核電鋼結(jié)構(gòu)國內(nèi)外焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)對比分析

【摘要】針對核電鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝評定用國外標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的差異和特點進(jìn)行了對比。通過對這些標(biāo)準(zhǔn)使用特點、評定規(guī)則和試件檢驗等方面的分析，對核電鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝評定實施過程中的重點注意事項進(jìn)行了講解。

【關(guān)鍵詞】核電鋼結(jié)構(gòu)；焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)；對比分析

引言

鋼結(jié)構(gòu)以其質(zhì)輕高強、安裝周期短等特點在核電建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，焊接作為鋼結(jié)構(gòu)最為常用的一種連接方式，在核電鋼結(jié)構(gòu)制作安裝中起著非常重要的作用。因不同技術(shù)路線核電建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)致了核電鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)各異。本文通過對目前國內(nèi)在建核電鋼結(jié)構(gòu)用焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析認(rèn)為，我國的鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)與美國以及歐洲標(biāo)準(zhǔn)有很大的兼容性，在實施核電鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝評定時應(yīng)根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)特點選擇正確的評定程序，從而為核電鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量提供保證。

1、對比焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)簡介

我國目前引進(jìn)的三代核電主要是法國阿?，m集團(tuán)的EPR以及美國西屋公司的AP1000堆型，其鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)分別是EN288、AWSD1.1/D1.1M，因此本文主要介紹我國的鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)JGJ81與EN288、AWSD1.1/D1.1M的差異性。三種焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)的名稱以及頒布機(jī)構(gòu)如下：

JGJ81為建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括總則、基本規(guī)定、材料、焊接節(jié)點構(gòu)造、焊接工藝評定、焊接工藝、焊接質(zhì)量檢查、焊接補強與加固、焊工考試9部分內(nèi)容，在編寫、修訂時參考了有關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)。

AWSD1.1/D1.1M是由美國焊接協(xié)會（AWS）編制的美國國家標(biāo)準(zhǔn)，包括通用要求、焊接連接的設(shè)計、WPS的免除評定、評定、制作、檢驗、螺柱焊、現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的補強與修理、附錄9部分內(nèi)容，是一部被廣泛應(yīng)用的國際性經(jīng)典典范。

EN288是由歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會（CEN）頒布的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，包括熔焊總則、電弧焊的焊接程序技術(shù)規(guī)范、鋼材電弧焊的焊接程序試驗、鋁和鋁合金電弧焊的焊接程序試驗、利用認(rèn)可的焊接耗材進(jìn)行電弧焊鑒定、與經(jīng)驗有關(guān)的鑒定、利用電弧焊的標(biāo)準(zhǔn)焊接程序進(jìn)行鑒定、利用生產(chǎn)前的焊接試驗進(jìn)行鑒定8部分內(nèi)容。

2、使用特點

JGJ81中明確規(guī)定施工企業(yè)具有同等條件焊接工藝評定資料時，可不必重新進(jìn)行相應(yīng)項目的焊接工藝評定，即同一個施工企業(yè)的焊接工藝評定可在本企業(yè)承擔(dān)的不同項目間進(jìn)行應(yīng)用，但若是在國內(nèi)首次應(yīng)用的鋼材或焊材應(yīng)重新進(jìn)行焊接工藝評定。JGJ81中共規(guī)定了四大類級別鋼材9種焊接方法的評定，標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定的新材料按其化學(xué)成分、力學(xué)性能和焊接性能歸入相應(yīng)的級別。

在AWS規(guī)范中，把常規(guī)的、符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的鋼種、焊接方法、坡口、位置、匹配焊接材料的組合進(jìn)行規(guī)范化，視為已通過評定或預(yù)評定合格，施工企業(yè)使用規(guī)范化的、預(yù)評定合格的焊接工藝，可以免除或不重新進(jìn)行焊接工藝評定。而對于非規(guī)范化的焊接工藝，需根據(jù)合同要求，重新實施焊接工藝評定。

在EN288中包括鋼材電弧焊以及鋁和鋁合金評定兩部分內(nèi)容，除可以使用標(biāo)準(zhǔn)化的試件進(jìn)行焊接程序的認(rèn)可，還可以通過焊接消耗品的使用、以往的焊接經(jīng)驗、標(biāo)準(zhǔn)焊接程序、生產(chǎn)前焊接試驗四種方法進(jìn)行焊接程序的認(rèn)可，每種方法的認(rèn)可都有特定的要求。隨著歐洲國際化進(jìn)程，EN288標(biāo)準(zhǔn)已逐步被IS015614取代，只是在少數(shù)幾個歐洲國家仍在使用。

通過以上分析可看出，三種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范都對成熟應(yīng)用的焊接工藝作出了免除評定的規(guī)定。而JGJ81的這種免除評定明確規(guī)定了是限制在同一個施工企業(yè)內(nèi)；AWS將規(guī)范化的焊接程序作為附錄同標(biāo)準(zhǔn)一同發(fā)布，提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的焊接程序，對焊接工藝的實施具有極大的參考意義；EN288對焊接程序的認(rèn)可不僅包括標(biāo)準(zhǔn)的焊接程序，還可以通過對焊材、焊接經(jīng)驗、模擬試驗的認(rèn)可達(dá)到對焊接程序認(rèn)可的目的。

3、評定規(guī)則

3.1JGJ81評定規(guī)則

JGJ81標(biāo)準(zhǔn)對評定規(guī)則進(jìn)行了分條表述：主要包括以下幾部分內(nèi)容：

1）不同焊接方法評定結(jié)果不得相互代替；

2）Ⅰ、Ⅱ類同類別鋼材中高級別鋼材的評定結(jié)構(gòu)可代替低級別鋼材，Ⅲ、Ⅳ類同類別鋼材評定結(jié)果不能相互代替，不得用單類別鋼材的評定結(jié)果代替組合鋼材的焊接工藝評定；

3）接頭形式改變應(yīng)重新進(jìn)行評定，十字形評定結(jié)果可代替T形接頭評定結(jié)果，全焊透或部分焊透的T形或十字形接頭對接與角接組合可代替角焊縫評定結(jié)果。

4）評定厚度符合下表規(guī)定：

5）焊后熱處理條件改變需重新進(jìn)行評定；

6）焊接工藝參數(shù)變化不超過一定范圍時可不重新評定。

3.2AWS評定規(guī)則

AWS標(biāo)準(zhǔn)評定規(guī)則中引入了基本變素以及補充基本變素的概念，基本變素指的是影響焊接接頭力學(xué)性能的焊接工藝因素，當(dāng)變更基本變素時需重新進(jìn)行焊接工藝評定；補充基本變素指影響焊接接頭補充的力學(xué)性能（沖擊）焊接工藝因素。依據(jù)焊接方法可分為3大部分內(nèi)容：

3.2.1SMAW、SAW、GMAW、FCAW、GTAW基本變素

1）通用要求

通用要求中包括評定位置，母材直徑及厚度、母材評定、立焊、坡口類型、襯墊及清根、預(yù)熱溫度、道間溫度及焊后熱處理改變的相關(guān)評定要求。

2）填充金屬

填充金屬要求中針對不同焊接方法對填充金屬強度級別、焊絲-焊劑組合級別、增加或取消填充金屬、冷絲及熱絲、焊絲直徑等基本變素的改變對評定的要求作出了規(guī)定。

3）電參數(shù)

針對不同焊接方法，對電流、電壓、送絲速度、焊接速度的變化范圍以及極性、恒流恒壓等的改變作出了詳細(xì)的規(guī)定。

4）保護(hù)氣體

針對GMAW、FCAW、GTAW三種焊接方法對氣體類型改變以及氣體流率的改變范圍作出了規(guī)定。

5）SAW參數(shù)

針對SAW焊接方法，對其參數(shù)的改變單獨進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。

3.2.2SMAW、SAW、GMAW、FCAW、GTAW補充基本變素（CVN試驗）

針對SMAW、SAW、GMAW、FCAW、GTAW焊接方法，對于要求進(jìn)行夏比沖擊試驗（CVN）的焊接工藝評定，除基本變素改變需重新評定外，對于補充基本變素改變也需重新評定，補充基本變素主要包括母材、填充金屬、位置、焊后熱處理、電特性以及其他變素。

3.2.3ESW/EGW基本變素

電渣焊（ESW）或氣電焊（EGW）基本變素主要包括：填充金屬、填充金屬擺動、填充金屬添加物、焊絲/填充金屬直徑、焊絲電流、電弧電壓、焊接過程特征、送絲速度、焊接速度、焊絲保護(hù)（EGW）、焊接位置、坡口類型、焊后熱處理。

3.3EN288評定規(guī)則

EN288的通過對制造商、材料、焊接程序通用規(guī)定以及特殊規(guī)定的認(rèn)可范圍對評定規(guī)則作出了規(guī)定。

3.3.1制造商

由制造商得到的一個焊接工藝規(guī)程在制造商同樣的技術(shù)及品質(zhì)管理的條件下的車間焊接或現(xiàn)場中均可有效。

3.3.2材料

1）母材金屬

依據(jù)強度級別以及化學(xué)成分將母材金屬分為11組，每組一種金屬的評定可覆蓋同組其他金屬的評定，對異種金屬接頭的評定，標(biāo)準(zhǔn)中給出了認(rèn)可范圍的規(guī)定。

2）母材金屬厚度及管子直徑

對接焊接及T型對焊接頭厚度認(rèn)可范圍滿足下表：

對于角焊縫的認(rèn)可，除滿足母材厚度要求外，還應(yīng)滿足對焊喉的認(rèn)可，即對焊喉厚度為a的角焊縫，其焊喉的認(rèn)可范圍為0.75a～1.5a，對10mm以上的焊喉的認(rèn)可，其范圍為所有10mm及以上的焊喉。

3.3.3焊接程序通用規(guī)定

1）焊接工序

單焊道與多焊道之間不得相互代替，每個焊接工序可單獨或與其他工序聯(lián)合應(yīng)用于某一焊接過程。

2）焊接位置

當(dāng)無沖擊及硬度要求時，任何一個焊接位置均可認(rèn)可所有焊接位置；當(dāng)即規(guī)定沖擊又規(guī)定硬度要求時，在最高熱輸入的焊縫進(jìn)行沖擊試驗，在最低熱輸入的焊縫進(jìn)行硬度試驗后可認(rèn)可所有焊接位置。

3）接頭形式

將接頭形式分為板件對焊、管件對焊、T型板件對焊、角接，分別對每種接頭形式的認(rèn)可范圍進(jìn)行了規(guī)定。

4）填充金屬

對填充金屬分型號以及牌號兩個方面的認(rèn)可。當(dāng)無沖擊要求，以屈服強度以及抗拉強度對填充金屬進(jìn)行型號分類時，一種填充金屬的認(rèn)可可覆蓋至本組其他填充金屬；以化學(xué)成分對對填充金屬進(jìn)行型號分類時，一種填充金屬的認(rèn)可可覆蓋與其化學(xué)成分相近的填充金屬；當(dāng)有沖擊要求時，填充金屬需按制造牌號單獨進(jìn)行評定。

5）電流形式

焊接生產(chǎn)過程中的采用的電流形式（直流、交流、脈沖電流）和極性應(yīng)與評定中相同。

6）熱輸入

有沖擊要求時，認(rèn)可的熱輸入的上限是大于25%的焊接試件時的熱輸入；有硬度要求時，認(rèn)可的熱輸入的下限是小于25%的焊接試件時的熱輸入。

7）熱處理要求

要求預(yù)熱時，評定的下限值是工藝評定試驗開始前施加的預(yù)熱溫度；道間溫度評定的上限值是工藝評定試驗過程中達(dá)到的最高道間溫度；不允許增加或減少焊后熱處理，溫度認(rèn)可的范圍是焊接程序試驗中保持的溫度±20℃。

4、試件檢驗規(guī)則

為判定所采用的焊接工藝是否合格，需對焊接試件進(jìn)行無損及破壞性檢驗。

4.1無損檢驗

三個標(biāo)準(zhǔn)都要求對焊縫進(jìn)行目視及超聲或射線檢驗，并且給出了相應(yīng)的驗收準(zhǔn)則。

4.2破壞性檢驗

三種標(biāo)準(zhǔn)都針對不同的焊接接頭給出了破壞性檢驗的類型以及數(shù)量，并且給出了相應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)。試驗類型以及數(shù)量對比如下：

二、接頭部分熔透坡口焊縫

從表格對比分析可看出，在管材、板材對接試驗中，JGJ81、EN288都要求進(jìn)行橫向拉伸、彎曲、沖擊試驗，AWS中未對沖擊做強制性規(guī)定；JGJ81標(biāo)準(zhǔn)與其他兩個標(biāo)準(zhǔn)不同之處是還增加了T型與十字型接頭的彎曲試驗。

5、結(jié)論

通過以上的對比分析可看出，三種標(biāo)準(zhǔn)之間沒有原則性的矛盾，且有很大的兼容性，但因不同標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展以及使用環(huán)境的不同，在評定規(guī)則方面有一定的差別。無論我們在核電鋼結(jié)構(gòu)制作中采用哪一種焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)，都應(yīng)該熟知標(biāo)準(zhǔn)的評定規(guī)則，再根據(jù)產(chǎn)品的接頭形式選擇合適的評定試件及焊接程序，并按檢驗規(guī)則進(jìn)行無損及破壞性檢驗來對焊接程序進(jìn)行驗證，才能保證焊接工藝的正確性，進(jìn)而保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人們共和國建設(shè)部.JGJ81-2002.建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程，2002年.

[2]美國焊接學(xué)會.AWS D1.1/D1.1M-2006.鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范（上），2005年

[3]歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會.EN288.金屬材料焊接程序的技術(shù)規(guī)范和鑒定，1996年.