常用承壓設(shè)備焊接工藝評定規(guī)范沖擊試驗免除條件分析

摘

要：通過對中國、美國和歐盟承壓設(shè)備焊接工藝評定及其引用規(guī)范的對比分析，梳理出常用碳素鋼和低合金鋼承壓設(shè)備焊接工藝評定規(guī)范對夏比V型缺口沖擊試驗免除的要求以及免除沖擊試驗后的焊接工藝評定的覆蓋范圍，為焊接工藝評定的規(guī)劃和選擇提供參考。關(guān)鍵詞：承壓設(shè)備；焊接工藝評定；沖擊；免除0

引言NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》、ASMEBPVC.Ⅸ—2021《焊接、釬接和粘接評定》和ISO15614-1：2017《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評定-焊接工藝試驗第一部分：鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊》等規(guī)范將焊接工藝評定的覆蓋范圍分為有沖擊要求和無沖擊要求兩類，由于對免除沖擊要求及焊接工藝評定的覆蓋范圍并無明確說明，在工程實踐中容易對焊接工藝評定的覆蓋范圍造成困惑。1

焊接工藝評定規(guī)范對沖擊試驗的要求焊接工藝評定中，夏比V型缺口沖擊試驗是對焊接接頭沖擊韌性的評價，體現(xiàn)了焊接接頭抵抗沖擊破壞的能力，也是焊接接頭綜合性能的體現(xiàn)。本文討論的焊接工藝評定僅為全熔透對接焊接頭的工藝評定。1.1

NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)中5.2“每種焊接方法的專用焊接工藝評定因素及分類”規(guī)定，專用焊接工藝評定因素分為重要因素、補加因素和次要因素。（1）重要因素是指影響焊接接頭力學(xué)性能和彎曲性能（沖擊韌性除外）的焊接工藝評定因素。（2）補加因素是指影響焊接接頭沖擊韌性的焊接工藝評定因素，當(dāng)規(guī)定進(jìn)行沖擊試驗時，需增加補加因素。（3）次要因素是指對要求測定的力學(xué)性能和彎曲性能無明顯影響的焊接工藝評定因素。由此可見，在NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》中，沖擊試驗屬于補充要求，當(dāng)產(chǎn)品或產(chǎn)品規(guī)范要求進(jìn)行沖擊試驗時進(jìn)行。1.2

ASMEBPVC.Ⅸ—2021《焊接、釬接和粘接評定》標(biāo)準(zhǔn)ASMEBPVC.Ⅸ—2021《焊接、釬接和粘接評定》標(biāo)準(zhǔn)中QW-171是對夏比V型缺口沖擊韌性試驗的要求。QW-171.1總則要求僅在引用規(guī)范要求時才進(jìn)行缺口韌性試驗（沖擊試驗）。QW-250焊接變素要求：焊接變素分為重要變素、附加重要變素和非重要變素三類。能影響焊件力學(xué)性能的變素是重要變素，當(dāng)規(guī)范別的卷要求對某一種材料進(jìn)行韌性試驗（沖擊試驗）時應(yīng)將附加重要變素增加到（使用的）每種焊接方法的重要變素中。由此可見，在ASMEBPVC.Ⅸ—2021《焊接、釬接和粘接評定》標(biāo)準(zhǔn)中，沖擊試驗不是強制要求，屬于補充要求，僅在法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范要求時才需要進(jìn)行。1.3

ISO15614-1：2017《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評定-焊接工藝試驗第一部分：鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊》標(biāo)準(zhǔn)ISO15614-1：2017《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評定-焊接工藝試驗第一部分：鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊》將焊接工藝評定的要求分為level1和level2。附件ZA中申明，只有滿足Level2的所有要求時才符合歐盟承壓設(shè)備指令2014/68/EU的要求[3]。標(biāo)準(zhǔn)第7.1條“試驗種類和程度要求”中l(wèi)evel2的試驗種類和程度按表2要求?！氨?level2試樣的檢驗和試驗要求”中，全熔透對接試件的試驗項目包括目視檢查、射線或超聲檢測、表面裂紋探傷、橫向拉伸試驗、橫向彎曲試驗、沖擊試驗和宏觀金相檢查，當(dāng)有要求時還應(yīng)進(jìn)行金相硬度檢測。由此可見，在ISO15614-1：2017《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評定-焊接工藝試驗第一部分：鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊》標(biāo)準(zhǔn)中，沖擊試驗屬于規(guī)范強制要求。綜上，各標(biāo)準(zhǔn)對焊接工藝評定是否需要沖擊試驗的限定如表1所示。2

各規(guī)范對沖擊免除的要求2.1

中國標(biāo)準(zhǔn)對沖擊豁免的要求NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》標(biāo)準(zhǔn)中“表11力學(xué)性能試驗和彎曲試驗項目和取樣數(shù)量”注5要求：當(dāng)無法制備5mm×10mm×55mm小尺寸沖擊試樣時，免做沖擊試驗[1]。同樣的豁免條件也存在于NB/T47016—2011《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗》中。該標(biāo)準(zhǔn)中“表1試件力學(xué)性能和彎曲性能檢驗類別和試樣數(shù)量”注3要求：當(dāng)無法制備5mm×10mm×55mm小尺寸沖擊試樣時，免做沖擊試驗。我國特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSG21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第2.2.1.3.1條要求“厚度不小于6

mm的鋼板、直徑和厚度可以制備寬度為5

mm小尺寸沖擊試樣的鋼管、任何尺寸的鋼鍛件，按照設(shè)計要求的沖擊試驗溫度下的V型缺口試樣沖擊吸收能量（KV2）指標(biāo)應(yīng)當(dāng)符合表2-1的規(guī)定”。被列入GB/T150.2—2011《壓力容器第2部分：材料》的碳素鋼和低合金鋼中，只有Q245R、Q345R存在鋼板厚度小于6mm的項目。該標(biāo)準(zhǔn)中“表4鋼板的使用溫度”下限中規(guī)定，當(dāng)Q245R、Q345R鋼號的鋼板厚度小于6mm時，在標(biāo)準(zhǔn)允許的使用溫度下限內(nèi)免做沖擊試驗。該部收錄的鋼板分別屬于GB/T713—2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》、GB/T3531—2014《低溫壓力容器用鋼板》和GB/T19189—2011《壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板》。以上3部材料標(biāo)準(zhǔn)中，GB/T19189—2011《壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板》規(guī)定鋼板最小壁厚10mm，GB/T713—2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)中4.1.4條和GB/T3531—2014《低溫壓力容器用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)中6.4.3條均規(guī)定厚度小于6mm的鋼板不做沖擊試驗。被列入GB/T150.2—2011《壓力容器第2部分：材料》的碳素鋼和低合金鋼鋼管分別屬于GB/T8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》、GB6479—2013《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》、GB9948—2013《石油裂化用無縫鋼管》和GB/T5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》。其中GB/T8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中5.4.2.1規(guī)定“牌號為Q345、Q390、Q420、Q460質(zhì)量等級為B、C、D、E的鋼管，當(dāng)外徑不小于70

mm，且壁厚不小于6.5

mm時，應(yīng)進(jìn)行縱向沖擊試驗”。GB6479—2013《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中5.4.1規(guī)定“D≥76

mm且S≥6.5

mm的鋼管應(yīng)做沖擊試驗”。GB/T9948—2013《石油裂化用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中6.4.1力學(xué)性能要求規(guī)定“外徑不小于76mm且壁厚不小于14mm的鋼管應(yīng)做沖擊試驗。根據(jù)需方要求，經(jīng)供需雙方協(xié)商，在合同中注明，其他規(guī)格鋼管可做沖擊試驗……”。GB/T5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)中6.4.2條規(guī)定“D≥76

mm且S≥14

mm的鋼管應(yīng)做沖擊試驗”。由此可見，相關(guān)材料規(guī)范中對6mm以下的板材、6.5mm以下的管材均無沖擊要求。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，按NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》進(jìn)行焊接工藝評定時，如無法制備5mm×10mm×55mm小尺寸沖擊試樣，免做沖擊試驗的豁免許可與我國的技術(shù)法規(guī)、制造規(guī)范和材料規(guī)范的要求具有高度的一致性和連貫性，豁免后的焊接工藝評定完全符合我國特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSG21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和壓力容器建造規(guī)范GB150—2011《壓力容器》的要求。2.2

ASME規(guī)范對沖擊豁免的要求ASMEBPVC.Ⅸ—2021《焊接、釬接和粘接評定》標(biāo)準(zhǔn)中QW-171.1要求，產(chǎn)品規(guī)范無特殊要求時韌性試驗（沖擊試驗）按SA-370執(zhí)行。ASTMSA-370《鋼制品力學(xué)性能試驗的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法和定義》22.2款規(guī)定沖擊試樣包括全尺寸試樣（10mm×10mm×55mm）和小尺寸試樣，小尺寸試樣的寬度包括7.5、6.7、5、3.3、2.5mm共5個規(guī)格。ASTMSA-370中并未明確規(guī)定能獲得的最大沖擊試樣寬度小于2.5mm時是否可以免除沖擊試驗。ASMEⅧDiv.1-2021《壓力容器建造規(guī)則》UCS-67要求“除了UG-20（f）、UCS-66和UCS-68的豁免規(guī)定外，當(dāng)符合以下條款時，焊接工藝評定中應(yīng)包括按照UG-84要求做焊縫和熱影響區(qū)（HAZ）的沖擊試驗”。也就是說，若無特殊要求，焊接工藝評定不需要做沖擊試驗，即便UCS-67規(guī)定需要做沖擊試驗，在滿足UG-20（f）、UCS-66和UCS-68等相關(guān)豁免規(guī)定的情況下，仍然可以不做沖擊試驗。標(biāo)準(zhǔn)[11]UG-20（f）和UCS-66相關(guān)條款中，材料是否需要沖擊，主要基于材料、應(yīng)力水平和使用溫度綜合評判。標(biāo)準(zhǔn)[11]UCS-68（c）介紹了對UCS-66相關(guān)條款中需要做沖擊時的有條件豁免：當(dāng)本標(biāo)準(zhǔn)（ASMEⅧ-1）不要求而承壓焊縫卻進(jìn)行了焊后熱處理，則圖UCS-66中對P-No.1材料免做沖擊試驗的允許最低溫度可以降低17℃。當(dāng)（b）中PWHT豁免適用時，得出的免試溫度可以低于-48℃。由此可見，ASME相關(guān)規(guī)范中，并沒有對焊接工藝評定沖擊試驗的豁免，產(chǎn)品是否需要做沖擊試驗取決于材料、應(yīng)力水平、使用溫度和熱處理等條件的綜合評判，工藝評定是否需要做沖擊試驗取決于產(chǎn)品要求。當(dāng)產(chǎn)品不需要做沖擊試驗時，焊接工藝評定也不需要做沖擊試驗。2.3

EN/ISO相關(guān)規(guī)范對沖擊的要求ISO15614-1：2017《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評定-焊接工藝試驗第一部分：鋼的電弧焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊》標(biāo)準(zhǔn)中“表7.1試驗種類和程度要求”表2注d是對沖擊試驗的補充說明：對厚度≥12mm且已規(guī)定應(yīng)進(jìn)行沖擊試驗的材料，焊接取一組焊縫金屬和一組熱影響區(qū)（試件）進(jìn)行沖擊試驗。材料厚度小于12mm時，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)可能要求進(jìn)行沖擊試驗。參考?xì)W盟承壓設(shè)備指令2014/68/EU協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)EN13445-4:2021第8.3“焊接工藝評定”規(guī)定“承壓焊縫應(yīng)按照ENISO15614:2017或ENISO1563:2004進(jìn)行評定”，本條c款沖擊試驗要求“試驗和評判標(biāo)準(zhǔn)按EN15614-1:2017執(zhí)行，作為附加要求，沖擊試驗還應(yīng)滿足EN13445-2:2021，附錄B”。EN13445-2:2021附錄B.3.2小試樣要求該材料無法制備寬度不小于5mm的試件時可不做沖擊試驗。由此可見，壁厚小于12mm時可以免做沖擊試驗，當(dāng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行沖擊試驗時，仍應(yīng)進(jìn)行沖擊試驗。綜上，國際主流承壓設(shè)備焊接工藝評定規(guī)范對沖擊試驗的豁免要求如表2所示。3

沖擊試驗可豁免的焊接工藝評定的覆蓋范圍3.1

NB/T47014豁免沖擊試驗后的母材厚度覆蓋范圍當(dāng)壁厚超過16mm時，不存在無法制備5mm×10mm×55mm小試樣的情況，因此焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊、熔化極氣體保護(hù)焊、等離子弧焊和氣電立焊等焊接方法評定后的母材覆蓋范圍：（1）T＜6

mm時，母材厚度覆蓋范圍T/2～2T；（2）6

mm≤T≤16

mm時，母材厚度覆蓋范圍T～2T。3.2

ASMEBPVC.Ⅸ母材厚度覆蓋范圍標(biāo)準(zhǔn)[2]不存在焊接工藝評定的沖擊試驗豁免的情況，因此，當(dāng)不需要進(jìn)行沖擊試驗時，母材厚度的覆蓋范圍按表QW-451.1執(zhí)行：（1）若T＜1.5

mm，母材厚度的覆蓋范圍T～2T；（2）1.5

mm≤T＜10

mm，母材厚度的覆蓋范圍1.5

mm～2T；（3）10

mm≤T＜38

mm，母材厚度的覆蓋范圍5

mm～2T。3.3

IS