ASME規(guī)范中WPS和PQR的編制

劉思賢

中國化學(xué)工程集團(tuán)公司第十一建設(shè)有限公司 河南開封 475002

ASME規(guī)范中WPS和PQR的編制

劉思賢

中國化學(xué)工程集團(tuán)公司第十一建設(shè)有限公司 河南開封 475002

結(jié)合ASME第Ⅸ卷，從WPS和PQR的基本定義出發(fā)，論述了WPS和PQR的編制原則，探討了WPS和PQR之間的關(guān)系。

ASME WPS PQR

1 前言

焊接工藝評定是機(jī)械安裝工程施工中焊接的指導(dǎo)性文件，沒有焊接工藝評定任何焊接都可以認(rèn)為是不可以接受的。但是怎么樣根據(jù)ASME規(guī)范來制定焊接工藝評定呢？筆者根據(jù)自己的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合ASME規(guī)范第Ⅸ卷對WPS的編制過程進(jìn)行了總結(jié)和歸納。

2 焊接工藝評定

2.1 焊接工藝規(guī)程（WPS）

焊接工藝規(guī)程（WPS）是為制造符合規(guī)范要求的產(chǎn)品焊縫而提供指導(dǎo)的、經(jīng)過評定的焊接工藝文件。制造者或承包者采用的任一WPS，應(yīng)是他們按ASME第Ⅸ卷第Ⅱ章規(guī)章規(guī)定進(jìn)行過評定的WPS，或是按照ASME第Ⅸ卷第Ⅴ章規(guī)定采用附錄E所列AWS標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝規(guī)程（SWPS）。

一份完整的WPS應(yīng)述及在WPS中所采用的對每一種焊接方法而言的所有重要變素、非重要變素和當(dāng)需要時的附加重要變素，以及支持此WPS的PQR文件。

重要變素是指當(dāng)改變這種變素時,焊件的力學(xué)性能就要受到影響，因此需要WPS重新評定。非重要變素是指當(dāng)改變這種變素時，WPS無需作重新評定。ASME規(guī)范第Ⅸ卷中章節(jié)QW-250對各種焊接方式的重要變素、附加重要變素以及非重要變素作了詳細(xì)的表述。

2.2 工藝評定記錄（PQR）

工藝評定記錄（PQR）是試件焊接時所用焊接數(shù)據(jù)的記錄。PQR是焊接試件時記載焊接變素的記錄，它同時記有試樣的試驗(yàn)結(jié)果。記載下來的變素一般應(yīng)在實(shí)際焊接生產(chǎn)所用變素的窄小范圍之內(nèi)。

一份完整的PQR應(yīng)包含多項內(nèi)容，對每一種焊接方法，應(yīng)記載下用于試件焊接時的全部重要變素和當(dāng)需要時的附加重要變素。試件焊接時的非重要變素和其它變素記載與否，視制造者或承包商的選擇而定。所有被記載下來的變素，都應(yīng)當(dāng)是用于試件焊接的實(shí)際變素（包括變素范圍）。除此之外，PQR的支持資料中還要包括試件的無損檢測和機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)的報告，以及母材、焊材和焊工的證明材料等。

制造者或承包者要對PQR進(jìn)行確認(rèn)，這項工作不允許轉(zhuǎn)包給別人去做。除特殊情況外，一般PQR是不允許更改的，但對PQR進(jìn)行編輯上的更改和補(bǔ)充則是允許的。制造商與承包商對PQR的所有變更都要進(jìn)行再鑒證（包括日期）。由于PQR是支持WPS的文件，它應(yīng)能被隨時提供授權(quán)檢驗(yàn)師（AI）查閱。一件WPS可能要求多件PQR支持。反之，一件PQR也可能支持多件WPS。

2.3 焊接工藝評定的范圍

施焊下列各類焊縫的焊接工藝必須根據(jù)ASME第Ⅷ卷規(guī)定進(jìn)行焊接工藝評定：受壓件之間的焊接；非受壓的承載零件與受壓件之間的焊接；非受壓和非承載的零件與受壓件之間的焊接方法采用手工、機(jī)械或半自動者。

2.4 焊接工藝評定試驗(yàn)項目

焊接工藝評定試驗(yàn)的具體項目包括：焊縫外觀檢測，拉伸試驗(yàn)，導(dǎo)向彎曲試驗(yàn)，缺口韌性試驗(yàn)，射線透照檢測，滲透檢測等。

2.5 試件厚度與焊件厚度

進(jìn)行坡口焊縫拉伸試驗(yàn)和橫向彎曲試驗(yàn)的試件厚度與焊件厚度的范圍要求見表1（ASME第Ⅸ卷QW-451.1）。

進(jìn)行坡口焊縫拉伸試驗(yàn)和縱向彎曲試驗(yàn)的試件厚度與焊件厚度的范圍要求見表2（ASME第Ⅸ卷QW-451.2）。

2.6 材料的分組

對母材指定P-No.是為了減少焊接工藝評定的數(shù)量，而對于具有規(guī)定沖擊試驗(yàn)要求的鐵基金屬材料，在P-No.下再指定組號。這種分組主要是根據(jù)母材的特性，例如成分、焊接性和力學(xué)性能等進(jìn)行類比來進(jìn)行。在實(shí)際應(yīng)用中要從冶金性能、焊后熱處理、設(shè)計、力學(xué)性能和使用要求等觀點(diǎn)來考慮其適配性。

表1 坡口焊縫拉伸試驗(yàn)和橫向彎曲試驗(yàn)

表2 坡口焊縫拉伸試驗(yàn)和縱向彎曲試驗(yàn)

根據(jù)ASME第Ⅸ卷QW-420,將材料按表3所示進(jìn)行了分組。

表3 材料的分組

2.7 WPS和PQR的格式及填寫

ASME第Ⅸ卷非強(qiáng)制性附錄B焊接和釬焊附表中QW-482及QW-483分別給出了WPS和PQR的推薦格式，但是WPS和PQR沒有固定的格式，只要ASME第Ⅸ卷中QW-250中所要求的每一個重要變素、非重要變素和當(dāng)需要時的附加重要變素都被包括無遺或被提及即可。

總體而言，國內(nèi)一些機(jī)構(gòu)與學(xué)者致力于引介漢學(xué)研究成果，為我們換個鏡子認(rèn)識自身做出了卓越貢獻(xiàn)。但漢學(xué)或者說新漢學(xué)中的政治學(xué)研究，對于國內(nèi)學(xué)界而言，仍然是新生事物，零星的介紹成果不少，但系統(tǒng)的梳理與完整的解讀，仍然非常不夠。我們將時間切片設(shè)置為1年，時間跨度選擇2008—2018年，Node types選擇為“author”，最終得到該領(lǐng)域高產(chǎn)作者結(jié)果。具體地說，在國內(nèi)政治學(xué)界，專注于評介海外新漢學(xué)中的中國政治研究成果的作者，根據(jù)發(fā)文量由高到低，前五位的作者依次是路克利、梁怡、韓強(qiáng)、朱政惠、劉杉。

根據(jù)試驗(yàn)的過程及結(jié)果填寫WPS和PQR。

3 產(chǎn)品焊接工藝的編制

焊接工藝是承壓設(shè)備焊接的規(guī)定性工藝文件，帶有一定的強(qiáng)制性，其一般要求是：

（1）正確性：焊接工藝的正確性是指焊接工藝本身的各項要求，如坡口形式及尺寸、焊接方法選用、焊材選擇、焊接順序、焊接工藝參數(shù)、預(yù)熱溫度、焊后消氫、焊后熱處理、工藝裝備、操作要點(diǎn)等，均應(yīng)符合焊接的基本規(guī)則，符合工廠的生產(chǎn)實(shí)際；

（2）完整性：焊接工藝的完整性有兩層含義，一是對某一產(chǎn)品而言，應(yīng)包含受壓元件之間的焊縫，以及與受壓元件相焊的焊縫均應(yīng)制定焊接工藝，否則就認(rèn)為不完整。另一含義是對某一工藝卡而言，對某個節(jié)點(diǎn)所需的焊接工藝參數(shù)、施焊要點(diǎn)、工藝裝備等均應(yīng)列出；

（3）有效性：焊接工藝有效性，就是能夠指導(dǎo)焊接施工，在施焊過程中得到貫徹。

3.1 焊接坡口的確定

（1）焊接坡口包括坡口形式和尺寸。通常坡口形式有V型、U型等；

（2）坡口尺寸包括坡口角度、鈍邊、根部間隙。設(shè)計焊接坡口的類型必須符合產(chǎn)品設(shè)計的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，還要考慮母材的厚度、焊接特性、結(jié)構(gòu)的剛性、焊接應(yīng)力、焊接方法的特點(diǎn)及其熔深。對于奧氏體不銹鋼的焊接，還要注意坡口形式和尺寸對抗腐蝕性能的影響。

3.2 填充金屬的選用

填充金屬的選用原則：應(yīng)根據(jù)母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能，并結(jié)合壓力容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用條件及焊接方法綜合考慮選用填充金屬,必要時通過試驗(yàn)確定。填充金屬的性能應(yīng)高于或等于相應(yīng)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的下限或滿足圖樣規(guī)定的技術(shù)條件要求。

3.3 焊前預(yù)熱

（2）不同鋼號相焊時，預(yù)熱溫度按預(yù)熱溫度較高的鋼號選取。

3.4 焊接參數(shù)

影響材料焊接工藝性的主要參數(shù)有：焊接電流、焊接電壓及焊接速度等，它們對焊接過程的穩(wěn)定性、稀釋率、焊道形狀和熔敷效率、焊縫化學(xué)成分及組織的穩(wěn)定性有直接影響。

焊接電流增大時（其他條件不變）,焊縫的熔深和余高均增大，熔寬沒多大變化（或略為增大）。這是因?yàn)椋?/p>

（1）電流增大后，工件上的電弧力和熱輸入均增大，熱源位置下移，熔深增大。熔深與焊接電流近于成正比關(guān)系；

（2）電流增大后，焊絲熔化量近于成比例地增多，由于熔寬近于不變，所以余高增大；

（3）電流增大后，弧柱直徑增大，但是電弧潛入工件的深度增大，電弧斑點(diǎn)移動范圍受到限制，因而熔寬近于不變。焊縫成形系數(shù)則由于熔深增大而減少。熔合比亦有所增大；

（4）在其他條件不變的條件下，增加電流即增加了熱輸入量，從而使熔深增加。在焊縫中心晶粒因緩冷而形成粗大的柱狀晶，降低了焊縫金屬的塑性，并因晶粒粗大導(dǎo)致焊縫金屬的韌性降低，強(qiáng)度也隨之降低，同時伴隨著一些合金元素的燒損，飛濺大，使得焊縫易出現(xiàn)焊接缺陷，例如燒穿、咬邊。焊接電流過小，電弧不穩(wěn)定，容易造成一些焊接缺陷，例如未焊透、未熔合、夾渣，且降低生產(chǎn)效率；

（5）電弧電壓隨弧長而異。電弧電壓增大后，電弧功率加大，工件熱輸入有所增大；同時弧長拉長，分布半徑增大，因此熔深略為減少而熔寬增大。余高減少，這是因?yàn)槿蹖捲龃?，焊絲熔化量卻稍有減少所致。母材的熔合比亦有所增大；

（6）焊接電壓對熔深、外表成形及母材稀釋率的影響也很大。當(dāng)其他條件不變時，增加焊接電壓而熱輸入量增加，這增加母材的稀釋率。但當(dāng)電壓過高時，焊接電流值不能保證，電弧失去穩(wěn)定，濺渣量激增，同時會造成空氣入侵，這時會形成夾渣等缺陷；電壓過低，焊絲存在粘連母材現(xiàn)象，且焊接過程變得很不穩(wěn)定，易產(chǎn)生焊瘤。一般情況下應(yīng)控制弧長不超過焊條直徑；

（7）焊接速度提高時熱輸入量減少，使熔深、熔寬有所降低，余高也減少。焊速太快，會造成咬邊、未熔合；焊速太慢，會造成漫溢；

（8）焊接速度的高低是焊接生產(chǎn)率高低的重要指標(biāo)之一。從提高焊接生產(chǎn)率考慮，措施之一是提高焊速。要保證給定的焊縫尺寸，則在提高焊接速度時要相應(yīng)地提高焊接電流和焊接電壓，這三個量是相互聯(lián)系的；

（9）大功率電弧高速焊時，強(qiáng)大的電弧力把熔池金屬猛烈地排到尾部，并在那里迅速凝固，熔池金屬沒有均勻分布在整個焊縫寬度上，形成咬邊。這種現(xiàn)象限制了焊速的提高。采用雙絲焊或多弧焊可進(jìn)一步提高焊速，并可防止上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.5 焊后熱處理

（1）受壓容器及其部件，根據(jù)母材的化學(xué)成分、焊接性能、厚度、焊接接頭的拘束程度、容器使用條件，當(dāng)符合ASME C分卷的有關(guān)篇中要求進(jìn)行焊后熱處理者，應(yīng)當(dāng)按UW-40的規(guī)定進(jìn)行焊后熱處理；

（2）不同鋼號相焊時，焊后熱處理規(guī)范應(yīng)按焊后熱處理溫度要求較高的鋼號執(zhí)行，但溫度不應(yīng)超過兩者中任一鋼號的下臨界點(diǎn)。非受壓元件與受壓元件相焊時,應(yīng)按受壓元件的焊后熱處理規(guī)范。

（3）焊后熱處理溫度以在焊件上直接測量為準(zhǔn)，在整個熱處理過程中應(yīng)當(dāng)連續(xù)記錄。

4 WPS和PQR之間先后關(guān)系的探討

WPS是ASME規(guī)范產(chǎn)品焊接工藝的規(guī)定，在制作ASME規(guī)范產(chǎn)品時，WPS必須分發(fā)到施工現(xiàn)場，提供給有資格的焊工，指導(dǎo)他們按ASME規(guī)范的要求施焊，制作出滿足ASME規(guī)范要求的焊接接頭。PQR是按某一WPS焊制工藝評定試板以及繼后的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果的實(shí)況記錄。PQR不與焊工見面，但它記錄了試驗(yàn)實(shí)況與結(jié)果，證實(shí)了按某一WPS施焊能夠得到是否具備預(yù)期力學(xué)性能的焊件。由此可見，如果WPS沒有PQR的支持，焊接接頭的力學(xué)性能就沒有保證，而沒有PQR支持的WPS絕不可用于ASME規(guī)范產(chǎn)品的焊接。所以在ASME體系中，WPS與PQR密切相關(guān)，相輔相成，是不可分割的兩部分。只有當(dāng)二者有機(jī)地結(jié)合在一起時，才能有效保證規(guī)范產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

在實(shí)際的工作中，筆者根據(jù)自己的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對WPS和PQR產(chǎn)生的先后關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)，主要由兩種情況：

（1）先有WPS后有PQR。即首先按照規(guī)范編制WPS，然后通過PQR來驗(yàn)證WPS的正確性；

綜上所述，不能簡單地說先有WPS還是先有PQR，而應(yīng)具體情況具體對待。此外，無論是按程序1或2得到的WPS中均可根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際情況，對諸如坡口、位置等非重要參數(shù)加以修改。

1 ASME第Ⅸ卷，中國石化出版社，2007版.

2 顏京民.《ASME規(guī)范產(chǎn)品焊接評定中五個值得注意的問題》，壓力容器，第8卷第5期.

3 姚欽.《ASME規(guī)范的焊接工藝評定在我國的應(yīng)用探討》，機(jī)械工人，2006年第5期.

TE682

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1672-9323（2011）06-0049-03

2011-09-11）