大型LNG 儲(chǔ)罐螺柱焊工藝評(píng)定的選定分析

王由勝

中海油石化工程有限公司 山東濟(jì)南 250000

拉弧式螺柱焊屬于螺柱焊接的方法之一，焊接時(shí)，螺柱先被提升一定高度，然后電弧在螺柱和工件表面間引燃并進(jìn)行短暫的燃燒；待螺柱端面和母材熔化后，再通過螺柱夾持裝置給螺柱一個(gè)下壓力使之插入熔池，以確保螺柱和母材兩者完全熔合。螺柱焊通常采用陶瓷環(huán)作為熔池保護(hù)，其作用主要是在焊縫周圍形成一個(gè)燃燒室，通過對(duì)電弧和熔滴進(jìn)行保護(hù)而使焊縫得到保護(hù)。

在LNG 儲(chǔ)罐施工中，螺柱焊工藝評(píng)定采用的標(biāo)準(zhǔn)主要有NB/ T 47014、ASME Ⅸ和ISO 14555 三種。其中NB/ T 47014 是我國結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況并參照ASME Ⅸ編制而成的適用于鍋爐、壓力容器和壓力管道三類產(chǎn)品的統(tǒng)一焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)；ASME Ⅸ是按照符合美國國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)則認(rèn)可程序制定的，屬美國國家標(biāo)準(zhǔn)，但其權(quán)威性和廣泛性一直為世界各國所公認(rèn)；ISO 14555 屬于國際通用標(biāo)準(zhǔn)，也具有相當(dāng)?shù)臋?quán)威性，應(yīng)用廣泛。焊接工藝評(píng)定的實(shí)施必須要清楚評(píng)定因素，對(duì)螺柱焊而言，其評(píng)定因素主要包括螺柱尺寸和形狀、焊劑或電弧保護(hù)圈型號(hào)、焊接位置、電壓、電流、提升高度和電弧時(shí)間等。以下將通過對(duì)比以上3 種規(guī)范，分析各因素在螺柱焊工藝評(píng)定中的異同點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際情況，選擇出更適用LNG 儲(chǔ)罐項(xiàng)目的工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

1 螺柱焊評(píng)定因素及有效范圍對(duì)比

通過對(duì)比NB/ T 47014 中表6 和ASME Ⅸ中QW- 261 不難發(fā)現(xiàn)，兩者對(duì)評(píng)定因素的要求基本相同，略有不同的是NB/ T 47014 對(duì)電流、電弧時(shí)間和提升高度的改變給出了更確切的范圍，即電流改變超過±10%、電弧時(shí)間改變超過±0.1s、提升高度變化超過0.8mm均需要重新評(píng)定。這是因?yàn)镹B/ T 47014 是參照ASMEⅨ編制的，只是為了更好地適應(yīng)國內(nèi)實(shí)際情況，增加了更嚴(yán)格的區(qū)分條件。由于NB/ T 47014 相較于ASMEⅨ對(duì)螺柱焊的要求更加嚴(yán)苛，所以不再對(duì)ASME Ⅸ進(jìn)行分析，將著重分析NB/ T 47014 和ISO 14555 的異同點(diǎn)，具體見表1。

1.1 對(duì)母材的要求

NB/ T 47014 對(duì)母材的要求：底板（管）母材類別號(hào)與螺柱材料類別號(hào)的組合改變后，要重新進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。NB/ T 47014 中表1 明確了材料的劃分原則，首先是類別號(hào)的劃分，也就是通常所說的一類鋼（低碳鋼）、二類鋼（低合金鋼）、三類鋼（鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼）和四類鋼（奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼）等；每一類別號(hào)下又細(xì)分為不同的組別號(hào)，所以說一個(gè)類別號(hào)可以覆蓋很多鋼牌號(hào)。比如，一類鋼包含了20號(hào)鋼、Q235 鋼和16MnDR 鋼等。而ISO 14555 主要明確了一條原則：某一組的一個(gè)鋼種所進(jìn)行的工藝試驗(yàn)，適用于該組中具有相同或更低屈服強(qiáng)度的鋼種。由此可以看出，NB/ T 47014 和ISO 14555 對(duì)母材的要求在一定程度上還是有差別的。例如，同一種螺柱需要焊接在20 號(hào)鋼和Q235 鋼兩種母材上，按照NB/ T 47014 的規(guī)定，20 號(hào)鋼和Q235 鋼兩種母材隨便選擇一個(gè)即可；而按照ISO 14555 的規(guī)定，則必須選擇20 號(hào)鋼的母材，這是因?yàn)?0 號(hào)鋼的屈服強(qiáng)度比Q235 高。

表1 NB/ T 47014 和ISO 14555 關(guān)于螺柱焊評(píng)定的異同點(diǎn)分析

對(duì)于母材厚度，NB/ T 47014 沒有要求，也就是默認(rèn)為已批準(zhǔn)的工藝評(píng)定適用于所有的母材厚度；ISO 14555 則更嚴(yán)謹(jǐn)一些，列出了最小母材厚度。

在大型LNG 儲(chǔ)罐領(lǐng)域，由于螺柱和母材的種類都比較單一，且最薄板為5mm，所以在母材的適用原則上，NB/ T 47014 和ISO 14555 都是可以遵循的。

1.2 對(duì)螺柱尺寸的要求

通過表1 可以看出，NB/ T 47014 對(duì)螺柱尺寸的要求比較直接：改變螺柱焊端部的尺寸和形狀就要重新進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。而ISO 14555 對(duì)螺柱尺寸的要求界定了一個(gè)范圍：兩個(gè)不同直徑螺柱的工藝試驗(yàn)可覆蓋兩個(gè)直徑之間的所有直徑。

當(dāng)螺柱直徑發(fā)生變化時(shí)，焊接時(shí)的相關(guān)參數(shù)肯定也會(huì)有相應(yīng)的變化，所以NB/ T 47014 對(duì)螺柱尺寸的要求比較嚴(yán)謹(jǐn)一些，這無可厚非。但為了減少工藝評(píng)定的數(shù)量，應(yīng)該參考ISO 14555 界定一個(gè)固定的螺柱直徑范圍值。

1.3 對(duì)其他電特性的要求

對(duì)螺柱焊其他電特性的要求，由表1 可以看出，NB/ T 47014 給出了一些數(shù)值變化范圍的要求，所以相對(duì)于ISO 14555 更加嚴(yán)格，也更加適用于實(shí)際操作。

2 工藝評(píng)定試驗(yàn)項(xiàng)目及合格標(biāo)準(zhǔn)

NB/ T 47014 和ISO 14555 對(duì)螺柱焊工藝評(píng)定項(xiàng)目和合格標(biāo)準(zhǔn)的分析見表2。由表可以看出，NB/ T 47014 給出了統(tǒng)一的螺柱焊評(píng)定試驗(yàn)和合格標(biāo)準(zhǔn)，且合格標(biāo)準(zhǔn)比ISO 14555 更嚴(yán)格，對(duì)實(shí)際焊接質(zhì)量更易把控。

表2 NB/ T 47014 和ISO 14555 關(guān)于螺柱焊試驗(yàn)項(xiàng)目及合格標(biāo)準(zhǔn)的異同點(diǎn)分析

3 結(jié)語

通過NB/ T 47014 和ISO 14555 關(guān)于螺柱焊評(píng)定因素、有效范圍、評(píng)定試驗(yàn)項(xiàng)目及合格標(biāo)準(zhǔn)等幾個(gè)方面的對(duì)比，可以看出，在大型LNG 儲(chǔ)罐領(lǐng)域，NB/ T 47014 完全可以用于指導(dǎo)螺柱焊工藝評(píng)定的實(shí)施。但NB/ T 47014 也有需要不斷完善的地方，具體可借鑒ISO 14555 的以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)母材厚度的適用范圍應(yīng)增加最小厚度；

（2）改變螺柱直徑的評(píng)定原則，界定一個(gè)固定的螺柱直徑的范圍值，減少評(píng)定數(shù)量，節(jié)省成本。

綜合考慮，建議選擇NB/ T 47014 作為大型LNG儲(chǔ)罐螺柱焊工藝評(píng)定的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，這也符合國產(chǎn)化、中國制造的大趨勢(shì)。