ASME-BPV规范第IX卷在-SMAW、SAW、GMAW和GTAW工艺评定中的具体应用(节选).doc
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ASMEBPV规范第IX卷在SMAW、SAW、GMAW和GTAW工艺评定中的具体应用(节选)
ApplicationofASMEBPVCodeSectionIXforProcedureQualificationofSMAW、SAW、GMAWandGTAW
赵孟显ZhaoMengxian
前言:
在看这些例子前,首先要说明对于某种焊接方法或工艺,这里介绍的分析方法的第一步是先要将第IX卷第II章中有关规定该焊接方法或工艺其各类变素的表格找出来,对于大多数焊接方法,有二张表,第一张表是用于常规焊接方法的,第二张表是用于该焊接方法的表面堆焊工艺的。
如对于SMAW,QW-253是用于常规焊接方法的,QW-253.1则是用于该焊接方法的表面堆焊工艺的,对于可以应用于表面堆焊工艺的有关焊接方法,都是如此。
这些表格请参见第IX卷原文,本文不再重复。
在这些表格中,规定了该焊接方法的各类变素,并有每个变素的简要叙述,由于最近几年已经连续讲过几次第IX卷的工艺评定,关于变素的详细内容,除非有必要,一般不再在这里重复。
如需要了解每个变素的详细内容,可以直接去查阅第IX卷原文。
这里介绍的分析方法的第二步是从有关WPS和PQR的编号、日期及修改号开始进行分析;方法的第三步是按变素的类别依次对每个所举例子从QW-402到QW-410对每个有关的WPS和PQR进行分析。
最后是对有关的PQR的试验结果进行分析。
还需要说明的是,我们分析依据的是2007版的第IX卷(包括07、08、09增补),但即使2010版有修改,按照QW-100.3的规定,这些文件仍然有效。
现在按此方法对所举例子分析如下:
一、例1、2:
SMAW
这里举了两个例子,第一个例子是不要求冲击韧性的,见表1(WPS)和表2(PQR);第二个例子是要求冲击韧性的,见表3(WPS)和表4、5及6(PQR)。
先看例1-表1(WPS)和表2(PQR):
1)表1的WPS的编号为W02,日期为2009.11.03,修改号为0,其引用的PQR编号为P04。
再看表2的PQR,编号为P04、引用的WPS的编号为W02,日期为2009.11.03。
二者引用的文件编号和日期一致,说明该WPS为该PQR的原始文件。
关于二者的日期,是否应该相同或不同,曾经有不少争议,按QW-201的规定,WPS需要PQR的支持,因此将WPS的日期放在PQR前是说不通的,但大多数人认为在进行评定前,需要有一个WPS,以便给评定试件的焊接提供指导,我们认为这样是合理的,但这时候的WPS由于试件的试验结果还没有出来,不能成为生效的WPS,只能看成是一个初稿。
至于如果将WPS的日期放在PQR后,如果是经过修改的WPS(修改号为1、2等等),或者是后来从该PQR派生出来的WPS,那是可以的,但是对于PQR上引用的原始的WPS(修改号为0),目前比较合理的做法是用同一个日期,包括文件上的编制、批准/签证等都使用同一个日期。
2)QW-402-接头:
先看QW-253,在这里没有重要变素和附加重要变素(由于该WPS不要求冲击韧性,下面不再提附加重要变素),只有4个非重要变素,是QW-402.1、QW-402.4、QW-402.10和QW-402.11,分别涉及接头形式、衬垫、根部间隙和成型块的使用。
在表2的PQR上表达的是试件的实际数据,而在表1的WPS上反映的是产品焊接接头的实际情况,由于都是非重要变素,WPS和PQR可以不同,不存在需要互相支持的问题。
但需要指出的是,按QW-200.1(b)的规定:
“一份完整的WPS应述及在WPS中采用的、对每一种焊接方法而言的所有重要变素、非重要变素和当需要时的附加重要变素”。
在大多数情况下,接头形式、衬垫和根部间隙的表达一般都会体现,但QW-402.11“成型块的使用”往往没有表达,由于这个变素是焊接工艺上的需要,所以在产品图样上也是不会表示的,需要引起大家的注意。
在表1中坡口形式和根部间隙采用“按施工图样或返修工艺”的做法,可以最大限度地反映产品的需要,是一种值得推荐的做法,因此我们不推荐在WPS给出具体的接头型式的做法,那样做会造成极大地限制WPS的应用范围。
3)QW-403-母材:
先看QW-253,在这里有3个重要变素,分别是QW-403.8、QW-403.9和QW-403.11,归纳起来是关于母材的厚度和P-No.的评定范围,母材的厚度的评定范围是按表QW-451.1的规定;P-No.的评定范围是按QW-424.1的规定。
这里特别要指出的是QW-403.9:
“对于单道焊或多道焊,其中任一焊道的厚度大于1/2in.(13mm),厚度的增加超过评定试件厚度的1.1倍”。
即如果有任一焊道的厚度大于1/2in.(13mm),那么评定的厚度范围上限就不是按QW-451.1的规定,而是进一步限制为“评定试件厚度的1.1倍”。
但是对于我们在本文要提到的SMAW、GMAW和GTAW,应该说不会出现这种情况,可以不予考虑。
而对于SAW,出现这种情况的可能性也不大。
目前只有在GTAW这一焊接方法中,没有将此变素列为重要变素。
下面我们来看在表2的PQR和表1的WPS中如何体现这些变素:
(略)
二、例3:
SAW
这里举了一个例子,是不要求冲击韧性的,见表7(WPS)和表8(PQR)。
1)表7的WPS的编号为W-0708S-1,日期为2007.8.20,修改号为0,其引用的PQR编号为P-0607S-1。
再看表8的PQR,编号为P-0607S-1、但引用的WPS的编号为W-0607S-1(0),日期为2006.7.25。
表7的WPS引用的支持用PQR编号与表8的PQR一致,但表8的PQR引用的WPS的编号与表7的不一致,而且日期在该WPS之前,说明该WPS不是表8的PQR的原始文件,而是根据该PQR派生出来的。
2)QW-402-接头:
先看QW-254,在这里没有重要变素和附加重要变素(由于该WPS不要求冲击韧性,下面不再提附加重要变素),只有4个非重要变素,与SMAW完全相同,即在这里WPS可以与PQR不同,不再重复说明。
但在表7的WPS中,有一些欠妥之处,需要指出:
a)在“接头型式”中,规定可适用于“V型坡口或角焊缝”,但在QW-403中又规定不应用于角焊缝;而在QW-404和QW-405中又规定可用于角焊缝,互相矛盾。
应该说,在实际的压力容器焊接中,SAW用于角焊缝的可能性不大。
b)在坡口详图中规定了坡口角度、间隙和钝边,对于5~32mm的厚度范围不一定都合适。
如对于厚度为小于6mm时,不可能使用钝边6mm,而厚度接近上限时,还使用单面V型坡口也不合适。
c)没有规定成形块的使用情况。
(略)
三、例4:
GMAW(FCAW)
这里举了一个例子,是要求冲击韧性的,见表9(WPS)和表10(PQR)。
1)表9的WPS的编号为V130-GM,日期为2007.3.22,修改号为0,其引用的PQR编号为V130,使用的焊接方法为GMAW。
再看表10的PQR,编号为V130、但引用的WPS的编号为V130,日期为2007.1.22。
表9的WPS引用的支持用PQR编号与表10的PQR一致,但表10的PQR引用的WPS的编号与表9的不一致,而其评定用的焊接方法为GMAW+SAW,日期也在该WPS之前,说明该WPS不是表10的PQR的原始文件,而是根据该PQR派生出来的。
由于在表9的WPS中只使用一种焊接方法,即GMAW,而在表10的PQR中使用二种焊接方法,我们在下面只讨论有关GMAW的各项变素。
2)QW-402-接头:
先看QW-255,在这里没有重要变素和附加重要变素,只有4个非重要变素,与SMAW完全相同,即在这里WPS可以与PQR不同,不再重复说明。
还可以发现该WPS只使用一种焊接方法,而该PQR评定时使用了二种焊接方法,也说明了评定的焊接方法可以单独使用。
在这个PQR中还列出了应该列于QW-409和QW-404的内容:
即二种焊接方法的焊道数、焊接材料、电流、电压和各自的焊缝厚度等,可能该编写者认为这样表达更清楚,由于PQR的表格格式不是强制性要求,这样做无可厚非。
(注:
PQR中的图只是示意,关于焊道数不正确)。
3)QW-403-母材:
先看QW-255,有4个重要变素,3个与SMAW相同,而其中QW-403.10是气体保护焊特有的,是关于使用短路弧时,当评定试件厚度小于13mm时,评定厚度的上限为1.1T。
在这里还有2个附加重要变素,分别是QW-403.5和QW-403.6,与SMAW一致。
见例2。
这里与SMAW相同,没有非重要变素。
下面我们来看在表10的PQR和表9的WPS中如何体现这些变素:
QW-403.5和QW-403.11:
在表10的PQR中,材料为SA516,Gr70.,查QW/QB422,该材料属于P-No.1,Gr.2;因此在表9的WPS中规定材料为P-No.1,Gr..2与P-No.1,Gr.2互相焊接是受到PQR支持的。
QW-403.6和QW-403.8:
在表10的PQR中,试件厚度为一个不等厚的接头,一侧为35mm,另一侧为40mm,根据QW-202.4的规定:
“当评定试件母材厚度为38mm或更厚时,则产品接头较厚一侧最大厚度不限”。
所以在表9的WPS中,只规定母材厚度坡口焊时大于16mm(QW-403.6要求),没有规定上限,但应该指出,上限不限,只适用于不等厚度母材对接接头的厚边一侧。
QW-403.9:
由于已经规定最大焊道厚度小于13mm,所以不考虑对评定厚度的进一步限制。
QW-403.10:
由于在QW-404中已经说明不使用短路弧,所以可以不予考虑该变素的影响。
因此,在该WPS中,包括了该焊接方法需要的全部重要变素和附加重要变素,并得到PQR的支持。
4)QW-404-填充金属:
先看QW-255,在这里有7个重要变素,除了QW-404.4、QW-404.5和QW-404.30是与SMAW相同的以外,QW-404.23、QW-404.24、QW-404.27和QW-404.32是相对于SMAW增加的重要变素,分别涉及填充金属制品形式的改变;附加填充金属的增减或改变;附加填充金属对焊缝金属成分的影响;使用短路弧对评定焊缝金属厚度的进一步限制。
1个附加重要变素,是QW-404.12,是涉及SFA分类号的改变,在前面已经提到。
还有二个非重要变素,是QW-404.6和QW-404.33.
下面我们来看在表10的PQR和表9的WPS中如何体现这些变素:
(略)
四、例5:
GTAW
这里举了一个例子,是不要求冲击韧性的,见表11(WPS)和表12(PQR)。
1)表11的WPS的编号为W0708C-2,日期为2007.8.20,修改号为0,其引用的PQR编号为P0201C-14,其使用的焊接方法为GTAW+SMAW。
再看表12的PQR,编号为P0201C-14,但引用的WPS的编号为W0201C-14(0),日期为2002.1.28。
表11的WPS引用的支持用PQR编号与表12的PQR一致,但表12的PQR引用的WPS的编号与表11的不一致,(而其评定用的焊接方法倒是一致的),日期也在该WPS之前,说明该WPS不是表12的PQR的原始文件,而是根据该PQR派生出来的。
由于在这个例子中只讨论GTAW,我们在下面只讨论有关GTAW的各项变素。
但你们也可以检查SMAW。
2)QW-402-接头:
先看QW-256,在这里没有重要变素和附加重要变素,只有4个非重要变素,与SMAW完全相同,即在这里WPS可以与PQR不同,不再重复说明。
但需要指出,该WPS与表7(SAW)存在同样的问题,即在这里规定了一个接头详图,该图显然不能适用于1.5~12mm的全部厚度范围。
3)QW-403-母材:
先看QW-256,有2个重要变素,与SMAW相同(比SMAW少了QW-403.9),不再重复说明。
与SMAW相同,没有非重要变素。
下面我们来看在表12的PQR和表11的WPS中如何体现这些变素:
QW-403.11:
在表12的PQR中,材料为SA516,Gr70.,查QW/QB422,该材料属于P-No.1,Gr.2;因此在表9的WPS中规定材料为P-No.1与P-No.1互相焊接是受到PQR支持的。
QW-403.8:
在表12的PQR中,试件厚度为6mm,由于不要求冲击韧性,支持了表11的WPS中规定的坡口焊缝为1.5~12mm,管子直径范围为在厚度范围内的全部直径和全部角焊缝:
因此,在该WPS中,包括了该焊接方法需要的全部重要变素,并得到PQR的支持。
4)QW-404-填充金属:
先看QW-256,在这里有5个重要变素,除了QW-404.4、QW-404.5和QW-404.30是与SMAW相同的以外,QW-404.14和QW-404.23是相对于SMAW增加的重要变素,分别涉及填充金属使用与否和填充金属制品形式的改变。
有4个非重要变素,是QW-404.3、QW-404.22、QW-404.33和QW-404.50,分别涉及填充金属尺寸的改变;可熔化嵌条的使用与否;SFANo.的改变;表面溶剂使用与否。
只有QW-404.33与SMAW相同。
下面我们来看在表12的PQR和表11的WPS中如何体现这些变素:
QW-404.4、QW-404.5和QW-404.33:
由于使用了国产的焊丝,所以二表都没有列出F-No.和SFANo,但列出了A-No.。
表12的PQR和表11的WPS是相同的。
QW-404.14:
表12的PQR和表11的WPS都列出了要使用填充金属。
QW-404.23:
表12的PQR和表11的WPS都列出了填充金属的金属制品形式为实芯焊丝。
QW-404.30:
表12的PQR列出评定时的熔敷焊缝金属厚度为坡口焊:
GTAW:
2mm,支持了表11WPS中的用于坡口焊为GTAW最厚4mm和全部角焊缝的规定。
QW-404.3:
虽然是非重要变素,但二表列出的相同的填充金属直径。
QW-404.22:
二表列出都列出了不使用可熔化嵌条。
QW-404.33:
二表都规定了使用08Mn2SiA。
QW-404.50:
二表在“其它”栏没有列出使用相关表面溶剂的使用情况,说明没有使用。
因此,在本变素中,WPS包括了该焊接方法需要的全部重要变素和非重要变素,并得到PQR的支持。
5)QW-405-焊接位置:
先看QW-256,在这里没有重要变素,有2个非重要变素,是QW-405.1和QW-405.3,与与SMAW相同。
下面我们来看在表12的PQR和表11的WPS中如何体现这些变素:
QW-405.1和QW-405.3:
由于表12的PQR中试件的焊接位置是1G,表11的WPS规定了坡口焊缝位置为F和H是完全没有问题的(即使规定全部位置也可以)。
6)QW-406-预热:
先看QW-256,在这里只有一个重要变素,是QW-406.1,与前面相同,没有非重要变素。
下面我们来看在表12的PQR和表11的WPS中如何体现这个变素:
QW-406.1:
在表12中评定使用的预热温度为5℃;在表11中规定预热温度为10℃,符合要求。
7)QW-407-PWHT:
先看QW-256,在这里2个重要变素,是QW-407.1和QW-407.4,没有非重要变素,与SMAW完全相同,不再重复。
下面我们来看在表12的PQR和表11的WPS中如何体现这些变素:
QW-407.1QW-407.4和QW-407.2:
由于二表都规定不进行PWHT,所以本变素符合要求。
8)QW-408-气体:
这是气体保护焊特有的变素,先看QW-256,在这里有3个重要变素,是QW-408.2、QW-408.9、QW-408.10,分别涉及保护气体的种类和混合气的组成;对于某些P-No(41~49、10I、10J、10K、51~53、61~62)背面保护气的取消或改变;尾部的取消或改变。
2个非重要变素,是QW-408.3和QW-408.5.,分别涉及保护气的流量改变;背面保护气的增减或流量和组成的改变。
与GMAW相同。
下面我们来看在表12的PQR和表11的WPS中如何体现这些变素:
QW-408.2:
在表12的PQR和表11的WPS中,保护气的名称、组成都是相同的。
QW-408.9、QW-408.10:
由于这里是P-No.1Gr.2的材料,与这些变素无关。
QW-408.3:
这里的流量略有差别,但也是允许的。
QW-408.5:
这里不使用背面保护气。
因此,在这里表12的PQR支持了表11的WPS关于本变素的要求。
9)QW-409-电特性:
先看QW-256,在这里没有重要变素。
有四个非重要变素,是QW-409.3、QW-409.4、QW-409.8和QW-409.12。
分别涉及脉冲电源的增删;电流种类和极性的改变;电流范围的改变;钨极型号或尺寸的改变。
下面我们来看在表12的PQR和表11的WPS中如何体现这些变素:
QW-409.3:
二表都规定了不使用脉冲电源。
QW-409.4:
二表规定的电流种类和极性是一致的。
QW-409.8:
二表规定的电流、电压范围略有不同,由于是非重要变素,是允许的。
QW-409.12:
二表规定的钨极型号和直径相同。
因此,由于在这里没有重要变素,而且表11的WPS列出了全部非重要变素,满足本变素的要求。
10)QW-410-焊接技巧:
先看QW-256,在这里有二个重要变素,是QW-410.11和QW-410.64,前者涉及焊接环境是在封闭的室内或室外,但只适用于P-No.51~P-No.53的材料。
后者与SMAW相同,二者都与本评定无关,不予考虑。
还有十个非重要变素,是QW-410.1、QW-410.3、QW-410.5、QW-410.6、QW-410.7、QW-410.9、QW-410.10、QW-410.15、QW-410.25和QW-410.26。
下面我们来看在表12的PQR和表11的WPS中如何体现这些变素:
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