准也大多是等同或等效采用了美国标准。如 G B 50236和行业标准JB 4708、SY/ T 0452在技术内 容上都等效采用了ASMEⅨ,而SY/ T 4103则是等 效采用了API 1104。DIN EN288目前主要用在海洋 管道建设中,国内还没有等效或等同采用的标准。 目前,随着欧盟等国经济实力和政治影响力的 不断增强,欧洲国家的一些标准已经逐渐上升成为 国际标准,并成为国际贸易争端仲裁的依据。我国 在2002年就已成为WTO成员,因此,加快我国国 家、 行业标准与欧洲以及国际标准体系的接轨是当 今所面临的任务。 4 国内标准的差异及特点分析 411 使用特点 3 第23卷第6期 压 力 容 器 总第163期 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表2 试件的检验 项目ASMEⅨAPI 1104DIN EN 288 坡口 焊缝 外观不要求不要求 符合EN 5817的B级若焊缝过宽, 余高过高,凹陷等可为C级。 无损检测不要求不要求 射线或超声检验合格,表面裂纹检测 合格渗透或磁粉 拉伸试验2个缩截面试样 管径 3314 mm ,1个全尺寸拉伸 3314～6013 mm且SMYS≥290 MPa ,1个 3314～6013 mm且SMYS 290 MPa ,0个 6013～11413 mm且SMYS≥290 MPa ,1个 6013～11413 mm且SMYS 32319 mm ,4个 均为矩形拉伸试样 2个缩截面试样 弯曲试验 2个面弯,2个背弯。 当壁厚大于10 mm 可用侧弯代替面弯 和背弯。弯芯直径 为4T 管径 32319 mm ,4个面弯,4个背弯当壁厚大于12170 mm可用侧弯代替面弯和背弯。弯芯直径 为90 mm 2个面弯,2个背弯。当壁厚大于12 mm可用侧弯代替面弯和背弯。弯芯 直径为4T 冲击试验 2组焊缝和热影响 区 无要求 2组焊缝和热影响区 其它试验 无要求 断口检验 管径 32319 mm ,4个 CTOD试验2组焊缝和热影响区 硬度无具体规定,遵循设计文件要 求的数量 宏观金相1个 角 焊 缝 外观检验不要求不要求 符合EN 5817的B级若焊缝过宽, 余高过高,凹陷等可为C级 无损检验不要求不要求 T型、 支管接头要求射线或超声检验 合格,表面裂纹检测合格渗透或磁 粉。板角、 管角焊缝要求表面裂纹 检测合格 金相检验 板角焊缝5个 管角焊缝4个 不要求 2个 其它不要求断口检验4个 硬度试验无具体规定,遵循设计文 件要求的数量 复试没有对复试进行规定没有对复试进行规定 如果试件不符合外观或无损检验要 求,应重新焊制试件,并进行相同检 验。若附加的试件仍不合格,则焊接 工艺不合格。 如果试样因焊接缺欠不合格,则每个 不合格项加倍取样。若加倍取样的 试样中某一个试样不合格,则焊接工 艺不合格 G B 50236适用于工程建设施工现场设备和工 业金属管道的焊接,不适用于施工现场组焊的锅炉、 压力容器的焊接,不适合钎焊的焊接,所针对的材料 是碳素钢、 合金钢、 铝及铝合金、 铜及铜合金、 工业纯 钛、 镍及镍合金等。 JB 4708适用于锅炉、 压力容器和压力管道焊接 的工艺评定,所针对的材料是碳素钢、 合金钢、 铝及 铝合金、 钛及钛合金等。 SY/ T 0452适用于石油天然气工程建设中的金 属管道焊接的工艺的评定,所针对的材料是碳素钢、 合金钢、 铝及铝合金、 铜及铜合金等。 SY/ T 4103标准适用于使用碳钢钢管、 低合金 钢钢管及管件输送原油、 成品油及气体燃料等介质 的长输管道、 压力站管网和泵站管网的安装焊接的 工艺评定,以及使用碳钢钢管、 低合金钢钢管及管件 输送原油、 成品油及气体燃料等介质的其它集输和 4 CPVT 石油天然气金属管道焊接工艺评定标准对比分析 Vol23.No6 2006 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 分输管网的安装焊接的工艺的评定,所针对的材料 是流体、 天然气等输送管道用钢管。 可以看出,G B 50236、JB 4708、SY/ T 0452和SY/ T 4103四个标准的适用范围各有侧重,使用的材料 因适用范围的不同也各有侧重。 412 评定规则 试件厚度与焊件厚度替代关系见表3。 在评定规则上,G B 50236、JB 4708和SY/ T 0452 表3 试件厚度与焊件厚度替代关系 焊接工艺 评定因素 G B 50236JB 4708SY/ T 0452SY/ T 4103 试件厚度与 焊件厚度 试件mm 焊件mm 115～8115～2T ≥80175T～115T Ⅳ- 2组且SMTS大于540 MPa 的强度性低合金钢为 试件mm 焊件mm 115～8115～2T ≥80175T～115T 其余材料为 试件mm 焊件mm 115T～2T 115～10115～2T 10～385～2T ≥385～200 试件mm 焊件mm 115～8115～2T ≥80175T～115T 同API 1104 三个国内标准基本上遵循了ASMEⅨ 的原则。根据 适用范围的不同,G B 50236和SY/ T 0452将焊接方 法限定为熔化焊,JB 4708则限定为熔化焊、 电渣焊 和堆焊。SY/ T 4103则遵循了API 1104的规则,根 据适用范围将焊接方法限定为熔化焊。 G B 50236、JB 4708和SY/ T 0452与ASMEⅨ 差 别较大的地方在于试件厚度与焊件厚度替代关系的 规定,如表3所示。这是考虑了标准的针对性,以及 我国材料特点等原因。 413 试件检验 G B 50236、JB 4708和SY/ T 0452三个标准对试 件的检验基本上遵循ASMEⅨ 的要求,但都增加了 外观和无损检验合格的要求,其中JB 4708允许避 开缺欠制取试样,G B 50236和SY/ T 0452没有进行 规定。另外,SY/ T 0452还增加了断口检验的要求。 然而它们的适用范围都不如ASMEⅨ广泛。SY/ T 4103对试件的检验基本遵循API 1104的要求。 在长输管道建设过程中,线路工程用材料的材 质和管径大多是固定的,只是根据地区等级的不同 来变化壁厚,因此一般按照SY/ T 4103标准来进行 焊接工艺评定,并根据建设者的要求补加低温冲击 韧性试验或CTOD试验,以及硬度试验、 宏观金相试 验和抗HIC试验等。压力站、 泵站管网用材料的材 质则较多管线钢和管件钢 , 管径和壁厚也较复杂, 为减少焊接工艺评定数量,一般按照ST/ T 0452或 JB 4708标准对材料按类别和组别进行划分,然后进 行焊接工艺评定。 5 结论 1针对ASMEⅨ、DIN EN288和API 1104标准 的差异和特点,分析认为ASMEⅨ 和DIN EN288标 准的涵盖内容更多,适用范围更广,但API 1104标 准对长输管道针对性更强。 2我国锅炉、 压力容器以及长输管道的相关标 准大多为等同或等效采用美国标准,但随着我国入 世脚步的进程,加快国标、 行标与欧洲标准和国际标 准体系的接轨是我们面临的任务。 3 G B 50236、JB 4708和SY/ T 0452等效采用 ASMEⅨ 标准,SY/ T 4103等效采用API 1104标准。 四个标准根据其适用范围的不同,在使用材料上各 有侧重。我国长输管道线路工程建设一般按照SY/ T 4103标准来进行焊接工艺评定,而压力站、 泵站管 网则按照SY/ T 0452或JB 4708标准进行焊接工艺 评定。 参考文献 [1] 吉智鸿,等.金属材料的焊接工艺规程及认证 EN288 的地位与发展[J ]1 焊接, 1999 , 314 8 32 - 341 [2] 戈兆文,等.长输管道焊接工艺评定标准分析及建议 [J ]1 压力容器, 2003 , 207 1 - 5 , 151 收稿日期2006 - 05 - 10 作者简介隋永莉1970 - ,女,博士,从事石油天然气长输 管道和原油储罐的焊接技术研究、 管道工程项目的焊接技术 支持和焊工培训考核等工作,通讯地址河北省廊坊市金源 东道6号。 5 第23卷第6期 压 力 容 器 总第163期 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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