对 2017版、2019版ASM E第Ⅸ卷、第Ⅷ-1分卷规范中有关焊接修订内容的分析

时间：2024-07-28

（江苏省特种设备安全监督检验研究院盐城分院盐城 224052）

ASME规范由美国ASME锅炉及压力容器委员会（BPVC）定期召开会议研究对规范的补充和修改建议，制定规范案例，阐明现行规范要求的意图。对于已采纳的规范案例，均将汇编成册，最终体现在新版规范中（再版周期为2年），以保持其持续改进和不断完善的科学性、先进性。

笔者在对ASME规范的学习和运用中，发现其2017版、2019版的第Ⅸ卷《焊接、钎接和塑料熔接工艺、焊工、钎接工及焊接、钎接和熔接操作工评定标准》[1]、第Ⅷ-1分卷《压力容器建造规则》[2]等规范对有关焊接修订的内容，厘清了以往许多模糊概念及要求，删除或纠正了其中不合理的规定，如接管与圆形壳体连接接头角焊缝焊脚尺寸的确定方法、熔敷金属厚度范围、不等厚焊接工艺评定如何规定母材厚度评定范围、作为补加因素的焊接位置改为立向上是否需要重新评定等。而我国的现行相关标准对这些内容的规定却不够清晰，在执行过程中常常引起歧义。本文就是通过对一些修订内容进行分析，提出我国相关标准修订的关注重点，为同行在执行标准或今后相关标准的修订提供借鉴。

1 对于异种钢焊接接头的焊接工艺评定，当需要冲击试验时，焊缝金属及热影响区的冲击试样要求及其合格标准

1.1 作为新增条款，2019版ASME第Ⅷ-1分卷UG-84(g)(6)规定

当评定具有不同冲击试验要求和验收标准的异种钢焊接接头的焊接工艺规程（WPS）时，应满足以下要求：

（a）焊缝金属冲击试样应满足任一母材的验收标准；

（b）当要求进行热影响区冲击试验时，应分别从每种母材的热影响区取样进行冲击试验，且这些试样应符合其母材的验收标准。

1.2 主要变化点

UG-84（g）（6）所规定的内容在 ASME 第Ⅷ -1 分卷以前的版本从未提及，为2019版新增条款。该条款对于异种钢焊接接头焊接工艺评定进行冲击试验时的试样要求及其合格标准作了明确的规定，弥补了焊接工艺评定规定的空白，即：

1）焊缝金属冲击功的合格指标应达到任一侧母材的冲击功，就是说不得低于较高侧母材的冲击功；

2）热影响区也应进行冲击试验，其合格指标应达到该热影响区母材的冲击功。

1.3 对变化内容与我国对于标准NB/T 47014—2011的比较分析

对于该条款中的（b）部分，NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》[3]的表11“力学性能试验和弯曲试验项目和取样数量”注4、表14“钢材及奥氏体不锈钢焊缝的冲击功最低值”已有规定。而其（a）部分要求焊缝金属冲击试样应满足任一母材的验收标准，明确了异种钢焊缝金属冲击试样的试验结果应达到任一母材的冲击试验标准，在NB/T 47014—2011中对此未作相关规定，造成异种钢焊接接头焊缝金属的冲击功缺少判定依据。

2 对圆筒形壳体与连接管件全焊透接头中角焊缝最小喉部尺寸（在GB/T 3375—94《焊接术语》中称之为焊缝计算厚度，也叫喉厚）的保持

2.1 作为新增条款，2019版ASME第Ⅷ-Ⅰ分卷UW-16(h)规定

图UW-16.1（a）～（e）中规定的壳体与接管全焊透接头中角焊缝的最小喉部尺寸应保持在连接管件周围，并且：

1）对于圆筒形壳体上的径向接管，满足最小喉部尺寸的角焊缝焊脚尺寸应在通过圆柱壳纵轴的平面上确定（不需要考虑其他平面），这些角焊缝焊脚尺寸必须围绕整个连接管件的圆周。

2）对于圆筒形壳体上的径向连接管件，当其外径大于等于圆筒壳体外径时，角焊缝焊脚尺寸逐渐在连接管件的圆周上达到可能的最大程度，从那点开始，角焊缝将转化为全焊透焊缝。角焊缝焊脚尺寸满足最小喉部尺寸仍然应在通过圆筒形壳体纵轴的平面上确定（不需要考虑其他平面）。

2.2 主要变化点

该新增条款明确了通过保持焊脚尺寸（即满足最小喉部尺寸的焊脚尺寸）实现喉部尺寸达到规范的规定要求，同时对焊脚尺寸的确定方法作了清晰的规定，即在通过圆柱壳纵轴的平面上确定（不需要考虑其他平面）；并说明当接管的外径与筒体相同或更大时，随着焊缝几何位置的变化，角焊缝将会变成全焊透焊缝，此时焊缝尺寸只要满足全焊透对接焊缝的要求即可。

2.3 对变化内容与我国对应标准GB/T 150—2011的比较分析

ASME规范UW-16控制角焊缝尺寸是采用最小喉部尺寸，在GB/T 150.3—2011[4]附录D“焊接接头结构”均以K值即焊脚尺寸作为控制尺寸，这是与UW-16（h）关于圆筒形壳体上的径向接管全焊透焊接接头的规定是等同的。但对于随着焊缝几何位置的变化，以及当接管的外径与筒体相同或更大时，角焊缝将会变成全焊透焊缝，如何确定焊脚尺寸，GB/T 150.3—2011附录D缺少规定。

3 对焊接工艺评定中熔敷金属厚度范围、评定试件母材为不等厚时母材厚度范围的确定

3.1 作为修改条款，2019版ASME第Ⅸ卷QW-202.2(a)规定

1）熔敷金属厚度不包括焊缝余高。

2）如果评定试件母材为不等厚时，则母材厚度的评定范围应基于各自的厚度进行确定。如果不等厚母材中的较厚母材削斜过渡，则较厚母材厚度评定范围基于焊缝趾部处的最小厚度进行确定。

3.2 主要变化点

1）熔敷金属厚度在前版ASME第Ⅸ卷的QG-109术语中没有定义，本次修订给予了明确，即不包括焊缝余高，为WPS中确定熔敷金属的厚度范围消除了歧义。

2）对于评定试件母材为不等厚时，本次修订对较厚母材削薄或不削薄的母材厚度评定范围的方法分别予以规定，为WPS中确定评定试件母材为不等厚时母材厚度范围的确定提供了依据。

3.3 对变化内容与我国对于标准NB/T 47014-2011的比较

1）NB/T 47014—2011在表 7、表 8、表 10中规定了适用于焊件焊缝金属厚度（t）的有效范围，但并未说明“t”是否包括焊缝余高，我国的GB/T 3375—1994《焊接术语》[5]中也没有焊缝金属厚度的名词解释，这应该是标准需要完善的地方。

2）对于评定试件母材不等厚时，如何确定母材厚度，ASME第Ⅸ卷在该条款中按削薄和不削薄分别予以规定，也是填补了标准规定的空白，NB/T 47014—2011在以后的修订中也应该在相关条款中加以明确。

4 当焊接工艺评定中有冲击试验要求时，焊接位置改变为向上焊接时，是否需要重新评定的规定

4.1 在2019版ASME第Ⅸ卷删除了原条款QW-405.2：即当有韧性要求时，焊接位置改变为立向上焊接时，需要重新评定

4.2 对删除内容的原因分析

自二十世纪70年代初以来，传统的观点是，在垂直位置采用立向上焊接会导致高热量输入，从而大大降低焊接韧性，故该规定一直保持在第Ⅸ卷中，主要是考虑控制热输入量。而2019版ASME认为QW-405.2是误导性的，如果垂直焊缝采用宽幅摆动焊来评定高热量输入，将会出现大量的层间回火，而且韧性会出奇的好。从上面可以看出，热输入并不是控制韧性的关键因素。再者在钢的可焊性方面，美国的焊接专业人员Stout和Doty研究表明[6]，过高的热输入和过低的热输入都会降低钢的韧性，认识到控制热输入不是控制韧性的关键。故第Ⅸ卷委员会成立了一个工作组，研究焊接参数和焊道形状如何影响韧性以及如何更好地解决这些问题。

4.3 对变化内容与我国对应标准NB/T 47014—2011的比较分析

影响焊接热输入量的三个参数是焊接电流、电弧电压、焊接速度，事实上以SMAW为例，在实际焊接操作中按照平、横、立、仰的位置顺序焊接电流是从大到小的，横焊和立焊的焊接电流一般比平焊低10%～15%，仰焊的焊接电流又比平焊低15%～20%。文献《钢制压力容器焊接工艺》[7]也阐明了焊接热输入量最大的位置是平焊而非立焊，故以热输入量作为控制冲击韧性的补加因素，从评定合格的焊接位置改变为立向上焊接需要重新评定，也是不符合焊接原理的。

NB/T 47014-2011的表6对SMAW、GMAW、GTAW、PAW这四种焊接方法焊接位置作为补加因素时规定：从评定合格的焊接位置改变为立向上焊接时，需要重新评定。对于此条款建议在NB/T47014-2011修订时，应从焊接位置对焊接接头冲击韧性的实际影响情况出发而规定评定原则。

5 对定位焊焊缝焊工资格的要求

5.1 作为修订条款，2017版ASME第Ⅸ卷QW-303.1、QW-303.2规定

1）对焊工和焊机操作工，通过了坡口焊缝焊接的资格评定，也取得了坡口焊缝及角焊缝的定位焊缝的资格（限定在有关变数范围内的所有厚度、位置及管子直径）；

2）对焊工和焊机操作工，通过了角焊缝焊接位置的资格评定，也取得了角焊缝的定位焊缝的资格（限定在有关变数范围内的所有厚度、位置及管子直径）。

5.2 主要变化点

作为修订条款，是对焊工资格要求的补充，明确了定位焊焊缝资格的要求，弥补了标准规定的空白，即：

1）具备了坡口焊缝的焊接资格即具备了坡口焊缝及角焊缝的定位焊接的焊接资格。

2）具备了角焊缝的焊接资格即具备了角焊缝的定位焊缝的焊接资格。

3）上述资格的覆盖性仅指焊缝形式，其余有关焊工资格变数须在同一范围。

5.3 对修订内容的分析及我国相关标准修订的关注重点

对于定位焊缝焊工资格的具体要求在以往的ASME第Ⅸ卷及国内的TSG Z6002—2010《特种设备焊接操作人员考核细则》[8]均未作规定，导致对焊接此类焊缝的焊工资格较为随意，也直接影响着定位焊缝的焊接质量。

焊工技能是焊缝质量得到保证的必要条件，焊工资格又是焊工技能的重要体现，为确保定位焊焊缝的焊接质量，建议承压类特种设备的生产单位参照ASME的规定，提出定位焊缝焊工资格的具体控制要求，在TSG Z6002—2010以后的修订中增加该类焊缝焊工资格的规定。

6 对接管与筒体、封头或主管连接的角接接头焊工资格的要求

6.1 作为新增条款，2017版ASME第Ⅸ卷QW-403.16（a）和（b）规定

（a）对于安放式接管，即坡口开在接管上，焊工资格管径评定范围中以接管的外径确定；

（b）对于插入式接管（坡口开在壳体、封头、主管上），焊工资格管径评定范围以壳体、封头、主管的外径确定。

6.2 主要变化点

ASME第Ⅸ卷对焊工资格，不论是何种组合形式（板材对接、管板角接、管材对接），只要是对接焊缝，都按坡口焊缝（G类缝）对待，对管径评定范围按表QW-452.3确定。那么对于管板角接接头是否都按管外径来确定焊工需要的资格？本新增条款给予了明确的规定：对于安放式接管按接管外径确定，即将安放式的焊缝形式作为管材对接焊缝对待，这也十分符合焊工施焊时的焊件状态；而对于插入式接管其焊工资格管径评定范围以壳体、封头、主管的外径确定即可。

6.3 对变化内容与我国对应的规范TSG Z6002—2010的比较分析

TSG Z6002—2010将对接焊缝试件分为板材对接（G类）、管材对接（G类）、管板角接（FG类）三种，对于管板角接的资格确定为FG类焊工项目，并未明确接头形式是安放式还是插入式，在实际执行中歧义较多。考虑到焊工施焊时焊件的实际状态，将安放式的焊缝形式作为管材对接焊缝对待更为合理，其焊工资格应属于为管材对接焊缝项目，建议TSG Z6002—2010在以后的修订中，对该类焊接接头的焊工资格项目进行调整，使其更为科学合理。