NBT 47014-2011《承压设备焊接工艺评定》标准中的复合材料评定(修改).doc

NB/T 47014-2011承压设备焊接工艺评定标准中的复合材料评定（待修改）靳茂明（江苏省特种设备安全监督检验研究院，210003，南京）摘要：。关键词：复合材料；复合层；工艺评定；承压设备；试件；化学成分Composite metal material Qualification of NB/T 47014-2011Welding procedure qualifications for pressure equipmentsJin Maoming (Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute, Nanjing 210000, China)Abstract:.Key words: Composite metal material;clad metal; Welding procedure Qualification; Pressure vessel;Welding coupon; Chemical composition1. 概念的统一 规定“复合层”、“复层”、“覆层”在复合材料评定标准中为相同概念，都表示为复合金属材料中耐腐蚀层和耐磨层的金属板材或堆焊层，以及连接它们的焊缝堆焊层（包括过渡层焊接）。本标准中的复合材料焊接工艺评定是指耐腐蚀复合金属材料的焊接工艺评定。2. 复合金属材料焊接工艺评定中的焊接工艺数量在复合材料焊接接头中，工艺评定时对每种焊接工艺都应考虑，包含以下几个焊接工艺：基层与基层之间的焊接工艺复层与复层之间的焊接工艺（包括过渡层焊接工艺）基层与其他零件的焊接工艺复层与其他零件的焊接工艺3. 复合层之间焊接的本质从ASME第IX卷相关内容和47014-2011的C.2.3和C.3.2条的规定，都表明了复合材料对接接头的评定包括基材焊缝的力学性能评定和复合层的化学成分分析评定，当复合层计入强度计算时，应使用复合材料试件对焊缝（包括复合层焊缝）的力学性能进行评定，当复合层材料不计入强度计算时，可以不使用复合材料试件，只需要对基层焊缝进行力学性能评定。复合层与复合层之间的焊接，本质上就是耐蚀堆焊焊接工艺，但细节上又不完全等同47014-2011中的“耐蚀堆焊工艺评定”，“耐蚀堆焊工艺评定”中的耐蚀堆焊是在母材表面上实施焊接，而复层焊接是在基材焊缝表面上实施堆焊，因此，基材的焊缝金属才是影响复层化学分析评定的因素。根据耐蚀堆焊工艺评定规定，当母材类别改变时应重新评定，所以如何建立焊缝金属（即焊接材料）的化学成分分类成为关键。由于我国对焊材按化学成分分类没有完整的分类体系，所以以焊材化学成分分类来建立复合层堆焊的评定标准暂不可行。但在NB/T 47014-2011中焊材的分类方法与母材的分类方法基本相同，其化学成分和性能基本上与母材相匹配，所以可以规定具有相同数字代号的母材类别和焊材类别属于相同材料类别。在实际焊接中是有可能出现基材类别和基材焊缝金属类别不相同的情况的，这时用基材的耐蚀堆焊评定是不能验证在焊缝金属上的堆焊，同时在这种情况下，如果复合比很大或无法预先开坡口，堆焊过程可能同时在基材焊缝和基材母材上实施，则可能需要两个耐蚀堆焊评定来分别满足焊缝金属和基层母材。基层和复层的焊接次序改变应该重新评定,这应该是没有争议的结论。先焊基材情况下，如果完成基层焊接的最后一道焊缝的焊接材料类别与过渡层或耐蚀层焊材类别相同，则化学成分分析评定可以免做。特殊情况时，这种焊接方法是可能存在的。4. 基层母材的评定范围和复层化学成分分析当复合层厚度计入强度计算时，ASME第IX卷QW-217中规定“工艺评定试验，在基层P-No. 、复层材料、焊接方法以及与之相匹配的填充金属等方面，应和产品焊接所采用的一样”，即：产品基材和试件基材应是同一类别材料、产品复层材料和试件复层材料应是相同材料、填充材料也应是相同材料。ASME对基层材料限制为相同类别以及限制复层材料和焊接材料为相同，是跟“耐蚀堆焊工艺评定”中的基材评定规则相一致的，这也是要求使用同一试件对基层和复层进行力学性能评定的必然结果。而堆焊层的化学成分分析评定，则可以由一个合格的耐蚀堆焊工艺评定来保证，也可以在复合材料试件上进行。原JB4708-2000中对化学成分分析没有要求，47014-2011中C.2.3对化学成分分析做出要求，而且无论复层是否参与强度计算都是强制要求。5. 复合金属材料焊接工艺评定附加要求表1是复合金属材料焊接工艺评定和焊接工艺中应考虑的、但标准中又未明确的内容，仅供讨论。 复合金属材料焊接评定附加要求（仅供参考） 表1基本要求所有“对接焊缝和角焊缝工艺评定”和“耐蚀堆焊的工艺评定”中适用的要求都要符合。复合层化学成分分析评定试件要求1）可以使用“耐蚀堆焊的工艺评定”试件，但应保证产品基材焊缝金属与堆焊评定的基材为相同材料类别；也可以使用复合材料对接焊缝试件，当使用复合材料试件时，可按“耐蚀堆焊的工艺评定”中的测定方法， 只需进行化学成分分析。2）先焊基材情况下，对于焊接基材的最后完成的焊缝，如果焊接材料与过渡层或耐蚀层的焊接材料是同一类别，则化学成分分析可以免做。3）基材有热处理要求的，化学成分分析评定应在热处理后进行。堆焊材料试件堆焊材料应与复层材料相匹配，化学成分符合产品技术要求，评定范围按“耐蚀堆焊的工艺评定”要求。产品复层厚度产品复层厚度应堆焊层评定的最小厚度或复合材料试件的化学成分分析评定的最小厚度力学性能评定（复层不参与强度计算）试件要求1）允许不使用复合金属材料试件进行力学性能评定，如使用复合金属材料试件进行力学性能评定，力学性能评定应是包括复合层焊缝在内的全厚度试样。但两种方法都应保证基材焊缝金属有合格的耐蚀堆焊工艺评定。注12）化学成分分析评定可以在复合材料试件上进行，也可以由一个合格的耐蚀堆焊评定来保证。基层-基层焊接工艺评定产品基层材料按“对接焊缝工艺评定”要求，但应保证基层焊缝金属有合格的耐蚀堆焊工艺评定。（注：按ASME IX和47014-2011规定，其隐含条件为产品和试件的基层材料应为相同类别材料，但这并不能保证任何情况下基层焊缝金属上有合格的耐蚀堆焊评定）产品基层厚度最小值和最大值按“对接焊缝工艺评定”中的要求，在力学性能评定试件基层厚度评定范围之内，且不小于“耐蚀堆焊的工艺评定”中堆焊基材评定的最小值，即：T25mm时，最小覆盖厚度为T；当T25mm时，最小覆盖厚度为25mm，T为耐蚀堆焊试件基材厚度或进行化学成分分析的复合材料试件的基材厚度。复层-复层焊接工艺评定产品复层材料不作为评定因素，只要保证复层焊缝有合格的化学成分分析评定。产品复层厚度产品复层的厚度化学成分分析评定的最小厚度基层-其他零件焊接工艺评定按“对接焊缝和角焊缝工艺评定”要求。复层-其他零件焊接工艺评定不作为评定因素力学性能评定（复层参与强度计算）试件要求1）必须使用复合金属材料试件对基材和复材进行力学性能评定。2）化学成分分析评定可以在复合材料试件上进行，也可以由一个合格的耐蚀堆焊评定来保证。基层-基层焊接工艺评定产品基层材料按“对接焊缝工艺评定”要求，但产品基层材料和试件基层材料应是相同类别的材料，基层的焊接材料也应是相同类别的焊材。（注：ASME IX规定为基材为相同类别材料，焊材为完全相同的焊材。）产品基层厚度同复层不参与强度计算时复层-复层焊接工艺评定产品复层材料产品复层材料和试件复层材料应是完全相同材料，堆焊层（包括过渡层）也应是完全相同的焊材。产品复层厚度产品复层的厚度化学成分分析评定的最小厚度基层-其他零件焊接工艺评定按“对接焊缝和角焊缝工艺评定”要求。复层-其他零件焊接工艺评定按“对接焊缝和角焊缝工艺评定”要求。注1：对于复层不参与强度计算时，如果采用复合材料试件进行评定，在进行力学性能试验时，按NB/T 47016-2011承压设备产品焊接试件的力学性能检验规定应将复层焊缝刨去，本人认为这样做首先是违背标准本意的，无论是ASME 还是47014都明确规定可以按复层参与强度计算时的评定方法，没有规定一定要去除复合层焊缝后再进行力学性能。第二，对于复层焊缝参与的拉伸试验，标准中已经对抗拉强度的合格指标进行了公式修正，只要复合材料拉伸试样的抗拉强度大于修正后的抗拉强度指标，就可以认为基层母材的抗拉强度也得到合格验证。第三，如果刨去复层焊缝后再进行力学性能试验，那么所进行的评定同非复合层材料进行的对接评定没有本质区别，而根据本文的观点，用这种刨去复层焊缝所评定的“PQR”并不形成一个有效地复合金属材料的PQR。6. 一个合格的复合材料焊接工艺评定的形成（PQR）一个合格的复合材料PQR应是仅指使用复合材料试件进行力学性能和化学成分分析评定的PQR,其中化学成分分析可以在复合材料试件上进行，也可以由一个合格的耐蚀堆焊PQR进行验证，所以一个合格的复合材料PQR还应包含一个化学成分分析报告或一个耐蚀堆焊的PQR。对于使用非复合材料试件的对接焊缝评定和耐蚀堆焊评定组合而成的复合材料焊接工艺，属于编制焊接工艺规程，不形成有效地PQR。7. 一个合格的复合材料产品焊接工艺规程的形成（WPS或焊接工艺卡）7.1 复层不参与强度计算时：1）基材力学性能评定：可由一个对接焊缝PQR验证或由一个复合材料试件的PQR验证。2）化学成分分析评定：可由一个耐蚀堆焊PQR验证或由一个复合材料试件的PQR验证。3）厚度范围：按表1中的要求。7.2 复层参与强度计算时：1）基材和复合层力学性能评定：只能由一个复合材料试件的PQR进行验证。2）化学成分分析评定：可由一个耐蚀堆焊PQR验证或由一个复合材料试件的PQR验证。3）厚度范围：按表1中的要求。8 总结文中观点和认识难免有认识上的误区，仅供探讨和参考，实际执行标准时应按标准原文或标准释义。参 考 文 献1 GB/T 20001.1-2001标准编写规则 第2部分：术语2 GB/T 1.1-2009标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写3 GB/T 10112-1999术语工作 原则与方法4 GB/T 16785-1997术语工作 概念与术语的协调5 GB/T 15237.1-2000 术语工作 词汇 第1部分：理论与应用6 GB/T3375-1994焊接术语7 BS EN 288-3:1992/A1:1997金属材料焊接工艺评定 第3部分 钢的弧焊焊接工艺试验（中文版）8 ISO 15614-1-2004金属材料焊接工艺规范和鉴定 第1部分 钢的电弧焊和气焊与镍及镍合金的电弧焊(中文版/英文版)9 GB/T 19869.1-2005钢镍及镍合金的焊接工艺评定试验（等同采用ISO 15614-1-2004第1部分）10 ISO 15614-7-2007金属材料焊接工艺规范和评定 第7部分：堆焊（中文版）11 ISO 15614-8-2002金属材料焊接工艺规范和评定 第8部分：管子及管板的焊接(中文版)12 JIS B8285-1993 压力容器焊接工艺评定试验(中文版)13 ASME 第IX卷 焊接和钎焊评定（2007版、2010版,中文版/英文版）14 NB/T 47014-2011承压设备焊接工艺评定15 NB/T 47014-2011承压设备焊接工艺评定（宣贯大纲）16 JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定标准释义17 JB4420-1989锅炉焊接工艺评定18蒸汽锅炉安全技术监察规程（1996年）19 GB151-1999管壳式换热器20 郭晶,张寿增.复合钢板焊接工艺评定.石油化工设备,1999年,第5期21 姜洪生,张汉谦,从郁,王国栋.模拟焊后热处理对12Cr2Mo1R厚钢板冲击性能的影响.金属热处理,2009年,第4期.22 吴艳阳,温冰,牛红星,张萌.模拟焊后热处理制度临氢12Cr2Mo1R钢板性能的影响.宽厚板,2012年,第一期.23