天然氣長輸管道工程焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比及選用

程 茂

（浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 杭州 310020)

天然氣長輸管道工程焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比及選用

程 茂

（浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 杭州 310020)

對(duì)現(xiàn)有的長輸管道焊接工藝評(píng)定進(jìn)行了對(duì)比分析，認(rèn)為SY/T 4103《鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收》中的焊接工藝評(píng)定不能完全適用于長輸管道工程，采用NB/T 47014《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》能夠較好地滿足線路施工也同時(shí)能滿足場站工藝管道施工的需求。

長輸管道 焊接工藝評(píng)定

焊接工藝評(píng)定是指為驗(yàn)證所擬定的焊件焊接工藝的正確性而進(jìn)行試驗(yàn)和對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)[1]，最終目的是使設(shè)備的焊接接頭質(zhì)量獲得可靠保證，但目前國內(nèi)各行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)多、焊評(píng)標(biāo)準(zhǔn)多，在不同的行業(yè)施工時(shí)，需要按照不同的標(biāo)準(zhǔn)重新制作焊接工藝評(píng)定，特別是當(dāng)焊接材料種類多，焊接方法不同時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊評(píng)工作量較大，而且相當(dāng)一部分屬于重復(fù)勞動(dòng)，容易浪費(fèi)或者出現(xiàn)漏評(píng)，使焊接質(zhì)量失去控制。為了做到焊評(píng)能夠覆蓋所有的焊接工藝，既要熟悉標(biāo)準(zhǔn)，掌握標(biāo)準(zhǔn)中如各種變數(shù)、驗(yàn)證試驗(yàn)的方法及其合格標(biāo)準(zhǔn)，又要根據(jù)實(shí)際焊接情況找出對(duì)焊縫使用性能明顯影響的重要因素。

焊接工藝評(píng)定如何能夠正確完整且準(zhǔn)確地驗(yàn)證擬定的焊接工藝是否合理、焊接工藝中各個(gè)因素的變化是否對(duì)焊接質(zhì)量有影響，這點(diǎn)尤為重要。目前國內(nèi)焊評(píng)標(biāo)準(zhǔn)較多，不同行業(yè)有不同體系的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)要求很多不盡相同，也有很多重復(fù)，本文就天然氣長輸管道施工中不同的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，通過比對(duì)分析，對(duì)合理、科學(xué)的選用焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行探討。

1 目前天然氣長輸管道設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

1）天然氣長輸管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB 50251—2003《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》中10.1.3規(guī)定焊接工藝評(píng)定應(yīng)符合GB 50236《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》，現(xiàn)行有效版本為GB 50236—2011，該標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)金屬管道焊接工程。該版本規(guī)定焊評(píng)按照NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行。

2）GB 50369—2014《油氣長輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中10.1.2規(guī)定：焊接工藝評(píng)定應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 4103—2006《鋼制管道焊接及驗(yàn)收》的有關(guān)規(guī)定，其標(biāo)準(zhǔn)前身SY 0401—98和GB 50369—2006也是一直規(guī)定采用《鋼制管道焊接及驗(yàn)收》SY/T 4103作為焊接工藝評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)。

3）GB 50540—2009《石油天然氣站內(nèi)工藝管道工程施工規(guī)范》中7.1.4規(guī)定：工藝管道焊接中對(duì)所使用的任何鋼種、焊接材料和焊接方法都應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。異種鋼、不銹鋼管道焊接工藝評(píng)定應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50236《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定，其余鋼種焊接工藝評(píng)定應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 4103《鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收》的有關(guān)規(guī)定。并根據(jù)合格的焊接工藝評(píng)定編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書。

4）SY/T 4203—2007《石油天然氣建設(shè)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 站內(nèi)工藝管道工程》中規(guī)定：

“8.1.7在管道焊接生產(chǎn)中，對(duì)于任何初次使用的鋼種、焊接材料和焊接方法都應(yīng)進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)和評(píng)定。焊接工藝試驗(yàn)和評(píng)定應(yīng)符合SY/T 4103的規(guī)定。

8.1.8 安裝單位已有的焊接工藝評(píng)定結(jié)果在新建工程上使用時(shí)，需要進(jìn)一步確認(rèn)。當(dāng)其中任何一要素與實(shí)際情況不符時(shí)，依據(jù)SY/T 4103的要求，確定是否重新進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。

8.1.9 根據(jù)合格的焊接工藝評(píng)定報(bào)告編制焊接工藝規(guī)程?！?/p>

以上可以看出在一個(gè)天然氣長輸管道工程中，設(shè)計(jì)和施工依據(jù)的焊接工藝評(píng)定就不同，特別是線路工程設(shè)計(jì)規(guī)定采用NB/T 47014,而施工規(guī)范采用SY/ T 4103，對(duì)于站場工藝管線，規(guī)定也不相同，這就使得在工程執(zhí)行過程中出現(xiàn)了困惑。

2 幾種焊接工藝評(píng)定特點(diǎn)

從上述規(guī)范中可以看出涉及到的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)主要有：

1）NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》規(guī)定：適用于承壓設(shè)備（鍋爐、容器、壓力管道）的對(duì)接焊縫和角焊縫的焊接工藝評(píng)定，參照美國ASME第Ⅸ卷《焊接和釬焊評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》編寫，ASME標(biāo)準(zhǔn)歷史悠久，不斷完善，嚴(yán)謹(jǐn)完善具有的較高權(quán)威性，得到了世界上多國的認(rèn)可，國內(nèi)有很多焊接工藝評(píng)定參照ASME標(biāo)準(zhǔn)編寫。

GB 50236—2011《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》適用于工業(yè)金屬管道焊接工程。該版本規(guī)定焊評(píng)按照NB/T 47014進(jìn)行。

2）SY/T 4103—2006《鋼制管道焊接及驗(yàn)收》是按照美國石油協(xié)會(huì)API Std 1104—1999《管道及有關(guān)設(shè)施的焊接》轉(zhuǎn)化而成的，適用于使用碳鋼鋼管、低合金鋼鋼管及其管件，輸送原油、成品油及氣體燃料等介質(zhì)的長輸管道、壓氣站管網(wǎng)和泵站管網(wǎng)的安裝焊接[2]，在長輸管道行業(yè)應(yīng)用較為廣泛。

3）SY/T 0452—2012《石油天然氣金屬管道焊接工藝評(píng)定》適用于陸上石油天然氣建設(shè)中金屬管道的焊接工藝評(píng)定；該標(biāo)準(zhǔn)是綜合了ASME、API Std1104等標(biāo)準(zhǔn)，考慮了各種不同金屬管道材料的焊接工藝評(píng)定特點(diǎn)而編制的，在很多條款方面與NB/T 47014一致[3]。

3 焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的差異及特點(diǎn)分析

目前這三種標(biāo)準(zhǔn)基本上可以分為兩類，一類是以美國API 1104 為基礎(chǔ)的SY/T 4103—2006《鋼制管道焊接及驗(yàn)收》為代表，實(shí)用為主，僅包括管道常用材料和焊接方法，驗(yàn)證評(píng)價(jià)等手段要求簡單，但對(duì)很多問題都未做詳細(xì)的規(guī)定，執(zhí)行起來自由度較大。

另一類是以NB/T 47014《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》為代表的標(biāo)準(zhǔn)，它們盡可能地包括了各種焊接方法、材料和各種變數(shù)，盡可能詳細(xì)地規(guī)定了各種情況下使用標(biāo)準(zhǔn)的方法，可操作性強(qiáng)，但對(duì)破壞性試驗(yàn)要求也較為嚴(yán)格。

3.1 焊接工藝評(píng)定通用規(guī)則比較（見表1）

表1 三種標(biāo)準(zhǔn)通用焊接工藝評(píng)定因素比較[1-3]

從通用因素的對(duì)比可以看出，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)五個(gè)通用因素進(jìn)行了規(guī)定，但NB/T 47014和SY/T 0452標(biāo)準(zhǔn)鋼種多，規(guī)定詳細(xì)具體；SY/T 4103規(guī)定簡單，沒有對(duì)熔敷金屬的厚度范圍進(jìn)行規(guī)定，但在其標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了每個(gè)組別應(yīng)選用該組最高屈服強(qiáng)度的材料進(jìn)行，大于等于448MPa的碳鋼和低合金鋼需要單獨(dú)進(jìn)行評(píng)定。

3.2 不同的焊接方法專用焊接工藝評(píng)定因素比較

目前長輸管道施工中主要用到的是SMAW、FCAW、GTAW三種焊接方法（SMAW——Shielded Metal Arc Welding手工電弧焊；FCAW-Fluxedcored arc Welding 藥芯焊絲電弧焊（多用于長輸管道下向焊)；GTAW——Gas Tungsten Arc Welding鎢極惰性氣體保護(hù)焊)，現(xiàn)把三種不同的焊接方法各自做一對(duì)比，見表2~表4。

表2 SMAW焊接方法專用焊接工藝評(píng)定因素比較[1-3]

表2是與SMAW焊接方法相關(guān)的焊接工藝評(píng)定專用因素,其中的焊接工藝評(píng)定因素分為重要因素、補(bǔ)加因素和次要因素。重要因素指影響焊接接頭抗拉強(qiáng)度和彎曲性能的焊接工藝因素。補(bǔ)加因素指影響焊接接頭沖擊韌性的焊接工藝因素; 次要因素指對(duì)要求測定的性能無明顯影響的焊接工藝因素[1]。SY/T 4103中的基本要素相當(dāng)于重要因素。從表2中分析可以看出NB/T 47014、SY/T 0452在專用評(píng)定因素是一致的，和SY/T 4103有著較大的區(qū)別，如接頭形式(坡口形式),在SY/T 4103中沒有對(duì)填充金屬直徑、技術(shù)措施進(jìn)行規(guī)定。

表3 FCAW焊接方法專用焊接工藝評(píng)定因素比較[1-3]

從表3中分析可以看出NB/T 47014、SY/T 0452在專用評(píng)定因素是一致的， 和SY/T 4103 有著較大的區(qū)別，如接頭形式( 坡口形式) , 在SY/T 4103 中還對(duì)藥芯實(shí)芯焊絲的改變、短路熔滴過渡等未做規(guī)定。

表4 GTAW焊接方法專用焊接工藝評(píng)定因素比較[1-3]

從表4中分析可以看出NB/T 47014、SY/T 0452在專用評(píng)定因素是一致的，和SY/T 4103有著較大的區(qū)別，如接頭形式( 坡口形式) , 在SY/T 4103中還未對(duì)藥芯實(shí)芯焊絲的改變做規(guī)定。

3.3 三種標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝評(píng)定試件檢驗(yàn)項(xiàng)目和要求對(duì)比

表 5 焊接工藝評(píng)定試件檢驗(yàn)

從表5分析可以看出，除了NB/T 47014允許板狀試件外，其他標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定必須采用管狀試件，這樣更能真實(shí)地反應(yīng)實(shí)際焊接情況；三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定要進(jìn)行拉伸、彎曲試驗(yàn)，拉伸驗(yàn)證的是抗拉強(qiáng)度，彎曲驗(yàn)證的是焊縫的變形能力。彎曲試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)焊接接頭的塑性與致密性, 其有一些小缺陷,目視和無損檢測不一定檢測的出, 但當(dāng)彎曲后缺陷延伸到一定長度后，缺陷變形擴(kuò)展則可明顯看出。

壓頭直徑D與試件厚度S的比例對(duì)彎曲的結(jié)果有直接影響，當(dāng)D=4S時(shí)，彎曲試驗(yàn)最為合理和嚴(yán)格[4]。NB/T 47014和SY/T 0452均采用該壓頭直徑的規(guī)定。

但SY/T 4103彎曲試驗(yàn)采用特殊的U型模具和壓頭進(jìn)行試驗(yàn)，壓頭直徑90mm，如采用14mm的X70級(jí)管線進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，其焊縫處的延伸率僅為13.5%，顯然達(dá)不到評(píng)判材料塑性好壞的標(biāo)準(zhǔn)。

其次，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)試件韌性的評(píng)價(jià)上區(qū)別比較大，沖擊韌性是反映金屬材料對(duì)外來沖擊載荷導(dǎo)致脆性破環(huán)的抵抗能力，材料及其熱處理狀態(tài)、試樣及其缺口的形狀尺寸、材料的缺陷、金相組織（包括夾雜物、晶粒粗大、成分偏析、材料回火脆性）對(duì)其沖擊韌性的影響都很大，對(duì)于長輸管線材料，隨著X90、X100高強(qiáng)度鋼級(jí)的應(yīng)用，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)是必須要考慮的。

目前主要有落錘和擺錘沖擊兩種方法來評(píng)判沖擊韌性，落錘試驗(yàn)（又稱為刻槽錘斷）是測試管線鋼材料韌性的一種方法，試驗(yàn)?zāi)康闹饕墙嗫谛蚊才c溫度的關(guān)系，從而確定管線鋼材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，以保證管線工作溫度區(qū)內(nèi)有足夠的韌性儲(chǔ)備，不會(huì)發(fā)生脆性斷裂事故。該試驗(yàn)方法獲得的結(jié)果與管道爆破試驗(yàn)結(jié)果較為一致， 因此被廣泛應(yīng)用在鋼管的制造過程中對(duì)鋼材的韌性評(píng)價(jià)，也是鋼管制造標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9711的質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)之一。其主要通過端口剪切面積的測定來反映韌性的好壞[6]。

擺錘沖擊一般常用擺錘沖擊帶缺口試樣來測定材料抵抗沖擊載荷的能力，即測定沖擊試樣被折斷而消耗的沖擊功Ak，單位為焦耳（J）來反映韌性的好壞[6]。

從標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定而言，SY/T 0452要求最高，不僅要做V型缺口沖擊試驗(yàn)而且還要做刻槽錘斷試驗(yàn)，但對(duì)于SY/T 0452和SY/T 4103中的刻槽錘斷試驗(yàn)，其主要目的是檢驗(yàn)焊縫的斷面缺陷，另一方面可以檢驗(yàn)纖維素焊條焊接時(shí)焊縫中氫氣孔積聚的程度（焊縫的魚眼缺陷），是通過斷面缺陷情況來評(píng)價(jià)的，不能真實(shí)地反應(yīng)焊縫及熱影響區(qū)的韌性，且刻槽采用切割或鋼鋸刻槽，缺口形態(tài)對(duì)沖擊影響較大，容易出現(xiàn)較大偏差。

3.4 試樣取樣部位比較

試件選取的部位對(duì)試件力學(xué)性能試驗(yàn)的結(jié)果也有很大的影響，往往會(huì)影響到試驗(yàn)的結(jié)果。圖1~圖3是三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中試件取樣的部位。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)件取樣部位

圖2 標(biāo)準(zhǔn)件取樣部位

圖3 標(biāo)準(zhǔn)件取樣部位

從圖1~圖3中分析可以得出，NB/T 47014和SY/T 0452在取樣位置和種類上一致，SY/T 0452還在2點(diǎn)、8點(diǎn)鐘附近增加了刻槽錘斷試樣。

但SY/T 4103試件的取樣位置在2、5、8、10點(diǎn)位置，沒有選取3點(diǎn)、6點(diǎn)、9點(diǎn)12點(diǎn)的位置，這幾個(gè)位置恰好又是管道下向焊時(shí)最容易出現(xiàn)問題的地方，12點(diǎn)是整條焊縫的起點(diǎn)位置，3點(diǎn)和9點(diǎn)是下向焊時(shí)速度最快，而6點(diǎn)位置較難焊接，焊接參數(shù)在此變化較大，是最容易出現(xiàn)焊接缺陷和成形缺陷的位置。標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了業(yè)主同意可以旋轉(zhuǎn)取樣位置，這樣可以更加嚴(yán)格一些，但需要業(yè)主對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理解掌握較好且對(duì)質(zhì)量有較高的要求。

4 焊接工藝評(píng)定的使用

NB/T 47014規(guī)定焊接工藝評(píng)定應(yīng)在本單位進(jìn)行，由本單位操作技能熟練的焊工使用本單位的設(shè)備焊接試件。

SY/T 4103中沒有明確的規(guī)定，但從標(biāo)準(zhǔn)的理解上看應(yīng)當(dāng)是承擔(dān)工程建設(shè)的施工單位進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，這一點(diǎn)和NB/T 41014是一致的，即焊接工藝評(píng)定只能是本單位使用。

SY/T 0452中規(guī)定，同一管道工程施工時(shí)，壓力管道施工資質(zhì)相同的各單位之間，可以相互利用按照本標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定合格的焊接工藝評(píng)定作為編制焊接工藝規(guī)程的依據(jù)，但事先應(yīng)經(jīng)評(píng)定單位的授權(quán)許可，并經(jīng)本單位質(zhì)量保證工程師的批準(zhǔn)[3]。

從標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定而言，顯然SY/T 0452更為靈活，對(duì)于一個(gè)管道工程可能有幾家施工單位，但由于天然氣長輸管道焊接技術(shù)相對(duì)成熟固定，設(shè)備、焊材也較為固定，因此由一家單位制作焊評(píng)，各個(gè)單位根據(jù)焊評(píng)編制焊接工藝卡，可以極大的減少焊評(píng)的費(fèi)用和時(shí)間，這幾年在不少工程中都采用了這種模式，結(jié)果也較為滿意。

5 結(jié)論

通過對(duì)長輸管道三個(gè)主要焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析，得出了以下建議：

1）三個(gè)焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)比較，NB/T 47014焊接工藝評(píng)定因素最為全面，SY/T 0452基本與NB/ T 47014一致，但在一些細(xì)節(jié)方面略有不同，SY/T 4103標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比較簡單，未做規(guī)定的地方較多。

2）沖擊韌性是長輸管道工程中必須要保證的重要性能,必須要保證, SY/T 4103落錘沖擊試驗(yàn)規(guī)定不夠具體，容易出現(xiàn)偏差，不能真實(shí)反應(yīng)沖擊韌性，因此不適宜用于對(duì)沖擊試驗(yàn)要求較高的長輸管道焊接工藝評(píng)定；

3）從焊接工藝評(píng)定試件取樣、試樣的試驗(yàn)方法和試樣合格指標(biāo)分析，NB/T 47014和SY/T 0452要求基本一致，但SY/T 4103在彎曲和沖擊上要求較低。

4)從標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用上看，SY/T 0452允許施工單位互相共享，可以極大的節(jié)約成本；因此隨著技術(shù)的進(jìn)步，新型高強(qiáng)度管材、新型焊接工藝方法、新焊接材料類別的應(yīng)用，有相當(dāng)實(shí)力的施工和建設(shè)單位可以進(jìn)行深入細(xì)致的焊接工作研究；編制焊接工藝評(píng)定，成熟一個(gè)應(yīng)用推廣一個(gè)，避免了各個(gè)單位重復(fù)的驗(yàn)證。

5)從法規(guī)的符合性角度出發(fā)，建議施工單位按照NB/T 47014要求并采用管狀試樣并附加SY/T 4103的要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，同時(shí)滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，即便在今后焊評(píng)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，轉(zhuǎn)換為NB/T 47014也非常方便。既能夠滿足線路施工的需要也可以滿足場站工藝管道施工的需要。

[1] NB/T 47014—2011 承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定[S].

[2] SY/T 4103—2006 鋼制管道焊接及驗(yàn)收[S].

[3] SY/T 0452—2012 石油天然氣金屬管道焊接工藝評(píng)定[S].

[4] 房務(wù)農(nóng).承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定重點(diǎn)問題研討[J].壓力容器，2010，3：46-51.

[5] 戈兆文，鄭鈞，許衛(wèi)榮.長輸管道焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)分析及建議[J]. 壓力容器，2010，8：2-5.

[6] 藺衛(wèi)平，李娜，王亞龍，等.落錘撕裂試驗(yàn)與大能量擺錘沖擊試驗(yàn)的對(duì)比與分析[J].壓力容器，2014，2(37)：45-46.

Comparison and Selection of Welding Procedure Qualification Standard for Long Distance Gas Transmission Pipeline

Cheng Mao
(Zhejiang Provincial Special Equipment Inspect and Research Institute HangZhou 310020)

With analysis of welding procedure qualification standard for long distance gas transmission pipeline, it is found that SY/T 4103 is unsuitable for the long distance gas transmission pipeline, and it is considered that the NB/T 47014 is not only conform to gas transmission pipeline engineering but also to process line.

Long distance gas transmission pipeline Welding procedure qualification

X933.4

B

1673-257X(2015)09-0031-07

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.09.007

程茂(1972～)，男，本科，所長，高級(jí)工程師，從事特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)工作。

2015-05-04）