陳雯晶 李 艷 史雪芬 郭 晶

（大連日立機(jī)械設(shè)備有限公司)

1 問(wèn)題的提出

某工程項(xiàng)目中一臺(tái)熱交換器，按ASME規(guī)范第Ⅷ卷第2分卷建造[1]。設(shè)計(jì)要求規(guī)定，管板材料應(yīng)選擇SA-266中的碳鋼鍛件[2]，表面堆焊8825鎳基合金。換熱管也選擇8825鎳基合金管。這樣，為制造該臺(tái)換熱器，就需要評(píng)定在碳鋼基體上堆焊8825鎳基合金和焊接管-管板接頭需要的焊接工藝規(guī)程。為進(jìn)行這兩項(xiàng)工藝評(píng)定須具備一些有關(guān)規(guī)范方面的知識(shí)，本文將就此進(jìn)行詳細(xì)討論。

2 涉及的材料

SA-266/SA-266M共包括4個(gè)等級(jí)的碳鋼鍛件[1]，見表1。表中同時(shí)給出了它們?cè)谝?guī)范第Ⅸ卷QW-422中的分類編號(hào)，即P-號(hào)和組號(hào)[3]。

8825是一種變形鎳基合金在美國(guó)統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng)中的統(tǒng)一編號(hào)[4]，完整的表達(dá)形式為UNS N08825。 它是一種母材 （base metal）。 “堆焊8825”應(yīng)該理解為 “堆焊與UNSN08825鎳基合金母材同類或相當(dāng)?shù)暮附尤鄯蠼饘佟薄?/p>

表1 SA-266中4個(gè)等級(jí)的碳鋼鍛件強(qiáng)度及其P-號(hào)和組號(hào)

大多數(shù)焊接材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。在美國(guó)焊材標(biāo)準(zhǔn)系列中，焊接添加材料也有UNS編號(hào)。但同類合金母材和焊材的UNS編號(hào)并不相同。例如在美國(guó)鎳基合金焊材標(biāo)準(zhǔn)中就找不到編號(hào)為UNS N08825的焊接材料。所以選擇焊接材料不能單靠UNS統(tǒng)一編號(hào)，還需要具備其他方面的知識(shí)。例如在美國(guó)的兩份鎳基合金焊材標(biāo)準(zhǔn)中，就找到了焊接UNSN08825這種鎳基合金的焊接添加材料。它們分別是焊條ENiCrMo-18（見文獻(xiàn) [5] 中之A7.7.15）和焊絲 ERNiFeCr-1(見文獻(xiàn) [6] 中之A7.5)。表2和表3是它們的基本數(shù)據(jù)。表中同時(shí)還給出了母材UNS N08825的相應(yīng)數(shù)據(jù)以資比較[7-10]。可以看出焊接材料和被焊母材的化學(xué)成分只是相近，并不完全相同。UNS編號(hào)當(dāng)然也不相同。

換熱管可選擇文獻(xiàn) [7] 中的無(wú)縫管 （seamless tube）或文獻(xiàn) [9] 中的焊接管 （welded tube）。

3 堆焊和焊接方法

3.1 管板表面耐蝕堆焊

管板大部分面積可采用帶極埋弧堆焊 （SAW）。中心部位埋弧堆焊無(wú)法實(shí)施的部分用焊條手工堆焊（SMAW）填補(bǔ)。

表2 UNS N08825母材及其適配的焊接添加材料的化學(xué)成分 (%)

表3 UNS N08825母材及其適配焊接材料的力學(xué)性能

3.2 管-管板接頭焊接

管-管板接頭采用自動(dòng)鎢極惰性氣體保護(hù)焊（GTAW）。局部修理或個(gè)別接頭可采用手工操作鎢極惰性氣體保護(hù)焊 （GTAW）。

4 耐蝕堆焊工藝評(píng)定

4.1 工藝評(píng)定試件

根據(jù)QW-214.1，耐蝕堆焊評(píng)定試件 （coupon）的尺寸和評(píng)定范圍規(guī)定在QW-453中。它規(guī)定：如果堆焊工藝評(píng)定試件母材厚度為T，則評(píng)定的母材厚度范圍為T～∞。如果堆焊工藝評(píng)定試件母材厚度為25 mm或大于25 mm，則評(píng)定的母材厚度范圍為25 mm～∞。把上述規(guī)定反過(guò)來(lái)讀，就是如果待堆焊零件中厚度T有小于25 mm(1 in)的,則評(píng)定試板厚度就不能選得比堆焊零件中厚度最薄者還厚，否則評(píng)定范圍就會(huì)漏掉部分厚度薄的工件。如果待堆焊零件的厚度都不比25 mm(1 in)薄，則評(píng)定試件厚度就可以選25 mm(1 in)或更厚。

換熱器管板厚度不會(huì)小于25 mm。所以評(píng)定試件厚度至少應(yīng)選25 mm或更厚。要知道厚度大容易堆焊，至少可以避免過(guò)分變形。但也不必太厚，太厚切取試樣困難。

評(píng)定試件可以是板，也可以是管，而且管子的直徑也不是控制因素，可大可小，只要能夠切取出需要數(shù)量的試樣就行。

QW-453注 (1)規(guī)定，如果使用板試件，試件最小應(yīng)為150 mm×150 mm；如果選用管試件，試件管長(zhǎng)度不得小于150 mm。

關(guān)于試件材料見后面的4.3.1節(jié)。

4.2 需控制的變數(shù)

和連接焊接不同，堆焊希望熔深盡量小，以便減輕母材對(duì)堆焊金屬的稀釋。所以堆焊涉及的焊接變數(shù)及其控制要求也與連接焊接不同。ASME規(guī)范把它們單獨(dú)列出來(lái)，并標(biāo)以 “特殊焊接方法變數(shù)”與連接焊接方法相區(qū)別。

規(guī)范把需要控制的變數(shù)歸納成8個(gè)方面，并分為重要變數(shù)和非重要變數(shù)兩大類。前者影響堆焊質(zhì)量，因而決定評(píng)定范圍，超出評(píng)定范圍，原評(píng)定失效，需另行評(píng)定；后者不影響堆焊質(zhì)量和評(píng)定范圍，即使修改也無(wú)須另行評(píng)定。本文確定的兩種堆焊方法所涉及的變數(shù)及其性質(zhì)見文獻(xiàn) [3] 中表QW-253.1和QW-254.1。現(xiàn)把它們歸納在一起，列在下面表4中。

4.3 重要變數(shù)的確定及控制

4.3.1 母材 （QW-403）

對(duì)母材的控制涉及材料種類及厚度兩個(gè)方面。

表4 兩種耐蝕堆焊方法規(guī)范要求控制的變數(shù)及控制形式

QW-403.20控制的是母材種類。它規(guī)定從QW/QB-422所列某一P-號(hào)的母材改變?yōu)榱硪籔-號(hào)的母材，或改變?yōu)槿魏纹渌哪覆男枇硇性u(píng)定。對(duì)于P-10和P-11的母材，則更嚴(yán)格一些，不僅P-號(hào)，即使組號(hào)改變也需重新評(píng)定。

產(chǎn)品管板母材，SA-266中的碳鋼鍛件的P-號(hào)都是1（見表1）。所以按P-號(hào)控制就行，不用顧忌組號(hào)。即評(píng)定試件可以使用SA-266/SA-266M中的任何一個(gè)等級(jí)的鍛件，也可以使用其他ASME材料標(biāo)準(zhǔn)中的碳鋼鍛件，甚至碳鋼鋼板。只要P-號(hào)是1就行。

另一控制要求是QW-403.23，它規(guī)定母材厚度改變超過(guò)QW-453的評(píng)定范圍，就需另行評(píng)定。涉及的是評(píng)定試件母材厚度和堆焊產(chǎn)品母材厚度間的關(guān)系，就是前面4.1節(jié)討論過(guò)的試件厚度問(wèn)題。此處不再重復(fù)。

4.3.2 焊接添加材料 （QW-404）

ASME規(guī)范對(duì)焊接添加材料的控制是通過(guò)焊接熔敷金屬的化學(xué)成分實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于耐蝕堆焊，其控制要求在QW-404.37中作出了規(guī)定。分3種情況：

（1）當(dāng)焊接熔敷金屬?gòu)谋鞶W-442中的某一A-號(hào)改變?yōu)榱硪籄-號(hào)，或改變?yōu)楸碇形戳腥氲牧硪环N不同的化學(xué)成分時(shí)，需另行評(píng)定；

（2）對(duì)表QW-442中A-號(hào)為8或9的化學(xué)成分，每個(gè)AWS標(biāo)準(zhǔn)分類號(hào)焊材UNS編號(hào)的改變需另行評(píng)定；

（3）表QW-432中的每一種非鐵合金都需要單獨(dú)進(jìn)行評(píng)定。

該條涉及的是堆焊工藝評(píng)定中實(shí)際使用的焊材和產(chǎn)品堆焊可以使用的焊材間的關(guān)系。根據(jù)堆焊金屬類別的不同，控制的寬嚴(yán)程度也不同。

對(duì)大多數(shù)鐵基焊材，是按熔敷金屬的A-號(hào)或化學(xué)成分控制的，比較寬松。因?yàn)橥籄-號(hào)的熔敷金屬完全可以由不同分類號(hào)，甚至不同標(biāo)準(zhǔn)中的焊材，以至非規(guī)范或非標(biāo)準(zhǔn)焊材得到。所以工藝評(píng)定和產(chǎn)品堆焊使用分類號(hào)或牌號(hào)不相同的焊材完全可能。只要A-號(hào)相同，就符合規(guī)范要求。

對(duì)那些沒(méi)有A-號(hào)的焊材，即使用它們得到的熔敷金屬按化學(xué)成分與QW-442對(duì)各種A-號(hào)規(guī)定的化學(xué)成分范圍一個(gè)也對(duì)應(yīng)不上的焊材，當(dāng)然只能按焊材的AWS標(biāo)準(zhǔn)分類號(hào) （規(guī)范焊材）或商品牌號(hào) （非規(guī)范焊材）來(lái)控制了。

對(duì)于A-號(hào)為8和9的鐵基焊材和非鐵基焊材，控制就嚴(yán)格得多了。前者須是有AWS分類號(hào)的焊材，按UNS統(tǒng)一編號(hào)控制，這意味著只能使用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)焊材；后者不僅按AWS分類號(hào)控制，而且必須是列入QW-432中的焊材，這意味著不僅只能使用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)焊材，而且還必須是ASME認(rèn)可的美國(guó)焊材標(biāo)準(zhǔn)和品種。這兩種情況都不允許使用非規(guī)范焊材。本產(chǎn)品要求堆焊的金屬為鎳基合金，所以只能使用SFA-5.14/SFA-5.14M中由與ERNiFeCr-1焊絲相同的材料制成的帶極EQNiFeCr-1作為帶極埋弧堆焊的焊接添加材料。對(duì)于焊條手工堆焊，使用SFA-5.11/SFA-5.11M中的ENiCrMo-18焊條。

對(duì)于帶極埋弧堆焊 （SAW），還存在焊劑（flux）問(wèn)題，它是由QW-404.39控制的。它要求焊劑公稱化學(xué)成分改變需重新評(píng)定。鎳基合金埋弧焊焊劑目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，而且在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)里，焊劑成分是商業(yè)機(jī)密，所以只能按焊劑制造廠商品牌號(hào)控制。這樣工藝評(píng)定使用什么焊劑，產(chǎn)品堆焊也只能使用同種焊劑。焊劑牌號(hào)和生產(chǎn)廠商都不能改變。

4.3.3 堆焊位置 （QW-405）

對(duì)于耐蝕堆焊，焊接位置這一重要變數(shù)由QW-405.4控制。它的基本思想是堆焊工藝評(píng)定試驗(yàn)是在什么位置完成的，產(chǎn)品堆焊也只能在相同位置進(jìn)行，如還要在其他位置下進(jìn)行，就得另行評(píng)定。管板堆焊完全可以只在平焊位置，而用不著在其他位置進(jìn)行。所以僅就堆焊管板而言，不管帶極埋弧堆焊還是焊條手工堆焊，都在平焊位置下進(jìn)行就夠了。

但是一項(xiàng)評(píng)定通過(guò)的堆焊工藝規(guī)程還可以用來(lái)在產(chǎn)品法蘭、容器筒體或封頭內(nèi)表面上堆焊以及焊接復(fù)合鋼板產(chǎn)品焊縫的復(fù)層部分。這些應(yīng)用場(chǎng)合就不能保證都只在平焊位置下進(jìn)行了。所以對(duì)于焊條手工堆焊還需要考慮今后一段較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)可能遇到的其他堆焊位置。為此需要看看QW-405.4(c)。QW-405.4(c)規(guī)定了3種堆焊位置，在這些位置下完成的堆焊評(píng)定，在其他變數(shù)有效的前提下，允許在任何位置進(jìn)行產(chǎn)品堆焊。這3種評(píng)定位置是：板試件立焊位置向上堆焊 （3G），管試件管軸水平固定 （5G）或管軸傾斜45°固定 （6G）。對(duì)后面兩種情況，堆焊在管試件表面上的堆焊金屬至少要有一段必須是在相當(dāng)于立焊位置向上方向完成的，而且要求的各種試驗(yàn)都必須包含從這一段取出的試樣，詳見文獻(xiàn) [3] 圖QW-461.3、QW-461和4QW-462.5(b)。

4.3.4 預(yù)熱溫度和層間溫度 （QW-406）

QW-406.4要求控制產(chǎn)品堆焊時(shí)工件的預(yù)熱溫度不比評(píng)定試件的預(yù)熱溫度低過(guò)55℃。層間溫度要求控制得不比評(píng)定試驗(yàn)時(shí)記錄的層間溫度高過(guò)55℃。

這一條不難做到。在碳鋼上堆焊用不著預(yù)熱，在車間環(huán)境溫度下進(jìn)行就行。如果是冬天，車間最低溫度不會(huì)低于0℃。這樣通過(guò)的評(píng)定，用在產(chǎn)品堆焊上，工件溫度不低于-55℃都不超過(guò)評(píng)定范圍。如果是夏天，車間溫度高達(dá)30℃，只要預(yù)熱溫度范圍不低于-25℃，評(píng)定仍然是有效的，而實(shí)際上根本不會(huì)在這樣低的溫度下堆焊。

層間溫度是防高不防低。管板都很大，堆焊完一層，再堆焊下一層，工件溫度差不多就降低到接近車間環(huán)境溫度了，不會(huì)發(fā)生層間溫度過(guò)高的問(wèn)題。倒是評(píng)定試驗(yàn)時(shí)，由于試件尺寸小，層間溫度容易偏高。那就需要控制了，即堆焊完一層，停頓一會(huì)兒，待層間溫度降低到一定程度，比如降低到150℃或更低，再堆焊下一層。

4.3.5 堆焊后熱處理 （QW-407）

對(duì)于耐蝕堆焊，堆焊后熱處理由QW-407.9控制。在碳鋼管板上堆焊耐蝕金屬，堆焊后要么不進(jìn)行熱處理；要進(jìn)行，也就是消除應(yīng)力熱處理。反正產(chǎn)品怎樣要求，評(píng)定試件就按怎樣的要求去做就是。

4.3.6 電特性 （QR-409）

該項(xiàng)下有兩點(diǎn)控制要求。

QW-409.4，它控制的是堆焊電流的種類 （即交流電還是直流電）和如果是直流電，是正接 （工件接電源正極）還是反接 （工件接電源負(fù)極）。這一條也無(wú)須討論。反正產(chǎn)品堆焊怎樣做，評(píng)定試驗(yàn)也得照樣做。

QW-409.22和QW-409.26意思相同，控制的都是堆焊第一層時(shí)的電弧電熱參數(shù)，它影響熔深，因而影響母材稀釋率。前者適用于焊條手工堆焊。它規(guī)定產(chǎn)品堆焊時(shí)首層使用的堆焊電流不得超過(guò)評(píng)定試驗(yàn)時(shí)使用電流的110%。后者適用于埋弧堆焊，它規(guī)定產(chǎn)品堆焊時(shí)首層的熱輸入不得超過(guò)評(píng)定試驗(yàn)時(shí)首層熱輸入的110%。和焊條手工堆焊比較，埋弧堆焊的堆焊電流和堆焊速度都可以在一個(gè)很大的范圍內(nèi)選擇，所以不能像對(duì)焊條手工堆焊那樣，只控制首層堆焊使用的堆焊電流。

4.3.7 堆焊技術(shù)（QW-410）

對(duì)于耐蝕堆焊，堆焊技術(shù)控制的是，要求的堆焊質(zhì)量是堆焊一層就達(dá)到的，還是堆焊了兩層或多層才達(dá)到的。它由QW-410.38控制。該條規(guī)定，如果評(píng)定試驗(yàn)采用的是多層堆焊，產(chǎn)品上也必須堆焊多層。如果評(píng)定試驗(yàn)時(shí)只堆焊了一層，都通過(guò)了評(píng)定，那么產(chǎn)品堆焊也只能堆焊一層，而不能堆焊兩層或更多層。

對(duì)于多層堆焊容易理解。對(duì)于單層堆焊似乎需要稍作說(shuō)明。電弧堆焊總存在母材稀釋。多層堆焊是靠第一層的緩沖作用來(lái)保證第二層和以后各層的各項(xiàng)性能，包括化學(xué)成分符合規(guī)范和堆焊工藝規(guī)程要求的。對(duì)于單層堆焊，要達(dá)到要求的堆焊質(zhì)量，同時(shí)融化的焊接添加金屬量相對(duì)于熔化的母材金屬量必須大到一定程度。即堆焊層不能太薄。要求一層堆焊的金屬量分作兩層或多層去完成，就意味著首層堆焊的金屬量不足，從而存在堆焊層質(zhì)量達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3.8 其他

以上是ASME規(guī)范對(duì)焊條手工堆焊和帶極埋弧堆焊工藝評(píng)定規(guī)定必須控制的重要變數(shù)。對(duì)于帶極埋弧焊，還有幾項(xiàng)重要變數(shù)需稍加說(shuō)明。它們是：

QW-404.24。該條規(guī)定，使用或取消補(bǔ)充添加金屬，且使用量超過(guò)評(píng)定試驗(yàn)用量的10%，需重新評(píng)定。關(guān)于補(bǔ)充添加金屬，QW-490給出的定義是，在電渣焊或其他熔化極電弧焊中，除了熔化的消耗電極 （consumable electrodes）外，以金屬粉末、實(shí)心或復(fù)合金屬形式加入而形成焊縫的金屬均為補(bǔ)充添加金屬。

補(bǔ)充添加金屬一般是以金屬粉末或焊絲段的形式加到焊劑中，靠電弧熔化而形成焊接金屬的。一般不使用這種方法。

QW-410.38。它規(guī)定多絲焊改變?yōu)閱谓z焊，或反過(guò)來(lái)，由單絲焊改變?yōu)槎嘟z焊都需要重新評(píng)定。堆焊中使用多根焊絲，焊絲是并行排列，而不是前后縱向排列的 （in tandem）。多絲堆焊是現(xiàn)在通行的帶極堆焊的始祖。帶極堆焊出現(xiàn)之前，為提高堆焊效率，曾使用過(guò)多絲堆焊。隨著多絲堆焊中焊絲根數(shù)的無(wú)限增多和每根焊絲直徑的逐漸變小，最后達(dá)到的極限就是帶極堆焊。

QW-410.40。它規(guī)定評(píng)定試驗(yàn)中如果使用了某種輔助裝置，以控制影響熔池的磁場(chǎng)，則實(shí)際生產(chǎn)堆焊時(shí)也必須使用同樣的輔助裝置，否則就得另行評(píng)定。這是指一類產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置。一般在帶極電渣堆焊中使用。帶極埋弧堆焊可以使用，也可以不使用。一般不使用。

凡重要變數(shù)，在工藝規(guī)程 （WPS）中必須規(guī)定，在工藝評(píng)定記錄 （PQR）中必須記錄。包括不使用的那些變數(shù)。WPS是指令性文件，PQR是記錄性文件。所以在WPS中必須使用 “祈使句”；而在PQR中必須使用 “陳述句”。例如QW-404.24“補(bǔ)充添加金屬”和QW-410.40“輔助裝置”一般不使用，在WPS中需表達(dá)為：QW-404.24和QW-410.40，不得使用。在PQR中表達(dá)為：QW-404.24和QW-410.40，沒(méi)有使用。

4.4 非重要變數(shù)

除了重要變數(shù)外，每種堆焊方法，規(guī)范都還要求對(duì)某些非重要變數(shù)做出規(guī)定。這些非重要變數(shù)雖然不影響工藝評(píng)定的有效性，但也必須在WPS中給出明確規(guī)定，否則操作無(wú)法進(jìn)行。因?yàn)椴还苁窃诋a(chǎn)品上堆焊，還是在評(píng)定試件上堆焊，都是在具體變數(shù)，包括非重要變數(shù)條件下完成的。由于非重要變數(shù)改變不影響堆焊質(zhì)量，規(guī)范允許PQR中不記錄。但記錄更好。

4.5 堆焊工藝評(píng)定試件的檢驗(yàn)和試驗(yàn)

4.5.1 規(guī)范要求的檢驗(yàn)和試驗(yàn)

耐蝕堆焊工藝評(píng)定試件堆焊完后，需要進(jìn)行的檢驗(yàn)和試驗(yàn)規(guī)定在表QW-543和其注釋條文中。它包括：

注 （4）：該條要求對(duì)堆焊層表面進(jìn)行液體滲透劑 （liquid penetrant）檢驗(yàn)，符合QW-195的要求。

注 （5）：它規(guī)定液體滲透劑檢驗(yàn)合格后，需切取4個(gè)符合QW-161的測(cè)彎試樣，進(jìn)行導(dǎo)向彎曲試驗(yàn)。4個(gè)試樣可以兩個(gè)平行于堆焊方向，另兩個(gè)垂直于堆焊反方向；也可以4個(gè)試樣全垂直于堆焊反方向。試樣的切取部位見圖QW-462.5(c)和QW-462.5(d)。QW-462.5（c）是管試件，顯然4個(gè)試樣只能都垂直于堆焊方向。

注 （9）：該條注釋規(guī)定，當(dāng)WPS中有化學(xué)成分要求時(shí)，化學(xué)成分分析樣品 （chips）的取樣位置按圖QW-462.5(b)或QW-462.5(e)確定?；瘜W(xué)分析按QW-462.5(a)進(jìn)行，分析結(jié)果應(yīng)落在WPS規(guī)定范圍內(nèi)。如果WPS中沒(méi)有規(guī)定化學(xué)成分，則化學(xué)成分分析就無(wú)須進(jìn)行。

前兩項(xiàng)試驗(yàn)問(wèn)題不大，大家都知道怎樣做。對(duì)化學(xué)成分分析或取樣位置需要進(jìn)一步討論。

4.5.2 化學(xué)分析取樣位置

QW-462.5(b)或QW-462.5(e)規(guī)定的是在堆焊試件上取樣的宏觀方位。QW-462.5(a)規(guī)定的是進(jìn)行化學(xué)分析或開始取樣的深度位置。

QW-462.5(a)的表達(dá)形式，在規(guī)范早些年的版本中和現(xiàn)在并不相同，而是像本文圖1(a)所示那樣，只是從本世紀(jì)初才改成現(xiàn)在的形式，見圖1(b)。

圖1 耐蝕堆焊工藝評(píng)定中堆焊金屬化學(xué)成分分析部位或開始取樣部位

圖1(a)規(guī)定，供化學(xué)成分分析的樣品 （即從堆焊金屬中取出的金屬屑末）應(yīng)該從距熔合線一定距離、厚度不超過(guò)0.5 mm(0.02 in)薄薄一層堆焊金屬中取出。如果分析合格，取樣開始部位到熔合線的距離就是評(píng)定的最小堆焊層厚度t。如果不合格，還得往上移，再在上移后的0.5 mm薄層內(nèi)取樣分析，直至合格。從最小評(píng)定厚度往下，成分是否合格，無(wú)法回答，因?yàn)闆](méi)有證明；但往上，肯定都是合格的。所以分析合格的那個(gè)取樣位置到熔合線的距離就是評(píng)定合格的最小堆焊層厚度t。這就是前面表4中 （序號(hào)1）QW-402.16這一重要變數(shù)的控制要求。按該要求，實(shí)際熔敷在產(chǎn)品上的堆焊金屬厚度 （即近似堆焊界面至最終堆焊表面的距離）不得小于按QW-462.5(a)得到的最小評(píng)定厚度。由于該重要變數(shù)的控制要求與堆焊層化學(xué)成分分析有關(guān)，所以把它放在這里來(lái)討論。

圖1(a)[12]的表達(dá)形式反映的是早些年化學(xué)分析技術(shù)的水平。那時(shí)候?yàn)榱诉M(jìn)行化學(xué)成分分析，只能取樣后拿到實(shí)驗(yàn)室里去進(jìn)行所謂 “濕法”分析。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了很多種可以直接在產(chǎn)品或樣件上進(jìn)行化學(xué)成分分析的儀器，如各種光譜分析儀。圖1(b)就是為適應(yīng)分析技術(shù)的這種進(jìn)步而做的修改。除了把熔合線稱之為 “近似堆焊金屬界面”外，圖中還標(biāo)出了3個(gè) “注”。

“注1”指的是最終堆焊金屬表面。它指出化學(xué)分析可以直接在最終堆焊表面上進(jìn)行，或從最終堆焊表面起取屑末 （chips）進(jìn)行分析。這時(shí)從近似堆焊金屬界面至最終堆焊表面的距離就是最小評(píng)定厚度。

“注2”指的是從最終堆焊表面往下挖了不同深度形成的幾處所謂 “制備表面”。 “注2”指出，化學(xué)分析可以直接在這些 “制備表面”上進(jìn)行，也可以從這些 “制備表面”開始取屑末 （chips）進(jìn)行分析。這時(shí)，從近似堆焊金屬界面至在其上進(jìn)行分析或從其開始取屑末的那個(gè) “制備表面”間的距離就是最小評(píng)定厚度。

上面兩種情況下，“直接在其上進(jìn)行分析”，就是不取金屬屑末，直接用儀器在所指表面進(jìn)行分析，適用于采用先進(jìn)分析技術(shù)的情況。 “取屑末（chips）進(jìn)行分析”，就是取樣分析，適用于采用傳統(tǒng)分析技術(shù)的情況。

“注 3”的情況就只有一種，即 “取屑末（chips）進(jìn)行分析”，適用于傳統(tǒng)分析技術(shù)。只不過(guò)是用鉆頭從側(cè)面鉆取屑末 （chips）。必須注意，評(píng)定最小厚度是近似堆焊金屬界面至鉆孔的上邊緣，而不是鉆孔中心，更不是孔的下邊緣。

所以圖1(b)既適用于傳統(tǒng)分析方法，也適用于現(xiàn)代儀器分析方法。

5 管-管板接頭焊接工藝評(píng)定

關(guān)于換熱器類產(chǎn)品管-管板接頭的工藝評(píng)定，ASME規(guī)范焊接評(píng)定卷[3]規(guī)定了兩種截然不同的方法 （QW-202.6）。一是根據(jù)接頭類型不同，把這類接頭當(dāng)成局部焊透的坡口焊縫或角焊縫，按QW-202.2和QW-202.4的規(guī)定，作為坡口焊縫評(píng)定；或按QW-202.(c)作為角焊縫評(píng)定。這種評(píng)定方法可以評(píng)定接頭性能，符合ASME規(guī)范焊接評(píng)定卷的基本邏輯。第二種方法則要求采用產(chǎn)品模擬試件進(jìn)行評(píng)定，具體做法規(guī)定在QW-193中。該方法不能測(cè)定接頭性能，帶有很大焊工技能評(píng)定的性質(zhì)。文獻(xiàn) [3] 特別指出，只有當(dāng)規(guī)范建造卷特別要求時(shí)才采用此法。

本產(chǎn)品依據(jù)的規(guī)程是ASME規(guī)范第Ⅷ卷第2分卷。它的第6.3.4條規(guī)定管-管板接頭的焊接工藝規(guī)程按規(guī)范第Ⅸ卷QW-193的要求評(píng)定[1]。下面的考慮都是根據(jù)QW-193做出的。

5.1 工藝評(píng)定方法

QW-193.1規(guī)定，每一項(xiàng)焊接工藝規(guī)程需評(píng)定10個(gè)模擬焊縫 （mockup welds）。包含這10個(gè)模擬焊縫的試件 （mockup assembly）基本上需模擬實(shí)際管板上管孔的布局和管-管板接頭的設(shè)計(jì)形式，差別不能超出QW-288規(guī)定的極限[3]。

模擬焊縫試件由代表?yè)Q熱管的10段管子試件和代表管板的一塊板試件組成。這一點(diǎn)和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)[13]規(guī)定相同，大家都熟悉。但ASME規(guī)范只規(guī)定，模擬試件中板試件的厚度用不著超過(guò)50 mm。至于尺寸和形狀規(guī)范都沒(méi)有限制，只要能模擬實(shí)際產(chǎn)品上管孔的排列，布置下10個(gè)模擬焊縫就行。10段管試件的長(zhǎng)度也沒(méi)有要求，不影響要求的試驗(yàn)項(xiàng)目就行。

規(guī)范還提到了復(fù)合管板的情況，指出可以用與復(fù)合管板復(fù)層材料化學(xué)成分基本相同 （essentially equivalent）的整塊母材代替。對(duì)于本產(chǎn)品就是可以用整塊UNSN08825鎳基合金 （板或鍛件）代替碳鋼表面上堆焊鎳基合金耐蝕層的復(fù)合板試件。但從經(jīng)濟(jì)因素考慮，當(dāng)然不會(huì)這樣做。

5.2 焊接工藝評(píng)定試件的檢驗(yàn)

對(duì)于焊接完成的管-管板模擬工藝評(píng)定試件，ASME規(guī)范要求進(jìn)行3項(xiàng)檢驗(yàn)。

QW-193.1.1：目視檢驗(yàn)。要求完全熔合，不得把管壁焊穿，不得有裂紋和氣孔。

QW-193.1.2：液體滲透劑檢驗(yàn)。要求達(dá)到QW-195.2的合格標(biāo)準(zhǔn)。

QW-193.1.3：宏觀檢驗(yàn)。要求最短（?。┬孤┩ǖ溃ê穸龋┻_(dá)到設(shè)計(jì)要求；無(wú)裂紋，焊縫與管子和管板都完全熔合，接頭根部焊縫熔深不小于0.4 mm，不得因存在氣孔使角焊縫厚度降低到設(shè)計(jì)要求的最短泄漏通道值以下。

對(duì)于前兩項(xiàng)檢驗(yàn)無(wú)須多說(shuō)。對(duì)第3項(xiàng)，即宏觀檢驗(yàn)需做一些討論。

QW-193.1.3規(guī)定，模擬焊縫應(yīng)通過(guò)管子中心切剖開，以進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)。應(yīng)把4個(gè)剖切后暴露出來(lái)的剖面磨平，然后再浸蝕 （浸蝕劑見QW-470），使焊縫和熱影響區(qū)清晰地顯露出來(lái)。用10～20倍放大鏡對(duì)橫剖面進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)達(dá)到上述各項(xiàng)要求。

這段規(guī)定只明白無(wú)誤地表示清楚了兩點(diǎn)要求，即通過(guò)管子中心切剖，檢驗(yàn)4個(gè)剖切面。還有以下一些問(wèn)題，規(guī)范并沒(méi)有強(qiáng)制規(guī)定。

（1）切剖幾個(gè)模擬焊縫？規(guī)范原文 “焊縫”一詞用的是復(fù)數(shù) （welds）。所以肯定不能只切剖一個(gè)。剖切的焊縫數(shù)量最少應(yīng)滿足得到4個(gè)檢驗(yàn)面的要求。再多切，甚至把10個(gè)模擬焊縫都切剖開，規(guī)范也不限制。

（2）一個(gè)模擬焊縫是沿管子中心切剖一刀，切成兩半，還是相互垂直切剖兩刀，切成4份？規(guī)范沒(méi)有規(guī)定。切成兩半或切成4份都不違背規(guī)范規(guī)定。如果切成4份，切剖一個(gè)模擬焊縫就能得到規(guī)范要求的4個(gè)檢驗(yàn)面，甚至還有余。但根據(jù)前面（1）的分析，這肯定不行。如果切剖成4份，就至少須切剖2個(gè)模擬焊縫。每個(gè)模擬焊縫對(duì)開，切剖成兩半，顯然比切剖成4份容易。如切成兩半，至少要切剖4個(gè)模擬焊縫，才能湊夠要求的4個(gè)檢驗(yàn)面。在滿足對(duì)檢測(cè)面數(shù)量要求、切剖最少數(shù)量模擬焊縫的前提下，切成4份，只能對(duì)一個(gè)、最多2個(gè)模擬焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)；如果對(duì)開切成兩半，切剖4個(gè)，就至少可以檢驗(yàn)4個(gè)模擬焊縫。所以，從檢驗(yàn)深度看，對(duì)開切成兩半要比切成4份好。

（3）切剖部位，即切剖焊縫從10個(gè)模擬焊縫中如何選？ASME規(guī)范沒(méi)有規(guī)定。由評(píng)定者隨意選。切剖的焊縫也不一定必須鄰近，相互隔開也許更能反映焊縫質(zhì)量。也沒(méi)有切剖開的焊縫部分中有兩塊必須連在一起的要求。

（4）切剖方位，即如果模擬評(píng)定試件中的板試件呈矩形或正方形，切剖方向是垂直于板試件的某一邊，還是垂直于哪一邊？對(duì)此ASME規(guī)范也沒(méi)有特別規(guī)定。怎樣做都行。甚至于相對(duì)于板試件的棱邊呈任意角度斜切也不與規(guī)范規(guī)定沖突。

對(duì)于管-管板接頭焊接工藝評(píng)定，不少人頭腦中可能已經(jīng)從我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)[13]中形成了固定成見。上面討論的4點(diǎn)有助于打開思路，跳出成見。

（5）不管把一個(gè)模擬焊縫切成兩半，還是4份，一刀下來(lái)肯定形成兩個(gè)暴露面，這成對(duì)的兩個(gè)暴露面是算做兩個(gè)有效檢驗(yàn)面呢，還是只能算一個(gè)呢？

筆者意見只能算一個(gè)。切剖模擬管焊縫，無(wú)非兩種方法。一是采用線切割技術(shù)，這種方法切口寬度很小，可以忽略不計(jì)，一次切剖形成的兩個(gè)暴露面實(shí)際上是同一位置，所以只能算一個(gè)。如果采用傳統(tǒng)的刀具切剖法，切口一般較寬，不能忽略。這時(shí)為保證一個(gè)剖切面通過(guò)管子中心，另一個(gè)剖切面肯定不會(huì)也通過(guò)管子中心。這樣就不符合規(guī)范的要求，所以也不能當(dāng)檢驗(yàn)剖面使用。

（6）如果一個(gè)模擬焊縫切剖成兩半，一個(gè)檢驗(yàn)面上就有兩處焊縫剖面。那么QW-193.1.3要求的那些檢驗(yàn)項(xiàng)目在二者中哪一個(gè)上進(jìn)行呢？規(guī)范既然連切成兩半還是切成4份都沒(méi)有規(guī)定，自然對(duì)這個(gè)問(wèn)題更沒(méi)法規(guī)定了。筆者意見是，兩處焊縫都檢驗(yàn)，記錄其中質(zhì)量 “欠得多”或 “盈余少”的那一處焊縫的檢驗(yàn)結(jié)果。例如一個(gè)檢驗(yàn)面上，兩處焊縫的泄漏通道 （厚度）值不同，一處大，另一處小，當(dāng)然應(yīng)該記錄其中較小的值。這個(gè)較小值可能已經(jīng)滿足了設(shè)計(jì)要求，那么較大值更滿足要求。還有一種可能，就是那個(gè)較大值滿足了設(shè)計(jì)要求，而較小值卻沒(méi)有。這種情況下，難道能記錄較大值，而隱瞞較小值嗎？顯然不能。

（7）如果按4份切剖，切剖兩個(gè)模擬焊縫?；螂m然只切剖成兩半，但切剖夠需要的4個(gè)模擬焊縫，還額外多切剖了幾個(gè)。這樣除了要求的4個(gè)檢驗(yàn)面外，就還會(huì)有剩余的切剖面。在這種情況下，是對(duì)所有剖切開的暴露面都檢驗(yàn)?zāi)?，還是只隨機(jī)選取其中的4個(gè)進(jìn)行檢驗(yàn)。筆者的意見是，全數(shù)檢驗(yàn)，但只記錄其中4個(gè)質(zhì)量 “欠得多”或 “盈余少”的焊縫的檢驗(yàn)結(jié)果。理由是，如果不多切，規(guī)定檢驗(yàn)4個(gè)剖切面，就切剖出4個(gè)，一個(gè)也不多切。這時(shí)盡管檢驗(yàn)的也是4個(gè)剖切面，但因?yàn)槟?個(gè)切剖面是隨意選擇的，其余沒(méi)有切剖開的焊縫質(zhì)量情況，檢驗(yàn)者一點(diǎn)也不知道，符合 “隨機(jī)抽樣”原理。多切的情況就不同了。只要切剖開，質(zhì)量就等于看到了，就不是隨機(jī)抽取了。極端一點(diǎn)，如果剖切開的暴露面上明顯有一處根部未焊透，能視而不見嗎？顯然不能。

5.3 工藝評(píng)定的變數(shù)及控制

管-管板接頭焊接工藝評(píng)定需控制的變數(shù)及控制范圍見QW-388.1，而且都是重要變數(shù)[3]。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）在ASME規(guī)范體系中，第Ⅸ卷[3]屬于公用卷，各建造卷中如有關(guān)于焊接工藝評(píng)定和焊工技能評(píng)定的規(guī)定，應(yīng)優(yōu)先于第Ⅸ卷的要求執(zhí)行，如本文涉及的管-管板接頭的評(píng)定。

（2）ASME規(guī)范涉及范圍很廣，同一問(wèn)題常常涉及許多規(guī)范條文中，但絕不重復(fù)，而是相互關(guān)聯(lián)，互為補(bǔ)充的。應(yīng)用時(shí)必須把它們之間的脈絡(luò)搞清楚。如本文涉及的管-管板接頭焊接工藝評(píng)定問(wèn)題，相關(guān)規(guī)范條文間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 換熱器類產(chǎn)品管-管板接頭焊接工藝評(píng)定涉及的規(guī)范條文間關(guān)系

（3）即使對(duì)ASME規(guī)范很熟悉，每次應(yīng)用規(guī)范解決具體問(wèn)題也須認(rèn)真閱讀規(guī)范，仔細(xì)對(duì)照。否則就有可能漏掉幾項(xiàng)要求控制的變數(shù)，何況規(guī)范每年都在修改。本文是一個(gè)應(yīng)用規(guī)范解決具體問(wèn)題的實(shí)際例子。

[1] ASME Code,SectionⅧ,Division 2.Rules for construction of pressure vessels：Alternative rules[S] .2010 Edition with 2011 Addenda.ASME,New York.

[2] SA-266/SA-200M.Specifications for carbon steel forgings for pressure vessels[S] .In ASME Code,Section II,Part A.2010 Edition with 2011 Addenda.ASME,New York:417-421.

[3] ASME Code.SectionⅨ.Qualification standard for welding and brazing procedures,welders,brazers,and welding and brazing operators[S] .2010 Edition with 2011 Addenda.ASME,New York.

[4] ASTM E527.Standard practice for numbering metals and alloys[S] .2003 Edition.

[5] SFA-5.11/SFA-5.11M.Specification for nickel and nickel-alloy welding electrodes for shielded metal arc welding[S] .In ASME Code,Section II,Part C.2010 Edition with 2011 Addenda.ASME,New York:279-308.

[6] SFA-5.14/SFA-5.14M.Specification for nickel and nickel-alloy bare welding electrodes and rods[S] .In ASME Code,Section II,Part C.2010 Edition with 2011 Addenda.ASME， New York： 341-359.

[7] SB-423.Specification for nickel-iron-chromiummolybdenum-copper alloy (UNS N08825 and N08221)seamless pipe and tube[S] .In ASME Code,Section II,Part B.2010 Edition with 2011 Addenda.ASME,New York：589-592.

[8] SB-424.Specification for Ni-Fe-Cr-Mo-Cu alloy(UNS N08825 and UNS N08221) plate,and strip[S] .In ASME Code,Section II,Part C.2010 Edition with 2011 Addenda.ASME,New York：593-603.

[9] SB-425.Specification for Ni-Fe-Cr-Mo-Cu alloy (UNS N08825 and UNS N09221)rod and bar[S] .In ASME Code,Section II,Part C.2010 Edition with 2011 Addenda.ASME,New York:605-611.

[10] SB-704.Specification for welded UNS N06625,UNS N06219,and UNS N08825 alloy tubes[S] .In ASME Code,Section II,Part C.2010 Edition with 2011 Addenda.ASME,New York:1003-1004.

[11] AB-705.Specification for nickel alloy (UNS N06625,N06219 and N08825)welded pipe[S] .In ASME Code,Section II,Part C.2010 Edition with 2011 Addenda.ASME,New York:1005-1007.

[12] 中國(guó)石化集團(tuán)，洛陽(yáng)石油化工工程公司.70BJ010-2011.鉻鋼復(fù)合鋼板制壓力容器制造及驗(yàn)收技術(shù)條件 [S] .

[13] ASME Code,SectionⅨ.Qualification standard for welding and brazing procedures,welders,brazers,and welding and brazing operators[S] .1989 Edition.ASME,New York.

[14] 國(guó)家能源局.NB/T 47014-2011.承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定[S] .2011.