中外标准对产品焊接试板要求的对比分析.pdf

一 68 一 石油机械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 0 7年第 3 5卷第 8期 ●技术讨论 中外标准对产 品焊接试 板要求 的对 比分 析 潘 勇 琨 北京市特种设备检 测中心 摘要 为 了控制焊接接头的力学性能，以及对制造 时焊接连续质量进行控制，使其达到标准 要求，各 国压力容器相关标准对产品焊接试板均有要求。重点对 中外压力容器标准 中对产品焊接 试板的要求进行了对比分析，由分析可看出，G B 1 5 0 --1 9 9 8 钢制压力容器标准对产品焊接试 板 的要求相对于国外标准既有相同点，又有不 同之处，其 中欧、美压力容器 中的相关条款是否适 用值得探讨。建议对 G B 1 5 0 --1 9 9 8标准的相关条款进行修订 。 关键词 中外标准产品焊接试板对比分析 引 言 G B 1 5 0 -- 1 9 9 8 钢制压力容器 标准是在原石 油 、化工和机械 3部 标准实施 2 0多年 的基 础上 ， 总结大量工程实践经验 ，以理论 和试 验研究为指 导，并吸收国外同类先进标准的有关 内容编制而成 的，为 中国压力容器生产质量控制起到了很好的作 用。美 国机械工程师学会锅炉及压力容器规范是国 际上公认和广泛采用 的先进压力容 器规范 中最 系 统 、最全面、最有权威性的规范 ，对美国及世界各 国的压力容器的安全运行 、设计、制造 、检验 、验 收技术有着重要影响 ，也是我国编制有关技术规范 的重要 依据之_。 而欧盟标 准 E N 1 3 4 4 5 --2 0 0 2是 继 A S M E锅炉压力容器规范之后 ，又一在世界上有 重要影响的承压设备规范标准。 为了控制焊接接头的力学性能 ，以及对制造时 焊接连续质量进行控制 ，使其达到标准要求 ，各国 压力容器相关标准对于产 品焊接试板均有要求。笔 者 就G B 1 5 0 --1 9 9 8 与A S ME V I I I 一1 2 0 0 1 、 E N 1 3 4 4 5 --2 0 0 2标准在压力容器产品焊接试板方面 的有关要 求进行 了对 比分析 ，并对 G B 1 5 0 --1 9 9 8 标准中的相关条款提 出了修订建议 ，供大家参考 。 相关标准对产品焊接试板的要求 在中外压力容器标准中对产品焊接试板均有相 应的规定 ，它们既有相 同的部分 ，也有 不一致之 处 ，现简要介绍如下 。 1 ．产品焊接试板要求 A S M E V I I I 一1 2 0 0 1 要求 当需要制备产 品 焊接试板时，用于 A类及 B类接头 的每一种焊接 工艺 ，每 台容 器需 制备 1块试 板 以批 代 台除 外 ；对于焊接工艺与 A类接头不 同的 B类接头， 试板应在制造容器的相同条件下焊接 ，使用同样形 式 的设备 ，同样 的位置 ，同样 的焊接工艺 ，且焊接 应与产品的焊接同时进行 ，或在即将焊接产品的时 候进行 ；按照 u G 一8 4 i 3 a 规定 ，对应 于不同的焊接位置也应按照规定制备相应的产品焊 接试板。 E N 1 3 4 4 5 - - - 4 2 0 0 2 要求对于 每一种 经评 定 合格的焊接工艺 ，根据其母材 、焊接接头长度 、厚 度 、焊接接头系数 、纵 缝或环缝 和 P WH T的要 求 来确定产品焊接试板 ；且明确提出对产品焊接试板 只适用于简体纵和环焊缝 ；当环焊缝要求产品焊接 试板时 ，在焊接产品试板时应尽可能地再现产品焊 接时的实际条件 。 在 G B 1 5 0 -- 1 9 9 8标准 中未 明确提 出按 照每一 种焊接工艺制备产品焊接试板 压力容器安全技 术监察规程 中有该要求 ；对于 B类焊缝 包括 球形封头与圆筒相连的 A类焊接接头则指 出除 图样规定制作鉴证环试样外 ，免于产品焊接试板。 2 ．产品焊接试板试验项 目要求 在 A S ME V I I I 一1 2 0 0 1 中规定 的产 品焊接 试板的试验项 目只有 冲击试验 ，对冲击试验 的方 法 、试验温度以及合格指标均有明确规定。 2 0 0 7年第3 5卷第8期 潘勇琨中外标准对产品焊接试板要求的对比分析 一 6 9一 在 E N 1 3 4 4 5 - - - 4 2 0 0 2 中规定 的试验项 目较 多 ，根据材料种类来确定试验项 目，主要有拉伸 、 弯曲、冲击 、宏观及微观金相和硬度试验。 在 G B 1 5 0 --1 9 9 8标准 中规定 的试验项 目主要 有拉伸 、弯曲和冲击试验 。 3 ．产品焊接试板以批代 台要求 在 A S M E V I I I 一1 2 0 0 1 中 U G --8 4 i 3 b 和 c 中规定了以批代台的要求 ，具体为对 于若干容器或容器部件在同一地点、 3个月内焊成 者 ，其板厚变化范围不大于 6 m m或板厚的 2 5 ％ ， 取两者中较大者 ，只要材料牌号等级相同，则按照 相同焊接 工 艺施 焊 的焊缝 每 1 2 2 m 取 1块试 板 U 一1 j 规定 的小容器按 照 U G 一8 4 i 3 c 中规定执行 。 在 E N 1 3 4 4 5 - - 4 2 0 0 2 中根据母材种类 的不 同，即母材焊接性 、焊接接头的重要性来确定以批 代台的要求 ，具体规定见该标准条款 8 ． 2 。 在 G B 1 5 0 --1 9 9 8标 准 中规定 除按照 1 0 ． 5 ． 1 ． 1 的规定外 ，其他容器按照 压力容器安全技 术监 察规程 的规定制备产 品焊接试板 。在 压力容 器安全技术监察规程第 7 7条中对产品试板 以批 代台有相关规定 。 中外标准对产品焊接 试板要求的对 比分析 1 ．环焊缝要求 在欧、美压力容器规范中均对环焊缝与纵焊缝 焊接工艺不 同时，做出 了产 品焊接试板 的相 应要 求 ，而在 GB 1 5 0 --1 9 9 8中则将此要求 由设计 人员 来 确定 。 由薄膜应力计算结果可知 ，纵焊缝所承受应力 为环焊缝 的2倍。但作为设备主焊缝的环焊缝并不 能因此而放松对其焊接接头性 能的要求。在 A S ME V I I I 一1 2 0 0 1 标准 中对环焊缝与纵焊缝 同样对待 ， 则过于严格 ； 而 E N 1 3 4 4 5 - - 4 2 0 0 2 中， 则对环焊缝 与纵焊缝区别对待 ， 环焊缝试板数量要求适 当降低 ， 值得借鉴。 2 ．碳钢冲击试验要求 在 G B 1 5 0 --1 9 9 8中对 冲击试验规 定为 当壳体 材料 Q 2 3 5 一B、C除外有冲击要求 ，试板也应 进行 冲击 试 验 ；对 冲击 试 验 温 度 只 在 1 0 ． 5 ． 8 、 C 4 ． 5和 C 2 ． 1 ． 7中有所规定 ；对低温冲击功指标有 所规定 ，其余均为不低于母材冲击功。 在 A S ME V I I I 一1 2 0 0 1 中要求 的产 品试板 试验项 目均为 冲击试验 ，在 u G 4和 u c s _ _ 6 7中 对其有具体规 定 ，例如何 时需要制备产 品焊 接试 板 、冲击试 验温度 、试样缺 口位置 焊缝 、热影 响区 、合格指标等。 在 E N 1 3 4 4 5 - - 4 2 0 0 2 中对冲击试验也具有 类似 A S ME的详 细规定 ，具体要求见 E N 1 3 4 4 5 2 0 0 2 附录 B 。 相对于欧盟和美国 A S ME标准 ，我国压力容器 标准 G B 1 5 0 --1 9 9 8中对 冲击 试验 要求 过 于笼 统 ， 例如只提出对母材有冲击功要求时 ，试板也应进行 冲击试验 ，而在材料标准 中，除 Q 2 3 5 一A材料外 均有冲击功要求 ，造成基本上均需要做 冲击试验 ； 对 冲击功指标基本上均为不低于母材冲击功；对 冲 击试验温度 除低温容器 ，特别是设计温度为 0 ～一 2 0℃ ，未明确规定 ，造成在执行时大家理解 可能存在不一致之处。 对于冲击试验要求 ，应对国外先进标准加强研 究，在今后 的标准修订时逐步完善。 3 ．不锈钢冲击试验要求 在 G B 1 5 0 -- 1 9 9 8附录 C中对铬镍奥氏体不锈 钢设计温度低于 ～1 0 0℃时 ，在焊接工艺评定 中进 行焊缝 冲击试验 ，其合格指标见 C 2 ． 1 ． 7 。 在 A S ME V I I I 一1 2 0 0 1 中对奥氏体不锈钢 符合一定条件 ，例如设计温度不低于 一1 9 6℃ ，含 碳质量分数不超过 0 ． 1 0 ％ ，焊材符合相关标准等 ， 可不进行冲击试验。具体要求见 u H A 5 1 。 在 E N 1 3 4 4 5 - _ 4 2 0 0 2 中，对于板厚大于 1 2 mm的奥氏体不锈 钢要求 进行焊 缝金属 的 冲击试 验 ；对于板厚大于 1 2 mm 的双相不锈钢 ，则需要 进行焊缝金属和母材热影响区的冲击试验。 在不锈钢焊接时 ，一般均会在焊缝金属中形成 3 ％ ～ 5 ％的铁素体相 ，此时对降低焊缝金属中裂纹 和微裂纹倾向有好处，但是铁素体相的存在对低温 工况下的韧性，某些介质中的耐腐蚀性是有害的， 由于铁素体在高温下会转变为脆性相，对在高温下 工作也是有 害 的。据有 关资 料⋯介绍 ，纯奥 氏体 焊缝金属在 一1 9 6℃低温下具有较好 的韧性 ，如果 采用含有部分铁素体的不锈钢焊缝金属 ，甚至在 一 1 0 0℃的温度下也要求化学成分合理匹配 。 G B 1 5 0 --1 9 9 8标准对奥氏体不锈钢焊接接头冲 击韧性的要求介于美国和欧盟相关标准之间 ，但是 否应增加对 一1 0 0℃低温工况下产品焊接试板的低 温冲击试验要求值得商榷 。 4 ．不锈钢金相试验要求 在 欧盟 E N 1 3 4 4 5 - - 4 2 0 0 2标 准 对 不 锈 钢 石 油机械 2 0 0 7年第3 5卷第8期 分组 为 8 ． 2 C r ≥ 1 9 ％ 和 l 0组 双 相 不 锈 钢 产品焊接试板和焊接工艺评定要求 中增加了 微观金相试验要求 ，合格指标为在焊接热影响区中 铁素体质量分数为 3 0 ％ ～7 0 ％，在高温热影 响区 不超过 8 5 ％ 。 C r 是强烈形成 和稳 定铁素体相并缩小奥 氏体 相区的元素 ，随钢中奥氏体数量的减少 ，其延伸率 和冲击功值 明显减小 。在铁素体 中碳 的溶解度较 低，在焊接时其晶界易有碳化物析出，造成局部的 铬贫化 ，增加晶间腐蚀的敏感性。 焊接热影 响区的两相 比例主要取决于钢 的成 分 ，但在成分确定后 ，焊接参数 ，如线能量 、冷却 速度 、层 间温度等对其都有重要的影响。 焊接热影 响区的问题集 中在高温热影响区，该 区在焊接热循环作用下 ，组织发生 了较大变化 。热 循环的加热段虽然只有数秒钟，但其温度极高，熔 合线处接近母材熔点 ，有可能其组织均为铁 素体 ； 而在随后的冷却过程 中，高温区的铁素体向奥氏体 转变却是不平衡的，甚至形成纯铁素体的大 晶粒 ， 导致各项性能也大幅下降。焊接热影响区奥氏体相 减少是不可避免的，但析出部分奥氏体相确是可能 的。据有关资料介绍 当奥氏体相的数量能布满 铁素体相晶界 ，消除 o d ． o d 相界 ，形成 o d 相 界时， 这样组织的焊接接头性能是满意的。 因此 ，对 C r 含量高的奥 氏体不锈钢和双相不 锈钢 ，控制焊接热影响区的铁素体含量 ，不仅可 以 保证力学性能 ，还对耐腐蚀性有益。在产品焊接试 板中提出该要求 ，则可 以加强对实际焊接工艺的考 核。欧盟标准对其要求值得借鉴。 5 ．以批代台要求 在 E N1 3 4 4 5 - - 4 2 0 0 2 标准 中对于不 同的母 材 ，根据其焊接性有不 同的规定 。对于分组为 1 ． 1 类似于我国分组 I ～1 、1 ． 2 类似 于我国分组 I I 一 1 和 8 ． 1 类似于我 国分组 V I I 的母 材连续 1 0块焊接试板合 格 ，则对焊接接头 系数为 1 ． 0的 纵缝每 1 0 0 m制备 1块焊接试板 ，对于接头系数为 0 ． 8 5的每 1 0 0 0 m制备 1 块焊接试板；对于其余分 组的母材连续 5 0块焊接试板合格 ，则对纵缝每 5 0 m制备 1 块焊接试板 ；对于环焊缝则按照母材分组 不同有相应 的规定。 而在 G B 1 5 0 --1 9 9 8 标准中则只提出按照 压 力容器安全技术监察规程 进行 ，未 明确提 出其 要求 。 在 A S ME v I I I 一 1 2 0 0 1 和我国标准中对于 以批代台的规定 中，均未考虑母材焊接性的好坏和 焊接接头系数的因素，但欧盟标准 中对上述 2个因 素有所考虑 ，值得借鉴。 6 ．焊接位置要求 按照 A S ME V I I I 一 1 U G 一8 4 i 3 a 规 定 ，如采用手工焊 ，只须取平焊的 1 块试板 ，如有 其他位置 焊接，只须取立焊 的 I块试板 其 焊层 的大部分垂直向上堆积 。立焊的焊接试板可作为 评定所有位置的手工焊 。 在 J B 4 7 0 8 --2 0 0 0 钢制压力容器焊接工艺评 定 中关 于焊接 位置的规定为 由评定 合格 的位 置改变为向上立焊为焊条电弧焊、熔化极气体保护 焊 、钨极气体保护焊的补加 因素。由此可见，当产 品在焊接时如果存在向上立焊时，应要求在此位置 制备产品焊接试板 。 对 G B 1 5 0 1 9 9 8标准的修订建议 从以上分析可 以看 出，G B 1 5 0 --1 9 9 8标准对产 品焊接试板的要求相对于国外标准既有相同点 ，又 有不同之处 ，其中欧 、美压力容器中的相关条款是 否适用值得大家探讨 。通过 以上几个方面 的对 比， 建议对 G B 1 5 0 --1 9 9 8的相关条款进行如下修订 1 应增加环焊缝见证试板要求 ； 2 应加强对 冲击试 验 的研究 ，例 如冲击试 验温度 、冲击功合格指标等； 3 应考虑增加金相试验要求 ； 4 作为技术标准应增加以批代台要求； 5 应参照 A S ME V I I I 一1 2 0 0 1 标准对焊 接位置增加立焊位置试板要求 。 笔者的有关论点是以相关标准的条文为依据 ， 可能在正确理解标准要求上有失偏颇，望同行专家 讨论 、指正 。 参考文献 1 吴祖乾 ．按 A S ME规范不锈钢焊接材料的选用 ．化工设 备与管道，2 0 0 1 ， 4 5 5～ 5 8 2 吴玖 ．双相不锈钢 ．北京冶金工业出版社，1 9 9 9 2 51～2 52 作者简介潘勇琨，工程师，生于 1 9 7 2年，2 0 0 0年毕 业于清华大学材料加工工程专业 ，获硕士学位，现从事锅 炉压力容器检验工作。地址 1 0 2 2 1 8 北京市昌平区。E ma i l y k p a n 2 6 3 ． n e t 。 收稿 日期 2 0 0 7 0 2～ 2 8 本 文编辑赵连禄