焊接工藝評(píng)定國(guó)際新趨勢(shì)
——焊接經(jīng)驗(yàn)評(píng)定與標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝規(guī)程

段凱揚(yáng),戈兆文

(1.阿克公司，天津 300452；2.合肥通用機(jī)械研究院有限公司，合肥 230031)

0 引言

國(guó)際焊接標(biāo)準(zhǔn)體系中，共有5種對(duì)焊接工藝進(jìn)行評(píng)定的方法，除了最常見(jiàn)的使用焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行評(píng)定的方法以外，近年來(lái)，歐美標(biāo)準(zhǔn)傾向采用兩種非試驗(yàn)方式進(jìn)行評(píng)定，即焊接經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝規(guī)程。例如AWS D1.1[1]對(duì)于焊接工藝規(guī)程(以下簡(jiǎn)稱(chēng)WPS) 廣泛使用prequalified(免除評(píng)定)WPS；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME Ⅸ中采用AWS B2.1的系列標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝規(guī)程(以下簡(jiǎn)稱(chēng)SWPS)[2]允許客戶(hù)無(wú)須評(píng)定直接使用，這種非試驗(yàn)方式評(píng)定WPS的趨勢(shì)值得我們學(xué)習(xí)與思考。

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)也引進(jìn)了這一理念，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19866—2005/ISO 15607:2003 《焊接工藝規(guī)程及評(píng)定的一般原則》[3]，5種方法可以評(píng)定焊接工藝見(jiàn)表1[3]。

表1 評(píng)定方法

1 常見(jiàn)的焊接經(jīng)驗(yàn)評(píng)定方法典型標(biāo)準(zhǔn)AWS D1.1

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定焊接工藝是一種比較成熟的辦法，較早期的歐洲焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)EN 288-6:1994[4]就規(guī)定了基于焊接經(jīng)驗(yàn)評(píng)定的規(guī)則，后來(lái)替代的標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 15611:2003[5]繼續(xù)貫徹這一思路，而發(fā)展該方法的是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AWS D1.1，該標(biāo)準(zhǔn)獲得了全球性的認(rèn)可，其根據(jù)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定焊接工藝的技術(shù)思路也得到了廣泛的認(rèn)可和使用。

1.1 AWS D1.1根據(jù)焊接經(jīng)驗(yàn)評(píng)定最常見(jiàn)

AWS D1.1作為國(guó)際影響力最大的鋼結(jié)構(gòu)焊接標(biāo)準(zhǔn)，其焊接工藝的評(píng)定中特色之一就是該標(biāo)準(zhǔn)自1996年起，第3章為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定的WPS，該標(biāo)準(zhǔn)C-3.2.1條對(duì)此解釋為：焊接方法如焊條電弧焊、埋弧焊、藥芯焊絲和實(shí)心焊絲(短路過(guò)渡除外)氣體保護(hù)焊的焊接工藝規(guī)程，包括一些相關(guān)類(lèi)型的接頭已經(jīng)有過(guò)徹底的試驗(yàn)，而且長(zhǎng)期使用證明性能良好，這些WPS和接頭被稱(chēng)為“prequalify” (直譯為“預(yù)先評(píng)定”，意譯為“(焊接)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定”)，可以不用試驗(yàn)或者認(rèn)證而使用。

國(guó)內(nèi)資料多將 “prequalify”翻譯為“免除評(píng)定”或“免予評(píng)定”[6-7]，但依據(jù)AWS D1.1，C-3.2.1的解釋?zhuān)约癐SO 15607的分類(lèi)(見(jiàn)表1)，此處評(píng)定方式屬于按照焊接經(jīng)驗(yàn)評(píng)定。所以“prequalify” 譯為“(焊接)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定”更符合國(guó)際主流。

1.2 高頻焊只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定

焊接方法如高頻焊，調(diào)整焊接工藝、依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的操作工觀察熱影響區(qū)顏色來(lái)調(diào)整，即使采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬也往往由于坯料形狀復(fù)雜，成本過(guò)高，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)尚無(wú)有效的解決辦法的報(bào)道[8]。

此種情況下，焊接工藝通過(guò)經(jīng)驗(yàn)評(píng)定就成了唯一的選擇。

2 標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝規(guī)程評(píng)定方法典型標(biāo)準(zhǔn)AWS B2.1

ISO 15607的5種評(píng)定方法之一是“標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝規(guī)程”(SWPS)，最早出現(xiàn)在1990年,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(ANSI)AWS B2.1-001-90[9]正式頒布，歐洲標(biāo)準(zhǔn)中較早的標(biāo)準(zhǔn)是EN 288-7:1995[10]，后來(lái)替代標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 15612:2004[11]，最新標(biāo)準(zhǔn)是ISO 15612:2018[12]。歐洲和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中雖然允許使用SWPS，但是至今未見(jiàn)公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)碼的SWPS。倒是美國(guó)方面，公布了很多美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別的SWPS，通俗的講就是WPS可以引進(jìn)和轉(zhuǎn)讓?zhuān)琒WPS作為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可以給各種制造商使用而無(wú)須評(píng)定，支持SWPS的PQR(焊接工藝評(píng)定)由AWS(美國(guó)焊接學(xué)會(huì))下屬的美國(guó)焊接研究協(xié)會(huì)(WRC)進(jìn)行，這不同于國(guó)內(nèi)對(duì)于焊接工藝評(píng)定不能引進(jìn)和轉(zhuǎn)讓的理念。

2.1 AWS B2.1 SWPS 源于統(tǒng)一焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的理念

所有ANSI的SWPS均屬于AWS B2.1標(biāo)準(zhǔn)框架下的一部分，而AWS B2.1的產(chǎn)生源自于AWS與ASME(美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì))基于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的理念，時(shí)任AWS主席Howard B Cary 和時(shí)任AWS B2委員會(huì)主席的Jeff J Fluckiger提出:焊接工藝與焊工的評(píng)定應(yīng)該被一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一是該委員會(huì)一直以來(lái)的使命[13]，這一觀點(diǎn)值得國(guó)內(nèi)同行思考。

AWS 與ASME在1978年決定成立一個(gè)委員會(huì)來(lái)統(tǒng)一焊接工藝與焊工技能評(píng)定，這就是1979年誕生的AWS B2委員會(huì)。該委員會(huì)以統(tǒng)一焊接工藝與焊接技能的評(píng)定為己任，推出了AWS B2系列標(biāo)準(zhǔn)，其中AWS B2.1標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定的焊接工藝規(guī)程可以得到美標(biāo)中大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可，在此框架下，又進(jìn)一步產(chǎn)生了SWPS。

AWS B2.1[14]宣稱(chēng)編制SWPS的限制條件比所有相關(guān)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和文件都更嚴(yán)格，該標(biāo)準(zhǔn)附錄E解釋AWS B2委員會(huì)對(duì)SWPS的編制方針就是疊加并且更嚴(yán)格于所有B2.1允許的相關(guān)文件的條件和變素或其他美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(如AWS D1.1直至AWS D1.6或ASME Ⅸ)，這個(gè)方針的目的就是使SWPS能夠盡可能用于一切客戶(hù)。

2.2 AWS B2.1的SWPS正在迅猛發(fā)展

從1990年推出兩個(gè)SWPS之后，截至發(fā)稿時(shí)間，作為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)頒布的SWPS共有74個(gè)，僅2018年，就頒布了17個(gè)SWPS，可以說(shuō)是發(fā)展迅猛。74個(gè)SWPS大致分類(lèi)4類(lèi)：薄板類(lèi)SWPS(共13個(gè))、鋼板類(lèi)SWPS(共14個(gè))、管類(lèi)SWPS(共35個(gè))、海軍專(zhuān)用SWPS(共12個(gè))。74個(gè)SWPS的組成結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2。

表2 74個(gè)AWS B2.1 SWPS的組成(截至2019年6月)

(續(xù)表)

(續(xù)表)

注：“ASME可用”指承壓設(shè)備(壓力容器、鍋爐、壓力管道等)可以使用

2.3 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的SWPS得到廣泛許可

2011年，AWS B2委員會(huì)主席Jeff J Fluckiger提出隨著更多的宣傳和被更多人認(rèn)知，AWS B2.1基于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)必然會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)[15-16]中指出：隨著發(fā)展，AWS D1.3 (鋼結(jié)構(gòu)焊接-薄鋼板規(guī)范)、AWS D9.1(鈑金焊接規(guī)范)、AWS D14.2(金屬切割機(jī)床焊接件規(guī)范)、AWS D14.3(土方和建筑用設(shè)備焊接規(guī)范)、AWS D14.8(防止冷裂紋的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范)、AWS D17.1(航天領(lǐng)域熔化焊規(guī)范)也都直接或者通過(guò)工程師批準(zhǔn)認(rèn)可了AWS B2.1，而SWPS也同ASME Ⅸ一樣，被美國(guó)國(guó)家檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，至少有13種美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)承認(rèn)AWS B2.1的SWPS，具體如下：AWS D1.1《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》，AWS D1.2《鋁結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》，AWS D1.3《薄板鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》，AWS D1.5《橋梁焊接規(guī)范》，AWS D1.6《不銹鋼鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》，AWS D9.1《薄板焊接規(guī)范》，ASME Ⅸ《焊接和釬焊評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，NAVSEA TP S9074-AQ-GIB-010/248《焊接及釬焊評(píng)定》美國(guó)海軍技術(shù)報(bào)告，NAVSEA TP S9074-AR-GIB-010/278《焊接制造和檢驗(yàn)要求及機(jī)器、管道和壓力容器鑄造檢驗(yàn)與返修》美國(guó)海軍技術(shù)報(bào)告，MIL-STD-1689《船舶結(jié)構(gòu)的制造、焊接和檢驗(yàn)》美國(guó)軍標(biāo)，NAVSEA TP T9074-AD-GIB-010/688《潛艇結(jié)構(gòu)制造焊接和檢驗(yàn)》美國(guó)海軍技術(shù)報(bào)告，American Bureau of Shipping (ABS)美國(guó)船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)，Navel Vessel Rules (NVR)美國(guó)海軍條例。

綜上所述，不難預(yù)計(jì)，今后美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系下的SWPS會(huì)繼續(xù)發(fā)展，SWPS的數(shù)量也會(huì)繼續(xù)增加，這種焊接工藝可以引進(jìn)并且轉(zhuǎn)讓是技術(shù)發(fā)展成熟的標(biāo)志，SWPS的推廣將顯著降低焊接工藝評(píng)定的費(fèi)用，并且節(jié)約工期。當(dāng)然，其使用需相應(yīng)的焊接管理。

3 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)承壓設(shè)備允許使用SWPS

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定均執(zhí)行ASME Ⅸ，該標(biāo)準(zhǔn)第Ⅴ章QW-500總則中提到：產(chǎn)品中無(wú)沖擊試驗(yàn)的要求時(shí)，附錄E所列SWPS優(yōu)先用于ASME Ⅸ卷評(píng)定的WPS。

例如壓力容器標(biāo)準(zhǔn)ASME Ⅷ-1[17]，由于斷裂力學(xué)的發(fā)展和成熟，根據(jù)焊接產(chǎn)品的應(yīng)力、載荷、拘束度、溫度綜合要求不高的，可以依據(jù)UCS-66條款免除沖擊，而這部分產(chǎn)品的焊接，就可以使用SWPS。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)的承壓設(shè)備領(lǐng)域規(guī)定WPS/PQR不能引進(jìn)也不能轉(zhuǎn)讓?zhuān)珿B 150規(guī)定依照NB/T 47014[18]評(píng)定合格，“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接人員使用本單位設(shè)備焊接試件?！?而依據(jù)“焊接經(jīng)驗(yàn)評(píng)定”的WPS和SWPS，可以被承包商直接使用而無(wú)需做焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)日漸成熟和廣泛應(yīng)用的兩種焊接工藝評(píng)定型式，尤其是SWPS正在迅速發(fā)展，在2018年美國(guó)新頒發(fā)了17個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)SWPS，而ISO標(biāo)準(zhǔn)也奮起直追，在系列焊接評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)都是10多年前舊版本的狀態(tài)中，優(yōu)先升級(jí)SWPS的標(biāo)準(zhǔn)ISO 15612至2018版本。

技術(shù)進(jìn)步，標(biāo)準(zhǔn)先行，歐美在焊接工藝評(píng)定方面的先進(jìn)做法，值得國(guó)內(nèi)同行借鑒與思考。