2012北京焊接研讨会的问题答疑
Reply to the Questions from 2012 Beijing
Seminars for Welding Standard

赵孟显Zhao Mengxian

在本文中,简要解答了在2012年北京中美焊接标准和装备研讨会上提出的在ASME BPV规范第IX卷中的有关问题。
In this paper,the author brief replies the question against ASME BPV Code Section IX from 2012 Beijing Seminars for Sino-US Welding Standard and Equipment.
ASME第IX卷,焊接,评定,规范
ASME Section IX,Welding,Qualification,Code
问题一:关于焊后热处理(PWHT)的概念,该如何认识?
1)比如一个工件经过如下处理过程,其中哪些步骤属于PWHT?为什么?
工件焊接à550℃× 6h (消除应力)à880℃×1h à600℃×4h(调质处理)。
2)工件焊接à350℃× 2h (消氢处理)à600℃× 3h (消除应力)
: 焊后热处理是指在工件焊接以后,为了改善工件的力学性能或为了消除工件的焊接应力而对其进行整体或局部加热的过程,前者如正火、正火+回火、淬火等,后者如广泛应用的消除应力热处理,一般在低于下转变温度下进行。
按第IX卷 QW-407.1的规定,对于P-No.1~P-No.6和P-No.9~P-No.15F材料(即除了不锈钢和高铬-镍合金钢以外的铁基合金),应用以下焊后热处理(PWHT)条件:
(1)不作PWHT;
(2)PWHT在低于下转变温度进行;
(3)PWHT在高于上转变温度进行(如正火);
(4)PWHT先在高于上转变温度进行,继之在低于下转变温度进行(即正火或淬火后继之以回火);
(5)PWHT在上、下转变温度之间进行。
上述提问的1)属于QW-407.1中(2)+(4)的情况,但应该指出,实际生产中不会出现这种情况,因为调质处理已经足以消除焊接应力,没有必要在前面再加一个550℃× 6h的处理。
上述2)中的600℃× 3h 属于QW-407.1中(2)的情况,但是350℃× 2h (消氢处理)在第IX卷中规定于QW-406.11,是归于预热的条款,因此不属于焊后热处理,对于常规焊接方法,QW-406.11这一条款都是属于不需要考虑的变素。
问题二:目前ASME工艺评定中变更焊接材料厂商是否需要重新评定?依据是什么?
答: ASME BPV规范第IX卷的工艺评定只规定变更焊接材料的F-No.和A-No..以及有缺口韧性要求时,变更SFA No.要重新评定,并不要求对任何材料或焊接材料的厂商进行评定或资格认可,第IX卷中没有与变更焊接材料厂商有关的规定,在实际的ASME BPV建造规范中,如U、U2、U3和S等认证标记所涉及的许可证认证中也无此要求。据我所知,只有涉及核容器或其部件的制造时,才要求对材料和焊接材料的厂商进行资格认可;另外,涉及船舶和海洋平台的制造时,制造焊接材料的厂商需要船级社(不一定是美国的船级社)的认证,但这与ASME无关。
问题三:对于由多个焊接工艺组成的焊接,焊接工艺评定试件理化试验如何取样?每个不同焊接工艺制成的区域都要取样吗?如果取不到怎么办?
答: 在第IX卷的QW-151关于焊接工艺评定的拉伸试样和QW-161关于评定的弯曲试样的条款中已经明确规定,试样都必须是全截面的,如何取样在上述条款中规定得非常具体和明确,在这里不再重复。当然每个不同焊接工艺制成的区域都要取样,只要是全截面,不存在取不到的情况,而如果不是全截面试样,就不符合规范要求。如果由于试验机能力不足,规范也已经给出了处理方法,就是将一个试样剖成几个试样,而且剖口要尽可能的窄,不能将某一焊接工艺的金属全部除去。需要指出的是,规范规定对于拉伸试样的表面,只要除去焊缝余高就可以,并不要求对表面进行机械加工。
问题四:请问弯曲试验中要求做断后伸长率吗?以判断它是否满足≥20% 。
答: 在焊接工艺评定的弯曲试验中,规范并不要求计算试样的断后伸长率,如果有此要求,那么在QW-163弯曲试验的合格标准中就会列出来。我猜想提问者提出此问题是因为在确定试样的弯曲半径时,在QW-466的表中有一栏是根据母材的标准规定的伸长率大于等于20%来确定的,这里规定得很明确,是母材(材料)的伸长率大于等于20%,因此并不需要我们计算弯曲试样的断后伸长率,因为弯曲试样还包括焊缝金属;而在另一栏中关于试样厚度有一个注(b),在母材的伸长率小于20%时,确定试样厚度时需要按公式计算,从而影响到试验夹具的尺寸。
问题五:圆钢直径为Ф160 ~ Ф210, 材料为SA675Gr.70,其对接焊缝的工艺评定在ASME Sec. IX中没有相应规定,怎么做?如何取样?需要做哪些项目?试样的尺寸如何?
答: 在第IX卷规定的评定试件中只有板材和管材二种,没有圆钢,因为它不可能取弯曲试样。SA675Gr.70属于PNo.1、2 组材料,如果产品有缺口韧性要求,你可以选用同一PNo.1、2 组中的其他板材和管材,在附录D中可以查到有好多种这样的材料,如果没有缺口韧性要求,那么只要是PNo.1的板材和管材就可以,那可选用的材料就更多了。任何工艺评定,至少需要拉伸和弯曲试样,尺寸在QW-462中有明确规定,但只限于板材和管材试样。如果你单位确实没有其他合适的材料,也可以向兄弟单位求助或将此材料的圆钢用压力加工的办法加工成板材。
问题六:SA106B与SA105在工艺评定时能互相替代或覆盖吗?
答: SA106B属于PNo.1、1 组, SA105属于PNo.1、2 组,因此是属于同一PNo.但不同组别的材料,如果产品有缺口韧性要求,因为QW-403.5(要求按材料的组别进行评定)对于大多数常规焊接方法都是重要变素,所以工艺评定不能互相替代;但如产品没有缺口韧性要求,在其他重要变素都相同的条件下,其工艺评定就可以互相替代。
问题七:最小泄漏通道尺寸指什么?怎么计算?
答: 这是关于换热器管子与管板的焊接评定中提到的一个概念,最小泄漏通道尺寸是指如果换热器中的介质发生泄漏,其中的液体或气体发生泄漏时的最短路径。如果管板孔上有坡口(或者说管孔上有倒角),就是管子与管板坡口部分焊缝的腰高,再加上外部焊缝的腰高。如果在管板表面以下没有焊缝, 那就是外部焊缝的腰高。按图样规定计算就可以,但必须保证焊缝尺寸满足图样规定要求。
问题八:ASME承插焊法兰如何评定与焊接?
答: 在第IX卷中不涉及焊接接头形式,只有在产品卷中才有。
我在B31.3中见过这种接头形式,如右图所示,在接管插入法兰部分的内表面不要求焊接,而且要留有1.5mm的间隙,以防止焊接加热时接管膨胀引起变形影响到接管端部,只要求对接管与法兰的外部进行角焊缝焊接,显然,对于不允许介质存留的设备不适用,高压管道也不允许使用。
至于焊接工艺评定,由于承插焊法兰接头的焊缝为角焊缝,所以评定时可以选择角焊缝评定,也可以选择对接焊缝评定,本人推荐采用对接焊缝评定,可以使评定的使用范围扩大。试件可以是管、也可以是平板。

问题九:已经按第IX卷评定合格的角焊缝的PQR,可否支持如右图情况的WPS?
答: 按QW-202.2和QW-451.3的规定,通过角焊缝评定的工艺只能用于所有角焊缝,而右图中板上有坡口,坡口部分的焊缝就是坡口焊缝,该接头相当于国内标准的“组合焊缝”是坡口焊缝和角焊缝的组合,所以不可以。焊接该接头,需要有坡口焊缝的PQR。

问题十:在P-No.4材料上堆焊PNo.1材料6mm,可否用PNo.1与PNo.4材料的角焊缝试件的PQR以支持?


答: 首先要明确:P-No.是焊接评定中对母材的分类,而堆焊上去的是焊缝金属,不能用P-No.来表示,对于铁基金属,可以用A-No.来表示,而且并不是所有适用于铁基金属的焊缝金属都有A-No.,此时要用具体的焊接材料牌号或成分来表示。
在本问题中,可以理解为要在P-No.4材料上堆焊适用于PNo.1材料的焊缝金属,我们假定为A-No.1。在第IX卷中涉及堆焊评定的有下列几种:QW-214的耐腐蚀层堆焊、QW-216的表面加硬层堆焊、QW-202.3中的补焊和QW-283的隔离层堆焊。显然前面二种堆焊不是本题要考虑的,那么只能归到补焊或隔离层堆焊,选择那种方法来评定,取决于堆焊的目的,如果是:
(a)堆焊件需焊后热处理,而随后焊接的焊缝焊后不经热处理;
(b)堆焊用的填充金属与随后用于完成此焊缝的填充金属有不同的F-No.。
那么就按QW-283的来隔离层堆焊方法来评定;否则就按QW-202.3来评定。二种评定都需要对接焊的评定试件。对于你规定的情况,显然不是角焊缝,所以应该用对接焊的评定试件。具体的评定方法请参见QW-202.3或QW-283。
问题十一:换热器管子与管板的焊接评定,10个管接头,做宏观检测时,要取几个检测件?每个要检测几个面?取检测件的位置有规定吗?
答: 按QW-193的规定,取4个检测件,即任意选4个管接头沿中心线剖开,任意选取每个管接头的四分之一部分为一个试样,对其二个面都要检测,但这是在全部管接头都已经通过外观检测和渗透检测合格的前提下。
问题十二:是否只做了一个GTAW+SMAW的角焊缝的焊接评定。不管焊缝厚度是多少,就可以覆盖该PNo.母材所有的GTAW,以及SMAW的角焊缝?
答: 角焊缝的焊接评定按QW-462中的图示,是只能焊接一层焊缝,所以不可能同时使用二种焊接方法来评定,如需要GTAW+SMAW的角焊缝,需要二个角焊缝试件,但是在实际生产中是乎不存在这种需要,因为使用GTAW作为打底焊道用于坡口焊缝是为了容易背面成型,而在角焊缝中不存在这样的问题。
再说角焊缝的评定,如使用于母材和焊缝厚度不受限制,也是要在其他重要变素相同的情况下才可以。

问题十三:图QW-462.4(d), 如右图,此处的角焊缝尺寸是指焊脚高度还是焊缝厚度?我的理解是焊脚高度,但如果焊接试件的最大焊脚尺大于T(壁厚)时,该评定是否合格?(如壁厚≤5mm时,很容易产生此现象)
答: 是指焊脚高度,你的理解是正确的。如果焊接试件的最大焊脚尺寸稍大于T(壁厚)时,该评定仍然是合格的,但如果是在二件是管子套上的情况下,不会产生焊脚尺大于T的情况,只有在另一件是平板的情况下才能产生。
问题十四:SA266法兰上堆焊8825(镍基合金),应该怎样做工艺评定(PQR)及进行焊工技能评定(WPQ)?
答: N08825是母材的UNS No.,其公称成分是42Ni-21.5Cr-3Mo-2.3Cu,属于P-No.45。在QW-432 的“焊接评定用焊条和焊丝”的分组中无此UNS No.,因此如一定要堆焊UNS No.N08825的合金,只能将此母材切割成条材来作为焊接材料,或者在QW-432 中查找相近成分的焊条或焊丝。
关于工艺评定,我认为应该属于耐腐蚀堆焊,所以首先要确定你使用什么焊接方法,如果选择焊条堆焊,重要变素按QW-253.1,如果选择GTAW,重要变素按QW-256.1。工艺评定或技能评定的试件可以是平板或管子,其试件尺寸、堆焊要求和试验项目及数量按QW-453的规定。注意QW-453还包括表面加硬层的堆焊,所以要按表格中注的规定,选择与耐腐蚀堆焊有关的项目。
问题十五:SA266管板上堆焊8825(镍基合金)与8825换热管进行强度焊,如何做PQR、WPQ和WPS?ASME换热管与管板评定,什么时候按第VIII卷第2分册,什么时候按第IX卷?
答: 在管板上堆焊8825(镍基合金),见上题所述(即不能说堆焊8825),当堆焊后与UNS No.N08825换热管(材料标准号应为SB-423)进行强度焊,就是P-No.45+P-No.45的材料评定,首先确定是否按QW-193来进行评定,如是,则按QW-193确定试件材料和尺寸,先完成镍基合金的堆焊和管孔加工,注意必须是先完成堆焊,然后进行管孔加工;不能先进行管孔加工和进行管头焊接后将管间空隙进行堆焊。
接着要确定使用什么焊接方法,按QW-288确定重要变素,进行试件焊接并进行相应的记录和试验,如试验合格,就可以完成PQR和WPS了。由于在进行焊接评定时可以同时进行焊工或焊接操作工的技能评定,因此如果进行10个管头焊接时,选择由二个还没有取得相应资格的焊工或焊接操作工来完成各5个接头的焊接,那么在通过WPS的评定后,这二个焊工或焊接操作工也同时取得资格,要注意在取样时,要取在这二个焊工或焊接操作工所焊接的管头各二个,合格后就可以完成相应的WPQ。
目前在ASME BPV规范第VIII卷第2分册中的换热管与管板评定部分已经明确要按QW-193来进行评定,因为QW-193和QW-288原来就是第VIII卷第2分册的内容,所以按第VIII卷第2分册和按第IX卷QW-193是一回事,已经不存在什么时候按第VIII卷第2分册,什么时候按第IX卷的问题了。
问题十六:关于第IX卷中坡口焊缝板材厚度覆盖范围的实例:如采用管对接接头评定全熔透的管—支管角接接头,主管壁厚82mm,支管壁厚25mm,焊接评定用管材可以选用38mm以下,但其2倍壁厚可以覆盖25mm的管材吗?
答: 我们讲焊接工艺判定的母材厚度范围,除了有特殊限制外(如某些焊接方法、过渡形式的原因)主要是依据表QW-451.1的规定(注意母材厚度范围有下限和上限,而工件厚度必须在此范围内),按该表规定,如试件厚度为大于10mm,且无缺口韧性要求,则评定厚度的下限为5mm,如有缺口韧性要求,则其评定厚度的下限为16mm或试件厚度二者中的较小值;而评定厚度的上限则为试件厚度的2倍,而当试件厚度为38mm或更厚时,对于常用的焊接方法,包括SMAW、SAW、GMAW、GTAW和PAW,其评定厚度的上限则为200mm。
在上述提问中,涉及不同厚度的对接,厚的厚度为82mm、薄的厚度为25mm,那么二个厚度都要在评定厚度范围之内,按QW-451.1的规定,如试件厚度为38mm,则其下限不管是否有缺口韧性要求,都可以覆盖;而评定厚度的上限则为200mm。但如管材选用38mm以下,只要在13mm以上,则评定厚度覆盖25mm没有问题,但是且覆盖不了主管壁厚82mm。应该说为了覆盖82mm,选择38mm的厚度是最经济的,如按提问选择38mm以下的试件,则覆盖不了主管壁厚82mm。需要指出的是,评定的焊缝厚度可以与母材相同,也可以不同,是需要同时考虑并同时满足的二个条件。
问题十七:ASME BPV规范第IX卷中只对焊接评定试件的基本力学性能试验提出了要求及相应验收标准,对于具有特殊使用性能的钢材怎么办?如不锈钢的晶间腐蚀、高温拉伸及铁素体含量等是否需要评定?
答: 需要指出,第IX卷是一个基本规范,其焊接评定只涉及最基本的要求,其他评定的特殊要求由建造卷或顾客的合同或设计者根据产品需要来规定,如是否需要缺口韧性试验就是在建造卷,如第VIII卷和第III卷中规定。因此,在第IX卷中不包括晶间腐蚀、高温拉伸及铁素体含量等评定要求。
问题十八:请将ASME BPV规范第IX卷的焊接评定与AWS D1.1的焊接评定相比较。
答: ASME BPV规范第IX卷是在ASME BPV规范和压力管道范围内使用的关于焊接评定的一个基本规范,只适用于受压元件或与受压元件采用焊接连接的接头评定;而AWS D1.1是美国焊接学会为钢结构制订的焊接评定标准,二个标准适用的范围完全不同,因此一些评定原则也会有所不同,第IX卷大家都已经比较了解,这里不再介绍。但可以简单的介绍一下AWS D1.1,由于它只适用于钢结构,所以一些重要变素的考虑也就有所不同,如坡口形式包括减少坡口角度、
减少根部间隙、增加钝边等在AWS D1.1就是重要变素,而在第IX卷中是非重要变素;我认为是由于这些变素对钢结构的残余应力影响比较大;适用母材也不一样,在AWS D1.1中只列出适用于钢结构的母材和焊接材料,显然比第II卷的材料要少很多。而最大的不同在于:按第IX卷时,所有焊接工艺都必须由本企业来完成评定,即使是SWPS,也是由AWS评定并经本企业验证后使用;而AWS D1.1则只要企业完全采用该标准规定的全部重要变素,包括材料、接头形式和尺寸、焊接材料和焊接参数等,就可以不再进行焊接工艺评定而直接使用。所以这是完全不同的二个评定标准。
问题十九:请结合ASME BPV规范第IX卷讲介低合金高强度钢焊接工艺评定中冲击韧性试验的具体做法。
答:第IX卷只涉及有缺口韧性要求时规定附加重要变素,而什么时候需要有冲击韧性试验及试样的位置和试验方法、合格标准是由ASME BPV规范的建造卷如第VIII卷第1分册、第2分册和第3分册等来规定。如在第VIII卷第1分册,对于低合金钢的冲击韧性试验,请参见UG-84、UCS-67等条款。
问题二十:在T92材料上焊T22,为了焊后热处理之后在T22上焊接附件,因为接触的材料牌号较少,所以不知道这里说的T92和T22是什么材料,当时大家都认为T92上焊T22可以按QW-283 带堆焊隔离层焊缝评定,因为不知道这里提到的材料是什么,所以不能理解为什么要加这层堆焊后再进行焊后热处理?
答:查了第IX卷,T92是材料型号,其标准号为SA-213(也可以是A-213),公称成分为9Cr-2W,焊接评定材料分类属于P15E,1组,制品形式为无缝管;而T22也是材料型号,其标准号同为SA-213,公称成分为2.25Cr-1Mo,评定材料分类属于P5A,1组,制品形式也是无缝管,T22还有一个电阻焊管的制品形式,但公称成分为1.25Cr-1Mo。这二种材料不知道是不是你们现在使用的无缝管材料?我认为你们的T92材料是属于必须通过PWHT进行蠕变强化的合金钢,在PWHT后不能再在上面进行焊接,因此可能需要堆焊隔离层将其隔离,以便焊接附件后可以不再热处理。由于堆焊相当于T22{2.25Cr-1Mo)材料的焊材(不能说堆焊T22),很容易产生冷裂纹,一般情况仍然需要PWHT,如果你们是为了焊接附件后可以不再热处理,建议你们堆焊与附件材料有相同P-No.且可以不需要PWHT的材料,这样做就可以在其他重要变素相同的情况下,在T92上焊接附件就不需要PWHT了。
由于不了解你们的产品要求,以上建议供你们参考!
问题二十一:我单位是一设备安装公司,刚刚取得ASME U+S证。我们的一个海外工程空调管道系统执行ASME标准,而我不是焊接专业,我单位因刚取得证书在规范应用上有一些问题,故在此请教关于焊接工艺评定是否需要AI认可的问题。
本月,根据工程需要及ASME标准做了焊接工艺评定,并对工人技能进行评定。我们根据ASME提供的样表编制了焊接工艺评定及焊工技能评定资料,前方对签字人身份提出了质疑,签字人都是我单位ASME质量控制体系认定的单位内部人员,而没有ASME 第
IX卷QW103.2 中所说的“这些记录按承包商“质量控制体系”所规定的签名或其它方式进行签证,并经AI认可”。前面我们都做到了,就是没有做到AI签字认可,同时咨询了取证时的AI,他也认为这此评定资料不需要AI认可。
其次,焊接工艺评定也没有AI签字的位置,但是我在网上看到有的单位焊接工艺评定上留了AI 签名的位置。为此请指教:
1、我单位有没有资格对将施焊的项目进行焊工技能考评,或者说有但要请AI监督?
2、焊接工艺评定报告与焊工技能评定报告一定要AI签认吗?
3、焊工通过焊工技能考评就可以上岗了,不再要ASME特别的焊工证吧?
答:1)你单位完全有资格进行焊工技能考评,不需要请AI监督,这在你们的ASME手册中应该已经规定,在WPQ上签字的人就是应该按你单位ASME质量手册规定的单位内部具有相应资格的人员。
2)为了完成ASME取证或产品需要打ASME钢印,则AI 会来检验并在WPS、PQR、WPQ、WOPQ等有关文件的下方(表格之外)签名。其他单位按ASME制造但不需要打ASME钢印产品的有关文件或记录不需要AI签名。
3)焊工通过焊工技能考评就可以上岗了,ASME没有规定特别的焊工证,WPQ或WOPQ就是ASME的“焊工证”。但如你们的产品属于海洋工程或上船舶产品,焊工需要船级社(CCS或ABS都可以)的证书(他们派人来考试发证)。
4)单位使用的焊接工艺评定表格上不需要留AI 签名的位置,如AI认为需要签名,他会在表格下方(即表格之外)签字。
问题二十二:1)ASME U钢印产品和非钢印产品图纸上焊接标准都是ASME 第IX卷,那么两者在焊接要求上有什么区别吗?非钢印产品用国内材料,该材料化学成分跟ASME某一材料基本相同,如果我有ASME材料的评定,那还用不用做该国内材料的评定?
2)该材料化学成分跟ASME某一材料基本相同,如果我有ASME材料的评定,那还用不用做该国内材料的评定?
答:1) ASAME U钢印产品和非钢印产品图纸上焊接标准都是ASME第IX卷,两者在焊接要求上是有区别的,前者必须按ASME 第IX卷评定并使用ASME 材料,后者决定于图样和与顾客的合同中的规定:如果图纸上焊接标准是ASME第IX卷,那么应该是按ASME标准制造,但由于是非钢印产品,国内取得ASME材料又比较困难,因此可以与顾客协商,采用相当的国内材料和已有的按国内标准评定的工艺,只要顾客用书面方式同意,就可以使用国内标准的母材和焊接评定。这就需要看怎么向顾客介绍,因为目前国内压力容器和锅炉的焊接评定标准除了材料不同以外,大部分内容与第IX卷相同。
即使该材料化学成分跟ASME某一材料标准完全相同,只要是国内牌号,由于没有列入QW/QB422中,它就是如QW-424.1中规定的是"一个未被指定P-No.的母材”,因此就需要按表QW-424.1中的规定单独评定。
问题二十三:再次请教ASME焊工技能评定记录签字人资格问题,签字人需要得到ASME认可吗?或者说这个签字人需要有哪些资格要求。
答:ASME焊工技能评定记录(WPQ或WOPQ)签字人资格问题:对于已经取得ASME证书的企业来说,是由该企业的ASME质量体系文件,如质量保证手册规定的,手册中会有“焊接控制”一章,一定会提到焊接技能评定控制的问题,也一定会规定WPQ或WOPQ是由担任何种职务的人员来批准该记录,所以去查一下手册就知道了。如果是在安装现场进行焊工技能评定,那么在手册中会有“现场安装”或类似的一章,在其中应该有现场焊接如何控制的规定。
总之,一切要按ASME质量质量体系文件的规定来签字。而手册经过联检组的审查并经过第三方AI的签字,如需要修改,至少要经过第三方AI的同意。因此也可以说签字人的资格是企业自己规定的并经过第三方AI的同意。
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