14Cr1MoR 制臨氫壓力容器焊接工藝評定理化試驗(yàn)項(xiàng)目探討

馬健

（上海石化機(jī)械制造有限公司，上海 200540）

關(guān)鍵字：14Cr1MoR；臨氫；壓力容器；焊接工藝評定；理化試驗(yàn)項(xiàng)目

14Cr1MoR 屬于Cr-Mo 系耐熱鋼，與公稱成分同為1.25Cr-0.5Mo 的美國鋼號A/SA-387 Grade 11 Class 2 的化學(xué)成分及力學(xué)性能相當(dāng)，具有良好的耐高溫性能和抗腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于石油化工、煤化工行業(yè)中的加氫反應(yīng)器、焦炭塔、催化裂化反應(yīng)器等臨氫設(shè)備。

2008 年，API（美國石油協(xié)會）頒布了針對1.25Cr-0.5Mo 鋼制臨氫壓力容器的技術(shù)規(guī)范-API RP 934-C 2008[1]（后簡稱934-C），在設(shè)計(jì)、材料、制造、檢驗(yàn)等方面都提出了較ASME 鍋爐及壓力容器規(guī)范高得多的要求。國內(nèi)各設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的14Cr1MoR制臨氫壓力容器，絕大多數(shù)均編制了技術(shù)條件，其格式和內(nèi)容大都參照934-C（ API RP 934-C 的最新版為2019 版，兩個版本中關(guān)于焊接工藝評定的內(nèi)容，除文字表述有所不同外，無本質(zhì)區(qū)別。由于本文引用的條件1 ～條件3 編制日期均在2019 年之前，故參照的版本仍為2008 版）。這些技術(shù)條件要求的焊接工藝評定理化試驗(yàn)項(xiàng)目的類型基本相同，但對各試驗(yàn)項(xiàng)目的具體要求存在著一定的差異，部分要求明顯不合理甚至錯誤。

本文擬對這些技術(shù)條件中焊接工藝評定理化試驗(yàn)項(xiàng)目的具體要求，與文獻(xiàn)[1]及NB/T 47014-2011 《承壓設(shè)備焊接工藝評定》[2]（后簡稱47014）中的對應(yīng)條款進(jìn)行對比和分析。同時參照國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和工程實(shí)踐，給出作者的個人建議，為設(shè)計(jì)人員編制技術(shù)條件和焊接技術(shù)人員進(jìn)行焊接工藝評定提供有益的參考。

1 理化試驗(yàn)項(xiàng)目對比與分析

筆者選取了三家不同設(shè)計(jì)單位編制的14Cr1MoR制臨氫壓力容器技術(shù)條件（后分別簡稱為條件1、條件2、條件3），與文獻(xiàn)[1-2]中相應(yīng)條款進(jìn)行對比和分析。

在進(jìn)行對比及分析前，首先要引入模擬焊后熱處理的概念。模擬焊后熱處理指的是對試件進(jìn)行的特定熱處理，用以模擬容器在實(shí)際制造過程中及設(shè)備服役后可能經(jīng)歷的所有焊后熱處理過程，分為最小模擬焊后熱處理和最大模擬焊后熱處理。條件1 ～ 3 均參照934-C[1]引入了此概念。

模擬最小熱處理（后簡寫為Min.PWHT）指的是對試件進(jìn)行的模擬容器實(shí)際制造過程中可能經(jīng)歷的最小程度的焊后熱處理（包括奧氏體化和回火、一次焊后熱處理）。模擬最大熱處理（后簡寫為Max.PWHT）指的是對試件進(jìn)行的模擬容器實(shí)際制造過程中及設(shè)備服役后可能經(jīng)歷的最大程度的熱處理（包括奧氏體化和回火、一次設(shè)備最終熱處理、一次可能用到的制造單位對容器返修后再次進(jìn)行的焊后熱處理、至少一次額外的容器使用單位將來可能用到的焊后熱處理）[1]。

下面對焊接工藝評定各理化試驗(yàn)項(xiàng)目逐一進(jìn)行對比和分析。

1.1 室溫接頭拉伸試驗(yàn)

條件1 ～ 3、文獻(xiàn)[1-2]對焊接工藝評定室溫接頭拉伸試驗(yàn)的要求如表1 所示。

表1 室溫接頭拉伸試驗(yàn)要求匯總Table 1 Summary of requirements for transverse tensile test at room temperature

從表1 可以看出，47014[2]、934-C[1]、條件1 ～ 3均要求進(jìn)行室溫接頭拉伸試驗(yàn)，但對試件數(shù)量及模擬焊后熱處理狀態(tài)的要求并不一致。

47014 規(guī)定“試樣的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的母材抗拉強(qiáng)度的最低值”，即只對抗拉強(qiáng)度的下限有要求。934-C[1]和條件1 ～ 3 均規(guī)定試樣的抗拉強(qiáng)度應(yīng)符合對母材抗拉強(qiáng)度的要求，即對其下限和上限均有要求。隨著焊后熱處理保溫時間的延長，焊接接頭在室溫條件下的抗拉強(qiáng)度會有所下降，故其在Max.PWHT 條件下最低而在Min.PWHT 條件下最高。試樣的抗拉強(qiáng)度在Max.PWHT 條件下合格，僅能推斷出其Min.PWHT 條件下也會高于母材抗拉強(qiáng)度合格值的下限，而無法判斷其在Min.PWHT 條件下是否會超過母材抗拉強(qiáng)度合格值的上限。根據(jù)上述分析，筆者認(rèn)為，國內(nèi)設(shè)計(jì)單位規(guī)定的室溫接頭拉伸試驗(yàn)同時在Max.PWHT 和Min.PWHT 條件下進(jìn)行的要求是合理的，應(yīng)予執(zhí)行。

條件1 及條件2 均規(guī)定試件數(shù)量為2 件（Max.PWHT 條件和Min.PWHT 條件各1 件），試件總數(shù)未違反47014 的規(guī)定。但是考慮到當(dāng)容器在制造單位熱處理后返修或在使用單位服役后返修，其后對其再次進(jìn)行焊后熱處理的情況，根據(jù)47014 中“試件保溫時間不得少于焊件在制造過程中累計(jì)保溫時間的80%”的規(guī)定，此時在Min.PWHT 條件下進(jìn)行室溫接頭拉伸試驗(yàn)的試件將由于保溫時間太短無效，而Max.PWHT 條件下進(jìn)行試驗(yàn)的試件雖然有效但數(shù)量只有1 件，拉伸試驗(yàn)的試件數(shù)量不符合47014 的規(guī)定，焊接工藝評定無效。根據(jù)上述分析，筆者建議，試件數(shù)量可按條件3 執(zhí)行，即Max.PWHT 和Min.PWHT條件下各2 件。

條件1 規(guī)定（試驗(yàn)）符合GB/T 2651—2008[3]。GB/T 2651—2008 《焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法》[3]（后簡稱2651）規(guī)定：當(dāng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行全厚度（當(dāng)厚度大于30 mm）試驗(yàn)時，可從接頭上截取若干個試樣覆蓋整個厚度。而47014 規(guī)定：（厚度大于30mm的試件）當(dāng)試驗(yàn)機(jī)受能力限制不能進(jìn)行全厚度的拉伸試驗(yàn)時，則可將試件在厚度方向上均勻分層取樣。兩個標(biāo)準(zhǔn)的差異在于前者允許多個位置取樣，后者要求只能在一個位置取樣再將其均勻分層。筆者認(rèn)為，取樣方式的差異對試驗(yàn)結(jié)果的影響甚小，考慮到國內(nèi)容器制造單位多年來的習(xí)慣，按47014 規(guī)定取樣既合規(guī)又合理，無須再按2561 重復(fù)取樣和試驗(yàn)。

條件2 規(guī)定（取樣部位為）T/2 處。筆者分析，這可能是設(shè)計(jì)人員機(jī)械照搬了母材機(jī)械性能試驗(yàn)取樣位置的要求，而未考慮到焊接工藝評定接頭拉伸試驗(yàn)的實(shí)際情況，建議取消。

1.2 室溫全焊縫拉伸試驗(yàn)

條件1 ～ 3、文獻(xiàn)[1-2]對焊接工藝評定室溫全焊縫拉伸試驗(yàn)的要求如表2 所示。

表2 室溫全焊縫拉伸試驗(yàn)要求匯總Table 2 Summary of requirements for longitude weld tensile test at room temperature

從表2 可以看出，條件1 ～ 條件3 均要求進(jìn)行室溫全焊縫拉伸試驗(yàn)且對試件數(shù)量及模擬焊后熱處理狀態(tài)的要求完全一致，而47014 和 934-C 均未要求。

筆者查閱了相關(guān)的承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。TSG 11—2020[5]規(guī)定A 級鍋爐鍋筒以及集箱類的縱向焊縫的焊接工藝評定的理化項(xiàng)目應(yīng)包括室溫全焊縫拉伸試驗(yàn)（板厚大于20 mm 時）。BS EN 13445-4[6]對厚度大于或等于20 mm 的焊接工藝評定對接焊縫試件也提出了相同的要求。筆者認(rèn)為，國內(nèi)各設(shè)計(jì)單位鑒于14Cr1MoR 制臨氫壓力容器高溫、高壓、臨氫的特殊服役環(huán)境，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，要求焊接工藝評定增加室溫全焊縫拉伸試驗(yàn)，有其合理性，應(yīng)予執(zhí)行。

條件1 規(guī)定（試驗(yàn)）符合GB/T 2652[3]。GB/T 2652—2008 《焊縫及熔敷金屬拉伸試驗(yàn)方法》[6]（后簡稱2652）規(guī)定：除非應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)對受檢接頭另有規(guī)定，試樣應(yīng)取自焊縫金屬的中心。條件2 規(guī)定（取樣部位為）T/2 處，其對取樣位置的要求與2562 的規(guī)定完全一致。2562 還規(guī)定：每個試樣應(yīng)具有圓形橫截面。試樣的公稱直徑應(yīng)為10 mm。如果無法滿足，直徑應(yīng)盡可能大，且不得小于4 mm。筆者認(rèn)為，條件1 不僅對室溫全焊縫接頭拉伸試驗(yàn)的試件數(shù)量、模擬焊后熱處理提出了要求，其引用標(biāo)準(zhǔn)對試件的取樣位置、形狀、尺寸也做出了詳細(xì)的規(guī)定，應(yīng)予以采用。

1.3 高溫拉伸試驗(yàn)

條件1 ～ 3、文獻(xiàn)[1-2]對焊接工藝評定高溫拉伸試驗(yàn)的要求如表3 所示。

表3 高溫拉伸試驗(yàn)要求匯總Table 3 Summary of requirements for tensile test at elevated temperature

從表3 可以看出，條件1 ～ 條件3 均要求進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)，但對試件數(shù)量及模擬焊后熱處理狀態(tài)的要求并不一致，而47014 和 934-C 均未要求。

焊縫金屬的力學(xué)性能應(yīng)高于或等于母材規(guī)定的限值[7]。對于耐熱鋼，不但要考慮焊縫金屬與母材的常溫強(qiáng)度等強(qiáng)，同時也要使其高溫強(qiáng)度不低于母材標(biāo)準(zhǔn)值的下限要求[8]。而設(shè)備服役時考核的實(shí)際上是整個焊接接頭的性能，故焊接接頭的高溫強(qiáng)度也應(yīng)不低于母材標(biāo)準(zhǔn)值的下限。

條件1 ～ 3 均要求容器母材（鋼板、鍛件）進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)。筆者認(rèn)為，設(shè)計(jì)人員在對母材的高溫強(qiáng)度提出要求的同時，要求焊接工藝評定相應(yīng)增加高溫拉伸試驗(yàn)（接頭及全焊縫）以驗(yàn)證焊縫金屬及焊接接頭的高溫強(qiáng)度，有其合理性，應(yīng)予執(zhí)行。

條件1 ～ 3 均規(guī)定焊接工藝評定高溫拉伸試驗(yàn)合格指標(biāo)與母材相同，即只對高溫強(qiáng)度的下限有要求。由于對強(qiáng)度上限沒有要求，如前1.1 所述，若試樣的強(qiáng)度在Max.PWHT 條件下合格，就能推斷出其在Min.PWHT 條件下也能合格。因此，筆者認(rèn)為，試件僅在Max.PWHT 條件下進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)即可。關(guān)于試件數(shù)量，筆者建議可參照GB/T 713—2014 《鍋爐和壓力容器用鋼板》[9]中高溫拉伸試驗(yàn)取樣數(shù)量1 個/爐的規(guī)定，將接頭高溫拉伸和全焊縫高溫拉伸的試件數(shù)量定為各1 件。

高溫拉伸試驗(yàn)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，目前常用的有5 個，分別為GB/T 228.2—2015 《金屬材料拉伸試驗(yàn)第2部分：高溫試驗(yàn)方法》[10]（后簡稱228.2）、ASTM E21[11]（后簡稱E21）、ISO 6892-2[12]、EN 10002-5[13]（后簡稱10002-5）、JIS G0567[14]。以上標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍均為金屬材料，不包括焊接接頭及全焊縫。筆者咨詢了國內(nèi)幾家權(quán)威的第三方檢測機(jī)構(gòu)，目前確實(shí)沒有專門適用于焊接接頭及全焊縫的高溫拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。在工程實(shí)踐中，這些檢測機(jī)構(gòu)均參照以上適用于金屬材料的標(biāo)準(zhǔn)對焊接接頭及全焊縫進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)。根據(jù)以上分析，筆者認(rèn)為，對于焊接接頭及全焊縫的高溫拉伸試驗(yàn)，可參照國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)228.2進(jìn) 行。

228.2 規(guī)定試樣要求見GB/T 228.1[15]第6 章。而GB/T 228.1 第6 章針對不同的產(chǎn)品類型（分為板材、棒材、線材等），分別在附錄B ～ 附錄E 中對試樣類型做出了規(guī)定，焊接工藝評定試板的產(chǎn)品類型接近于板材，故可參照附錄D 制備試樣（附錄D 為規(guī)范性附錄，規(guī)定了厚度等于或大于3 mm 板材和扁材以及直徑或壁厚等于或大于4 mm 線材、棒材和型材使用的試樣類型。）。附錄D 規(guī)定試樣類型為圓形橫截面比例試樣、矩形橫截面比例試樣、矩形橫截面非比例試樣3 種形狀，并分別在表D1.1 ～ D1.3 給出了每種形狀對應(yīng)的試樣尺寸，但并未規(guī)定這3 種試樣形狀的優(yōu)先級，也未規(guī)定每種試樣形狀對應(yīng)的諸多推薦尺寸的選用原則。

E21[11]規(guī)定只要尺寸允許，試件應(yīng)加工成圓形橫截面比例試樣，試樣的直徑不必大于0.500 英寸（12.7 mm）。引用EN 10002-5[13]的核電標(biāo)準(zhǔn)RCC-M第Ⅲ卷MC 篇[16]規(guī)定高溫拉伸試驗(yàn)的試樣直徑為10 mm，在無法加工時，才允許采用小試樣。以上兩個標(biāo)準(zhǔn)對高溫拉伸試驗(yàn)的試件形狀和尺寸做出了具體的規(guī)定，可以予以借鑒。筆者建議，試樣形狀可定為228.1 附錄D 中的圓形橫截面比例試樣，試樣直徑可參照文獻(xiàn)[16]，在228.1 中表D.1 內(nèi)選取可加工的最大直徑（上限為10 mm）。

228.1 未規(guī)定試樣的取樣位置。筆者建議，高溫全焊縫拉伸試驗(yàn)的試樣取樣位置可參照室溫全焊縫拉伸試驗(yàn)，而同樣高溫條件下接頭拉伸試驗(yàn)的試樣取樣位置，宜與全焊縫拉伸試驗(yàn)一致，即全焊縫高溫拉伸試驗(yàn)和接頭高溫拉伸試驗(yàn)的試樣取樣位置均定為T/2。

1.4 彎曲試驗(yàn)

條件1 ～ 3、文獻(xiàn)[2]對焊接工藝評定彎曲試驗(yàn)試件類型及數(shù)量要求如表4 所示（NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》對焊接工藝評定彎曲試件類型及數(shù)量的規(guī)定系參照ASME Ⅸ[17]編制，兩者無實(shí)質(zhì)區(qū)別。為簡化起見，表4 未將ASME Ⅸ對焊接工藝評定彎曲試件類型及數(shù)量的要求放入）。

表4 彎曲試驗(yàn)試件類型及數(shù)量匯總Table 4 Summary of type and number of transverse bend test

條件1 ～ 3 均規(guī)定彎曲試驗(yàn)僅在Min.PWHT 條件下進(jìn)行，47014 和934-C 引用的ASME Section Ⅸ[17]未規(guī)定試件的模擬熱處理狀態(tài)?？紤]到當(dāng)容器在制造單位熱處理后返修或在使用單位服役后返修，其后對其再次進(jìn)行焊后熱處理的情況，根據(jù)47014 中“試件保溫時間不得少于焊件在制造過程中累計(jì)保溫時間的80%”的規(guī)定，在Min.PWHT 條件下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)的試件將由于保溫時間太短而無效。

筆者推測，設(shè)計(jì)人員的原意可能是認(rèn)為焊接接頭的韌性在Min.PWHT 條件下較差，在Max.PWHT條件下較好。如果彎曲試驗(yàn)在Min.PWHT 下能夠合格，那么在Max.PWHT 條件下也能合格，故僅要求在Min.PWHT 條件下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，但設(shè)計(jì)人員未考慮到前文所述的特殊情況。如為確保彎曲試驗(yàn)試件的模擬熱處理狀態(tài)符合47014 中有關(guān)保溫時間覆蓋范圍的規(guī)定而直接將模擬熱處理狀態(tài)由Min.PWHT 改為Max.PWHT，又缺乏有說服力的依據(jù)。因此，筆者認(rèn)為，可增加Max.PWHT 狀態(tài)下的彎曲試驗(yàn)，即彎曲試驗(yàn)在Max.PWHT 條件下和Min.PWHT 條件下均進(jìn)行。

從表4 可以看出，條件1 ～ 3 均傾向于面彎試驗(yàn)、背彎試驗(yàn)、側(cè)彎試驗(yàn)都進(jìn)行而盡可能避免僅進(jìn)行側(cè)彎試驗(yàn)。條件1、條件3 規(guī)定的“側(cè)彎試樣代替面彎試樣和背彎試樣”的適用條件（分別為T＞20 mm、T≥20 mm）均比47014 的規(guī)定（T≥10 mm）范圍窄，條件2 則規(guī)定任何條件下都不允許僅進(jìn)行側(cè)彎試驗(yàn)。有文獻(xiàn)[18]對焊接試板面彎、背彎、側(cè)彎三種試件進(jìn)行了比較，認(rèn)為由于受到錯邊和焊縫表面缺陷的影響，面彎試件、背彎試件的合格率比側(cè)彎試件低。筆者認(rèn)為，鑒于14Cr1MoR 制臨氫壓力容器高溫、高壓、臨氫的特殊服役環(huán)境，設(shè)計(jì)人員在規(guī)定彎曲試驗(yàn)試件類型時盡可能避免僅進(jìn)行側(cè)彎試驗(yàn)，可以認(rèn)為是適當(dāng)提高了要求，有其合理性，原則上應(yīng)予執(zhí)行。

當(dāng)T＜20 mm 時，條件1 ～ 條件3 均要求2 個面彎試樣+2 個背彎試樣+2 個側(cè)彎試樣，試樣總數(shù)僅比47014 的規(guī)定多了兩個，試樣的加工也沒有問題。因此，筆者認(rèn)為，應(yīng)予執(zhí)行。

當(dāng)T＞20 mm 時，條件1、條件3 與47014 均要求4 個側(cè)彎試樣。而條件2 仍要求2 個面彎試樣+2 個背彎試樣+2 個側(cè)彎試樣，由于側(cè)彎試樣的數(shù)量少于47014 規(guī)定的4 個，為確保試件數(shù)量符合47014的規(guī)定，只能改成2 個面彎試樣+2 個背彎試樣+4個側(cè)彎試樣，試樣的加工雖然沒有問題，但是試件的數(shù)量明顯偏多，不合理。更為重要的是，47014 規(guī)定：當(dāng)T＞10 mm 時，取彎曲試樣厚度S= 10 mm，從試樣受壓面去除多余厚度。因此，當(dāng)T＞20 mm 時，按47014 制備的面彎試樣、背彎試樣將無法保證彎曲試驗(yàn)時的受拉面覆蓋整個試板厚度。綜上所述，筆者認(rèn)為，條件2 的要求不合理，應(yīng)改為4 個側(cè)彎試樣。

當(dāng)T= 20 mm 時，按47014 制備的面彎試樣、背彎試樣正好保證能夠彎曲試驗(yàn)時的受拉面覆蓋整個試板厚度。從這點(diǎn)考慮，筆者認(rèn)為，條件1 及條件2規(guī)定要求進(jìn)行面彎試驗(yàn)和背彎試驗(yàn)的要求有其合理性，應(yīng)予執(zhí)行。但其規(guī)定的側(cè)彎試樣數(shù)量為2 件，不符合47014 的規(guī)定，故應(yīng)將數(shù)量改為4 個。

1.5 沖擊試驗(yàn)

條件1 ～ 3、文獻(xiàn)[1-2]對焊接工藝評定沖擊試驗(yàn)的要求如表5 所示。

表5 沖擊試驗(yàn)要求匯總Table 5 Summary of requirements for impact test

從表5 可以看出，47014、934-C、條件1 ～ 3 均要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)但對試件模擬焊后熱處理狀態(tài)、取樣部位、取樣位置的要求并不一致。

除47014 外，934-C 及條件1 ～ 3 均要求沖擊試驗(yàn)同時在Max.PWHT 條件下及Min.PWHT 條件下進(jìn)行。筆者認(rèn)為，47014 是通用標(biāo)準(zhǔn)，而934-C 是針對1.25Cr-0.5Mo 鋼制臨氫壓力容器編制的專用規(guī)范，應(yīng)按934-C 執(zhí)行，即沖擊試驗(yàn)應(yīng)同時在Max.PWHT 和Min.PWHT 條件下進(jìn)行。

條件1 及條件2 增加了對母材的沖擊試驗(yàn)要求。筆者認(rèn)為，設(shè)計(jì)人員的原意可能是為了對焊縫、熱影響區(qū)、母材的沖擊性能進(jìn)行對比。如果是這樣的話，將母材質(zhì)量證明文件中的沖擊值記入焊接工藝評定報(bào)告即可，沒有必要再重新加工試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。因此，筆者建議取消對母材的沖擊試驗(yàn)要求，改為要求將質(zhì)量證明文件中的母材沖擊值記入焊接工藝評定報(bào)告。

關(guān)于沖擊試樣的取樣位置，當(dāng)材料標(biāo)準(zhǔn)沒有（對取樣位置）規(guī)定時，條件3 與47014 的要求實(shí)際上是一致的。筆者推測，設(shè)計(jì)人員的本意可能是完全參照47014 規(guī)定的取樣位置，但技術(shù)條件不準(zhǔn)備放入47014 中“圖10 沖擊試樣位置圖”。為了確保在無圖的情況下，仍能清晰表述出取樣位置，故在文字表述上做了一定的改動。但設(shè)計(jì)人員遺漏了47014 中“（取樣位置）c1，c2按材料規(guī)定執(zhí)行。當(dāng)材料標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定時………”這句前提。

根據(jù)47014“（取樣位置）c1，c2按材料規(guī)定執(zhí)行”的規(guī)定，條件1 ～ 3 均規(guī)定母材沖擊試驗(yàn)的取樣位置為T/2 處，故對于焊接工藝評定的沖擊試驗(yàn)，T/2 處也應(yīng)取樣。條件3 規(guī)定的取樣位置未包括T/2 處，如僅按其規(guī)定的取樣位置取樣，與47014 的規(guī)定不符，沖擊試驗(yàn)無效。

對于普通14Cr1MoR 制壓力容器，設(shè)計(jì)人員可能不會編制專門的技術(shù)條件，也不會對材料沖擊試樣的取樣位置作出規(guī)定，此時則應(yīng)根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)中沖擊試樣取樣位置的規(guī)定來確定焊接工藝評定試件沖擊試樣的取樣位置。14Cr1MoR 的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 713—2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》[19]規(guī)定：力學(xué)性能試驗(yàn)取樣按GB/T 2975[20]的規(guī)定。對于厚度大于40mm的鋼板，沖擊試樣的軸線應(yīng)位于厚度T/4 處。根據(jù)需方要求，經(jīng)供需雙方協(xié)議，沖擊試樣的軸線可位于厚度T/2 處。GB/T 2975 對不同厚度（t）板材沖擊試樣取樣位置的規(guī)定如下：

當(dāng)t＜28 mm 時，取樣部位為表面下≤2 mm；

當(dāng)28 ≤t＜40 mm 時，取樣部位為表面下≤2 mm 或T/4。

當(dāng)t≥40 mm 時，取樣部位為T/4 或T/2 （GB/T 2975[20]規(guī)定取樣部位為表面下2 mm 或T/4 或T/2，表面≤2 mm 的取樣位置不符合GB/T 713—2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》的規(guī)定，故未放入。）具體位置應(yīng)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或合同中規(guī)定，未規(guī)定時，取樣位置為T/4。

對于未規(guī)定沖擊試驗(yàn)試樣取樣位置的普通14Cr1MoR 制壓力容器，當(dāng)T= 40 mm 時，按47014，沖擊試驗(yàn)的試樣取樣位置應(yīng)按鋼板要求定為T/4 處，而條件3 規(guī)定的取樣位置則在距鋼板表面0.5 ～ 2 mm處。如僅按其規(guī)定的取樣位置取樣，同樣與47014 的規(guī)定不符，沖擊試驗(yàn)無效。

綜上所述，由于設(shè)計(jì)人員在編制條件3 時未對其規(guī)定的沖擊試樣的取樣位置參照47014 設(shè)置前提，如僅按條件3 要求進(jìn)行取樣、試驗(yàn)，無論是對于通常情況下規(guī)定母材沖擊試驗(yàn)取樣位置為T/2 的14Cr1MoR 制臨氫壓力容器，還是對于未規(guī)定沖擊試驗(yàn)試樣取樣位置的普通14Cr1MoR 制壓力容器，都將因?yàn)闆_擊試驗(yàn)取樣位置不符合47014 的要求而產(chǎn)生焊接工藝評定無效的嚴(yán)重后果。

筆者建議，可將取樣位置定為：取樣位置須符合47014 的規(guī)定，同時應(yīng)包括T/2。這樣不但能夠避免出現(xiàn)類似條件3 那樣的與47014 不符的情況，而且也便于制造單位的焊接技術(shù)人員進(jìn)行焊接工藝評 定。

1.6 硬度試驗(yàn)

條件1 ～ 3、文獻(xiàn)[1-2]對焊接工藝評定硬度試驗(yàn)的要求如表6 所示。

表6 硬度試驗(yàn)要求匯總表Table 6 Summary table of requirements for hardness test

從表6 可以看出，除47014 外，934-C 及條件1 ～ 3 均要求進(jìn)行斷面硬度檢測。筆者認(rèn)為，47014 是通用標(biāo)準(zhǔn)，而 934-C 是針對1.25Cr-0.5Mo 鋼制臨氫壓力容器編制的專用規(guī)范，應(yīng)按934-C 的規(guī)定進(jìn)行硬度檢測。

如前所述，隨著焊后熱處理保溫時間的延長，焊接接頭在室溫條件下的抗拉強(qiáng)度會有所下降，故其在Max.PWHT 條件下最低，而在Min.PWHT 條件下最高。由于硬度與強(qiáng)度有一定的線形關(guān)系，因此Min.PWHT 條件下硬度最高。硬度合格指標(biāo)只有上限要求，如Min.PWHT 條件下硬度不超過上限，則Max.PWHT 條件下硬度也不會超過上限。因此，筆者認(rèn)為，僅要求在Min.PWHT 條件下進(jìn)行硬度試驗(yàn)是合理的。

圖1 為934-C 規(guī)定的斷面硬度標(biāo)線位置及測點(diǎn)位置。 934-C 及條件1 ～ 3 均要求在正面表面下和背面表面下設(shè)置標(biāo)線，后者規(guī)定的標(biāo)線位置與前者規(guī)定的位置相差0.1 mm。筆者注意到，圖1 中標(biāo)線距離表面的距離標(biāo)注為：1/16 in（1.5 mm），將1/16 in換算成公制單位并精確至0.01 mm，數(shù)值為1.59 mm，再四舍五入至0.1 mm，最終得到了1.6 mm。筆者推測，這可能是條件1 ～ 3 規(guī)定的標(biāo)線距離表面1.6 mm的出 處。

圖1 934-C 規(guī)定的斷面硬度標(biāo)線位置及測點(diǎn)位置Fig.1 Locations of hardness indentations as specified in 934-C

標(biāo)線位置相差0.1 mm 對檢測結(jié)果的影響可以忽略。因此，筆者建議，將標(biāo)線位置定為距上、下表面1.5 mm，以與934-C 的要求保持一致。

條件1 及條件2 均在T/2 處增加了標(biāo)線位置。筆者分析，設(shè)計(jì)人員可能是參照934-C 中母材機(jī)械性能試樣取樣位置為T/2 處的規(guī)定而增加了此處標(biāo)線位置，但實(shí)際上此位置針對的是母材的拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，934-C 并未要求對母材進(jìn)行硬度檢測，這樣直接機(jī)械照搬缺乏依據(jù)。條件3 對斷面硬度的標(biāo)線位置增加了背面T/4 處位置，此位置與47014 規(guī)定的T＞40 mm 時沖擊試樣的取樣位置一致。

焊接接頭在施焊過程中，第二層焊道對前一層起著一個回火焊道的作用，第二層焊道形成的細(xì)晶區(qū)能夠覆蓋第一層焊道所形成的粗晶區(qū)，從而改善粗晶區(qū)的冶金性能，以起到焊后熱處理的實(shí)際效果[21]。而最后的蓋面焊道，由于沒有后續(xù)的回火焊道，硬度最高。斷面硬度的合格指標(biāo)只有上限，只要最后焊道表面硬度合格，就可以推斷出整個焊縫的其他部位也能合格。根據(jù)上述分析，筆者認(rèn)為，標(biāo)線位置可僅取上、下表面1.5 mm 處，無須再增加其他標(biāo)線位置。

1.7 化學(xué)分析

條件1 ～ 3、文獻(xiàn)[1-2]對焊接工藝評定化學(xué)分析的要求如表7 所示。

從表7 可以看出，條件1 ～ 3 均要求進(jìn)行化學(xué)分析但對試件數(shù)量的要求存在較大的差異，而47014 和934-C 均未要求。

表7 化學(xué)分析要求匯總Table 7 Summary of requirements for chemical composition

Cr-Mo 鋼材料焊材選用時為了使焊縫金屬具有與母材同樣的使用性能，因此要求其焊縫金屬的鉻、鉬含量不得低于母材標(biāo)準(zhǔn)值的下限[8]。此外，還應(yīng)控制S、P 等雜質(zhì)元素的含量，以提高沖擊韌性和提高抗回火脆性（371 ～ 593℃）[22]。筆者認(rèn)為，國內(nèi)各設(shè)計(jì)單位鑒于14Cr1MoR 制臨氫壓力容器高溫、高壓、臨氫的特殊服役環(huán)境，為了確保焊縫金屬的化學(xué)成分，在技術(shù)條件中規(guī)定焊接工藝評定理化試驗(yàn)項(xiàng)目包括化學(xué)分析，這個要求是合理的，應(yīng)予執(zhí)行。但條件3 要求試件數(shù)量為6 件，明顯偏多，不合理。

目前工程實(shí)踐中進(jìn)行化學(xué)分析主要采用以下三種方式：①先制備試樣，然后在直讀式光譜儀上檢測；②采用便攜式光譜儀直接在設(shè)備上檢測；③先鉆取屑片，然后采用重量分析法或滴定分析法檢測。條件1及條件3 均要求在室溫拉伸試驗(yàn)的斷裂試樣焊縫上取樣。由于14Cr1MoR 鋼焊接接頭的韌性非常好，焊接工藝評定室溫拉伸試件在拉伸后發(fā)生的斷裂為韌性斷裂，斷裂部位被拉長，出現(xiàn)放射形及人字形的斷口，故無法采用方式①制備試樣，也無法采用方式②直接檢測，只能采用方式③檢測。而采用方式③應(yīng)用的重量分析法或滴定分析法進(jìn)行化學(xué)分析，不但檢測周期長、費(fèi)用高，而且現(xiàn)在國內(nèi)只有少數(shù)鋼廠和科研機(jī)構(gòu)能進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，非常不方便。

筆者查閱了國內(nèi)其他行業(yè)（電力、核電、造船、鋼結(jié)構(gòu)）的焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)，僅發(fā)現(xiàn)核電焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20002.3—2013[23]規(guī)定焊接工藝評定進(jìn)行化學(xué)分析，并給出了具體要求：化學(xué)分析試樣應(yīng)取自稀釋區(qū)之外的熔敷金屬。當(dāng)要求進(jìn)行縱向拉伸試驗(yàn)時，化學(xué)分析應(yīng)從拉伸試樣的延長端取樣，以保證試樣選擇在稀釋區(qū)以外的區(qū)域。這里的縱向拉伸試驗(yàn)即前1.2 所述的全焊縫拉伸試驗(yàn)。

筆者建議，對于焊接工藝評定的化學(xué)分析試樣，可參照文獻(xiàn)[23]的規(guī)定，在全焊縫拉伸試樣的延長段取樣，這樣加工試件時可以在延長段留一定的加工余量，在直讀式廣光譜儀上檢測，檢測后再加工至規(guī)定尺寸，進(jìn)行拉伸試樣。關(guān)于試件數(shù)量，前1.2中條件1 ～ 3 均要求2 個全焊縫拉伸試驗(yàn)試件（Max.PWHT 條件下和Min.PWHT 條件下各1 個）。筆者認(rèn)為，可在這2 個試樣的延長段進(jìn)行取樣，即化學(xué)分析試驗(yàn)試樣的數(shù)量定為2 件。

2 理化試驗(yàn)要求匯總

根據(jù)前1.1 ～ 1.7 對拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)等各理化試驗(yàn)項(xiàng)目的分析，筆者修改、取消了條件1 ～ 3 中的一些不合理之處，并對其中的部分未明確之處進(jìn)行了補(bǔ)充，整理出如表8 所示的理化試驗(yàn)項(xiàng)目匯總表。

表8 理化試驗(yàn)項(xiàng)目要求匯總Table 8 Summary of requirements for physical and chemical test items

3 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)人員針對14CrMoR 制臨氫壓力容器高溫、高壓、臨氫的特殊服役環(huán)境，要求焊接工藝評定增加高溫拉伸、化學(xué)分析等試驗(yàn)項(xiàng)目，有其合理性并符合工程實(shí)踐，應(yīng)予執(zhí)行。

（2）設(shè)計(jì)人員提出的焊接工藝評定拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、化學(xué)分析等試驗(yàn)項(xiàng)目的具體要求，存在一些不合理之處，應(yīng)予以修 改。

（3）焊接技術(shù)人員在設(shè)計(jì)14CrMoR 制臨氫壓力容器的焊接工藝評定時，對于設(shè)計(jì)人員提出的理化試驗(yàn)項(xiàng)目和具體要求，應(yīng)認(rèn)真分析、深入研究、全面考慮，必要時應(yīng)增補(bǔ)試件。否則，如完全照搬執(zhí)行，完成的焊接工藝評定可能會因不符合47014 的規(guī)定，而導(dǎo)致評定無效或不能覆蓋設(shè)備焊縫。