ASME锅炉压力容器焊接工艺评定要求

ASME锅炉压力容器焊接工艺评定要求 焊接工艺评定工作是企业重要的质保活动,因此必须规范化。我国已制定了多种焊接工艺评定,它们是《蒸汽锅炉安全技术监察规程》,部颁标准JB4420-89《锅炉焊接工艺评定》,JB4708-89《钢制压力容器焊接工艺评定》以及JB/T6963-93《钢制件熔化焊工艺评定》(参见本附录A焊接工艺评定标准内容对比)。这些标准基本上都是按照美国ASME 锅炉与压力容器法规第九卷《焊接与钎焊评定》编制的。基于国内专业技术标准将逐渐与国际标准接轨,本节所述的焊接工艺评定规则,其主要根据是美国ASME锅炉与压力容器法规第九卷“焊接与钎焊评定”的有关,以及适用于普通钢结构的美国AWD1.1-96“钢结构焊接法规”有关章节的规定。 4.1锅炉与压力容器焊接工艺评定原则 锅炉与压力容器的焊接工艺评定立项的必要性,原则上按焊接工艺重要参数来确定。任何一种重要参数不同于原焊接工艺规程的规定,或其变化超过了法规所容许的范围都必须作相应的焊接工艺评定试验。焊接工艺评定项目以接头形式分类,并以下列三种基本接头形式作为评定试件的接头形式,其包括了产品结构中可能出现的各种接头形式。 1)开坡口全焊透对接接头,可用于评定所有开坡口的全焊透对接接头和角接接头,包括开坡口的全焊透T形接头。 2)开坡口局部焊透对接接头,可用于评定所有开坡口的局部焊透对接接头和角接接头,包括开坡口局部焊透的T形接头。 3)不开坡口的角接接头,可用于评定所有不开坡口的角接接头,包括接管与筒体的角焊缝。 在锅炉与压力容器制造中,制造法规并不对产品结构上的所有焊缝提出焊接工艺评定的要求,而只有下列焊缝必须作焊接工艺评定试验。 1) 在焊接受压部件上的各种形式的接头。 2) 在非受压承载焊接部件上的各种形式的接头,如与受压部件相接的所有永久性或临时性吊耳和加强板连接的焊缝。 3) 非受压且基本不承载的部件(如加大换热面的附件――鲛片、绝热层支撑销钉等)与 受压部件相接的焊缝按下列原则确定: 如采用手工、或机械化焊接方法,应作角接焊缝焊接工艺评定试验。 如采用全自动焊接方法,则不必作焊接工艺评定。 按焊接工艺重要参数确定焊接工艺评定立项的规则,分述如下: 1.焊接方法 从一种焊接方法改用另一种焊接方法,应作焊接工艺评定试验。适用于锅炉与压力容器的焊接方法有:气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、钨极气体保护焊、等离子弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、闪光对接焊、感应加热压力焊、电阻焊、铝热压焊、气压焊、惯性及连续驱动母材焊、螺柱电弧焊和螺柱电阻焊。 在实际焊件的同一条焊缝上,如采用两种或两种以上不同的焊接方法,或不同的重要工艺参数焊接时,则可按每种焊接方法所焊的母材,金属厚度分别对试件进行焊接工艺评定。也可以实际焊件焊缝拟使用的组合焊件方法或焊接工艺焊接同一付工艺评定试件。但每一种焊接方法,或焊接工艺所焊的焊缝金属厚度均应满足能取出所要求的拉伸和弯曲试样的要求。对于焊条电弧焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊和埋弧焊,或这些方法的组合,如已完成的焊接工艺评定采用厚度大于13mm的试件,则该焊接工艺评定报告可与另一种焊接方法的工艺评定报告联用于同一条实际焊件的焊缝,包括根部焊道。 2.母材金属类别 在锅炉与压力容器中所用母材金属的种类繁多。如以母材金属的钢号或材料的牌号进行 评定,则评定的工作量十分大,且无此必要性。为了减少这种无实际意义的重复评定,美国ASME法规的作法是,将规定认可的标准材料,按其化学成分,力学性能和焊接性加以分类,即将合金成分相近,强度级别和焊接性接近的材料规入一类,并标以P分类号。在同一类母材金属中,又按强度和冲击韧性的等级进行分组,并将分组号标在分类号的后面,例如SA106 -A碳钢属于第1类第1组,其分类组别号的示方法为P1-1。最新版的ASME法规已将在锅炉和压力容器中使用的近1000种钢材分成23类52组。这种对母材金属的分类是以大量的材料焊接性试验和焊接工艺试验数据以及多年的实际生产经验为基础的。因此,列于同一类的各种母材金属,如拟采用的焊接工艺规程中,其它的焊接工艺重要参数相同或在容许范围之内,则采用某种母材金属的焊接工艺评定报告可互相通用。例如SA106-B和SA-36碳素结构钢同属于P-1类,如采用相同的焊接方法、焊接材料以及相近的焊接工艺参数进行焊接,且焊件厚度在工艺评定标准容许的范围之内,则SA-36钢的焊接工艺规程可以根据已完成的SA106-B钢的焊接工艺评定报告来编写,而不必对SA-36钢再作一次焊接工艺评定试验。表3-7列出了美国ASME法规第九卷焊接工艺评定标准中典型钢种的分类分组实例。表3-8具体规定了各类母材金属相互组焊时,工艺评定试件所用母材与所评定的母材类别之间的通用原则。 由于我国的材料系列与美国材料系列存在很大的差别,且尚未推行法规材料的认可体制,因此很难直接引用美国ASME法规第九卷所列的材料分类表。如果设计图样中规定采用ASME法规材料,则完全可按表3-8所列的材料分类通用原则,确定焊接工艺评定立项的必要性。 当采用国产标准采用时,可按上述原则并对照ASME法规相近钢种的化学成分和强度级别,将国产标准材料进行分类分组。以上列举的我国焊接工艺评定标准都对国产钢材的分类作了探索和尝试,但有的不够全面,有的不符合分类原则。因为从焊接工艺评定角度对材料分类是一项十分复杂和细致的工作,而且需要积累大量基础才能达到完整、正确。在现阶段,对于已掌握大量试验数据并积累多年生产经验的常用钢种,可以做到较正确的分类和分组。对于有关数据尚不充分,生产经验不足的钢种和材料,则要求在焊接工艺评定之前完成必要的焊接性试验。在掌握较充分的实验资料后,将其逐步归类。 3.母材金属的厚度和焊缝金属的厚度 母材金属和焊缝金属的厚度在一定程度上决定了接头的性能。这一方面是因为,随着厚度的增加,母材本身的强度性能会发生变化;另一方面焊接区的冷却速度决定于接头的壁厚,壁厚越大,冷却速度越快,接头强度性能越高。因此,对于特定的焊接工艺参数,母材或焊缝金属的厚度有一定的适用范围。适用范围的大小与所采用的焊接方法有关。对于常用焊接方法,如焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊和埋弧焊等,开坡口对接接头试板评定结果可适用于母材厚度为试板厚度2倍的产品接头。而角焊缝的评定试验结果,则可适用于所有母材厚度和所有角焊缝尺寸。 在下列情况下,焊接工艺评定的母材厚度适用范围减小到试板厚度的1.1倍。 1)单道焊或多道焊焊缝,每层焊道的厚度大于13mm时。 2)采用短路过渡熔化极气体保护焊,且评定试板的厚度小于13mm时。 3)试件焊后热处理的温度超过上临界转变温度时。 对于焊条电弧焊、埋弧焊、钨极气体保护焊和熔化极气体保护焊多道焊缝,当接头厚度大于20mm时,焊接工艺评定适用的母材厚度范围为试件厚度的1.33倍。 对于不等厚对接接头,焊接工艺评定的母材厚度适用范围按下列规定处理: 1)对接接头较薄组件的厚度应符合上述适用范围。 2)对接接头中,较厚组件的厚度对于不要求缺口冲击韧度的材料,其最大厚度不受限制。对于要求缺口冲击韧度的材料,较厚组件的厚度应在上述范围之内。如焊接工艺评定试件的厚 度大于38mm,则其最大厚度亦可不受限制。 4.焊缝填充金属 按美国ASME法规第九卷的规定,焊接填充金属与母材金属相似,可以按材料的类别、合金充分、强度等级和品种等归类。按焊接填充金属的品种和标准号、焊条药皮类型、焊丝-焊剂组合,可将碳钢和合金钢焊接填充金属分成6类,铝及铝合金焊材分成4类,铜和铜合金焊材归成1类,并标以F-No分类号,详见表3-9。对于各种钢材的焊接填充金属可按焊缝金属的化学成分分成表3-10所示的12类,并标以A-No分类号,填充金属的分类与母材金属的分类相似,其目的在于减少焊接工艺评定的工作量。即属于同一类的焊接填充金属可以相互通用。采用属于某种F-No或A-No焊接填充金属完成的焊接工艺评定报告适用于相同F-No或A-No类所属任一种焊接填充金属。