GB/T 40800-2021《鑄鋼件焊接工藝評(píng)定規(guī)范》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)解讀

曹健峰，呂昌略，劉建軍

（中車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝研究所有限公司，江蘇常州 213011）

1 標(biāo)準(zhǔn)概況

焊接工藝評(píng)定是焊接質(zhì)量管理體系中的重要過(guò)程。通過(guò)焊接工藝評(píng)定，檢驗(yàn)擬訂的焊接工藝預(yù)規(guī)程焊制的焊接接頭的使用性能是否符合設(shè)計(jì)要求，并為正式制定焊接工藝指導(dǎo)書(shū)或焊接工藝卡提供可靠的依據(jù)。我國(guó)在焊接質(zhì)量保證的各個(gè)環(huán)節(jié)，如焊接人員考核、焊接工藝評(píng)定、焊接工藝規(guī)程、焊接材料等，均建立了比較完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，也開(kāi)展了大量的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)，制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。其中焊接工藝評(píng)定在承壓設(shè)備[1]、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道[2]、石油輸氣管道[3]、鋼結(jié)構(gòu)[4]等多領(lǐng)域均已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，但在鑄鋼件的焊接工藝評(píng)定上尚處于空白狀態(tài)。

本標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)2018 年3月8 日下達(dá)的2018 年第一批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃項(xiàng)目（國(guó)標(biāo)委綜合[2018]25 號(hào)），計(jì)劃項(xiàng)目編號(hào)：20180216-T-469。本標(biāo)準(zhǔn)是在ISO 11970:2016 的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)鑄鋼件焊接生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)ISO 11970:2016 所確定的方法做了適當(dāng)修訂編制而成，已于2021 年10 月11 日發(fā)布，并于2022 年5月1 日正式實(shí)施。

2 標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

2.1 適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)適用于鑄鋼件的電弧焊工藝評(píng)定。制造企業(yè)應(yīng)在焊接工藝實(shí)施之前完成焊接工藝評(píng)定，以驗(yàn)證所擬定的試件焊接工藝的正確性。焊接工藝評(píng)定的一般過(guò)程：

（1）根據(jù)鑄鋼材料的焊接性能，按照設(shè)計(jì)文件、制造工藝以及GB/T 19868.3 規(guī)定，擬定焊接工藝預(yù)規(guī)程（pWPS）；

（2）施焊試件和制取試樣；

（3）檢測(cè)焊接試件是否符合規(guī)定；

（4）形成焊接工藝評(píng)定報(bào)告。

2.2 試件的制備與焊接

試件的形式主要分為兩大類(lèi)，補(bǔ)焊接頭形式與對(duì)接接頭形式，其中補(bǔ)焊接頭形式又分為凹坑型與穿透型兩種形式，這也是鑄鋼件生產(chǎn)中最常見(jiàn)的接頭形式，對(duì)接接頭形式主要是管的對(duì)接與板的對(duì)接兩種形式。制造企業(yè)按照焊接工藝預(yù)規(guī)程焊接試件。

2.3 試件的檢驗(yàn)

試件的檢驗(yàn)按照表1 進(jìn)行，針對(duì)測(cè)試內(nèi)容射線檢測(cè)或超聲檢測(cè)、表面裂紋檢測(cè)、橫向拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等均增加了補(bǔ)充規(guī)定，如超聲波檢測(cè)，考慮到8mm 以下焊縫超聲波探傷后如何進(jìn)行等級(jí)評(píng)定沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，此外，奧氏體材料由于晶粒粗大，組織不均，超聲波探傷難度較大，因此明確規(guī)定“超聲波檢測(cè)不適用于厚度小于8mm 的試件，且不適用于奧氏體材料”。對(duì)于腐蝕試驗(yàn)，多數(shù)鑄鋼材料并不要求，因此將其歸入附加試驗(yàn)，其他如橫向拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)以及宏觀金相，根據(jù)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家的焊接工藝評(píng)定，對(duì)其測(cè)試范圍進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。試件的所有檢驗(yàn)應(yīng)該在要求的焊后熱處理結(jié)束之后進(jìn)行，針對(duì)如Cr-Mo 鋼、低合金高強(qiáng)度鑄鋼等有延遲裂紋傾向的鑄鋼需要在24h 之后才能進(jìn)行檢驗(yàn)。

表1 試件的檢驗(yàn)項(xiàng)目

2.4 破壞性試驗(yàn)及結(jié)果評(píng)價(jià)

破壞性試驗(yàn)主要有橫向拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、宏觀金相、微觀金相、沖擊試驗(yàn)以及硬度測(cè)試等檢測(cè)項(xiàng)點(diǎn)，針對(duì)每個(gè)檢測(cè)項(xiàng)點(diǎn)均明確了合格評(píng)價(jià)方式以貼合實(shí)際應(yīng)用。橫向拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)都分別增加了對(duì)異種鋼焊接接頭的規(guī)定，如橫向拉伸試驗(yàn)要求每個(gè)試樣的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于兩種母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值下限的較低值，沖擊試驗(yàn)要求在每側(cè)母材熱影響區(qū)分別取樣。

本標(biāo)準(zhǔn)增加了對(duì)彎曲試驗(yàn)的規(guī)定。從試驗(yàn)?zāi)康膩?lái)看，橫向拉伸試驗(yàn)的目的是測(cè)試焊接接頭的抗拉強(qiáng)度，彎曲試驗(yàn)則是檢驗(yàn)焊接接頭拉伸面上的塑性，同時(shí)可反應(yīng)出各區(qū)域的塑性差別，這兩項(xiàng)試驗(yàn)互為補(bǔ)充，可充分驗(yàn)證焊接接頭的力學(xué)性能。關(guān)于試樣的復(fù)試，重點(diǎn)增加了沖擊試樣試驗(yàn)不合格時(shí)的復(fù)試規(guī)定，在沖擊試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)設(shè)備、試樣與試驗(yàn)過(guò)程都可能會(huì)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，當(dāng)出現(xiàn)一組試樣的試驗(yàn)結(jié)果不合格時(shí)（如單個(gè)值低于規(guī)定值的70%），可取三個(gè)附加試樣進(jìn)行附加試驗(yàn)。

2.5 工藝評(píng)定適用范圍

制造企業(yè)獲得的焊接工藝評(píng)定規(guī)范僅適用在其相同質(zhì)量和技術(shù)控制的車(chē)間或現(xiàn)場(chǎng)焊接。鑄鋼材料種類(lèi)繁多，為了減少焊接工藝評(píng)定的數(shù)量，對(duì)鑄鋼件材料進(jìn)行了分組，分組方式仍沿用ISO 11970:2016 標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，當(dāng)母材組別改變時(shí)應(yīng)重新進(jìn)行評(píng)定。對(duì)于異種材料鑄鋼件的焊接，由于接頭成分、性能、組織分布不均勻，因此即使這兩種母材各自都已評(píng)定合格，其異種鋼焊接接頭仍應(yīng)重新評(píng)定，而采用過(guò)渡層的異種鋼焊接，無(wú)論是母材或過(guò)渡層材質(zhì)有任何改變，其焊接工藝應(yīng)重新評(píng)定。

焊接工藝通用規(guī)則中，對(duì)于焊接方法，經(jīng)評(píng)定合格的焊接工藝僅適用于評(píng)定時(shí)所用的焊接方法，并且只能用同一焊接工藝評(píng)定同一焊接方法，不應(yīng)使用其他焊接方法評(píng)定，在實(shí)際中存在很多此類(lèi)情形，為避免引起不同的爭(zhēng)執(zhí)，本標(biāo)準(zhǔn)做統(tǒng)一規(guī)定。對(duì)同一條焊縫使用兩種或兩種以上焊接方法（或焊接工藝）時(shí)，可按每一種焊接方法（或焊接工藝）分別進(jìn)行評(píng)定，也可使用兩種或兩種以上的焊接方法（或焊接工藝）焊接試件，進(jìn)行組合評(píng)定。組合評(píng)定合格后，可以單獨(dú)采用其中一種或幾種焊接方法（或焊接工藝），但要保證每一種焊接方法（或焊接工藝）所熔覆的焊縫金屬厚度都在已評(píng)定的各自有效范圍內(nèi)，且所使用的焊接方法（或焊接工藝）順序有效。

焊接試板時(shí)不同位置的焊接熱輸入有所不同，焊接熱輸入會(huì)對(duì)焊縫區(qū)及熱影響區(qū)組織產(chǎn)生影響，從而改變焊縫及熱影響區(qū)性能。熱輸入越大，焊縫區(qū)及熱影響區(qū)組織越粗大，韌性越差，熱輸入過(guò)小，焊縫及熱影響區(qū)硬度偏低。因此，對(duì)于試件取樣位置，在有沖擊試驗(yàn)和（或）硬度試驗(yàn)要求時(shí)，為了評(píng)定所有的位置，沖擊試樣應(yīng)取自熱輸入最高的焊縫部位，硬度試樣應(yīng)取自熱輸入最低的焊縫部位。同時(shí)為滿足沖擊試驗(yàn)和（或）硬度試驗(yàn)，如不要求在單一位置做評(píng)定，則應(yīng)在不同焊接位置焊制兩塊試件；當(dāng)要求對(duì)所有位置進(jìn)行評(píng)定時(shí)，兩塊試件均應(yīng)進(jìn)行全面的目視檢測(cè)和無(wú)損檢測(cè)。

由于單層焊與多層焊對(duì)材料的力學(xué)性能影響差異很大，針對(duì)評(píng)定合格的焊接工藝，從多層焊改為單層焊和相反的情況下，都需要重新評(píng)定。為便于熱輸入值的計(jì)算，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱輸入計(jì)算公式及一般焊接方法對(duì)應(yīng)的熱效率系數(shù)進(jìn)行了規(guī)定。當(dāng)有沖擊試驗(yàn)要求時(shí)，熱輸入上限值不得高于在焊接試件時(shí)熱輸入值的115%，當(dāng)有硬度試驗(yàn)要求時(shí)，熱輸入下限值不得低于在焊接試件時(shí)熱輸入值的85%。

關(guān)于試件的后熱與焊后熱處理方面，后熱可以消除焊接產(chǎn)生的熱應(yīng)力、均勻焊縫和熱影響區(qū)的組織、排除焊縫在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的氫脆，因此本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定后熱不應(yīng)取消，但可增加；工藝評(píng)定試件的焊后熱處理應(yīng)當(dāng)和焊縫在產(chǎn)品中受到的熱處理基本上相同，為便于生產(chǎn)操作，規(guī)定在熱處理溫度下累計(jì)時(shí)間不得少于產(chǎn)品所用時(shí)間的80%，但可在一次熱循環(huán)中完成，同時(shí)在熱處理類(lèi)別、熱處理溫度和保溫時(shí)間（增加）超出原評(píng)定時(shí)的有效范圍以及冷卻工藝改變時(shí)的焊接工藝需要重新評(píng)定。

針對(duì)不同的焊接方法，在有氣體保護(hù)時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)中有許多混合氣體的情況，規(guī)定當(dāng)保護(hù)氣體和（或）背面保護(hù)氣體或混合氣體的名義化學(xué)成分發(fā)生改變時(shí)，原先經(jīng)評(píng)定合格的焊接工藝應(yīng)重新評(píng)定。

3 標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)介紹

本標(biāo)準(zhǔn)在起草過(guò)程中修改采用了ISO 11970:2016 Specification and qualification of welding procedures for production welding of steel castings《鑄鋼件焊接工藝規(guī)范及焊接工藝流程批準(zhǔn)程序》。在總體結(jié)構(gòu)和基本內(nèi)容方面兩者沒(méi)有明顯差異，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)水平相當(dāng)。

目前鑄鋼件產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，產(chǎn)品的返修補(bǔ)焊必不可少，國(guó)內(nèi)暫無(wú)相關(guān)指導(dǎo)鑄鋼件生產(chǎn)的焊補(bǔ)工藝評(píng)定規(guī)范，國(guó)內(nèi)鑄鋼件產(chǎn)品的修補(bǔ)性焊接均只能采用ASME IX 或者ISO15614-1 等標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)的指向性均為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性焊接，與鑄鋼件補(bǔ)焊存在較大的不同。本標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化，并結(jié)合我國(guó)鑄鋼件生產(chǎn)實(shí)踐編制而成，解決了我國(guó)鑄鋼件焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)缺失的問(wèn)題。本標(biāo)準(zhǔn)的制定能夠系統(tǒng)的規(guī)范鑄鋼件補(bǔ)焊的工藝評(píng)定，給鑄鋼件補(bǔ)焊工藝驗(yàn)證提供可靠的保障。同時(shí)，還能夠在保證焊接接頭質(zhì)量的前提下盡可能提高焊接工藝評(píng)定效率和最大限度的降低工藝評(píng)定成本，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用說(shuō)明

本標(biāo)準(zhǔn)主要適用于鑄鋼件的電弧焊工藝評(píng)定，常見(jiàn)的如焊條電弧焊、鎢極氣體保護(hù)焊、埋弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等焊接方法，如客戶同意也可應(yīng)用于鑄鋼件其他熔化焊的焊接工藝評(píng)定。本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)我國(guó)鑄鋼件生產(chǎn)過(guò)程中補(bǔ)焊的切實(shí)需求，結(jié)合配套產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范的技術(shù)要求，提出了相應(yīng)的焊接工藝評(píng)定的規(guī)范要求，為評(píng)定施焊單位是否有能力焊出符合相關(guān)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范所要求的焊接接頭，提供了統(tǒng)一的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)鑄鋼件補(bǔ)焊工藝評(píng)定的空白，有利于保障我國(guó)鑄鋼件生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品補(bǔ)焊的質(zhì)量和可靠性，從而更好的促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。此外，通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，可以不斷的增加企業(yè)對(duì)焊接工藝評(píng)定的執(zhí)行力，促進(jìn)我國(guó)鑄鋼件焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際快速接軌。

5 結(jié)束語(yǔ)

本標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)鑄鋼件的焊接實(shí)踐，從符合性及實(shí)用性等方面對(duì)鑄鋼件焊接工藝評(píng)定進(jìn)行了規(guī)范。雖然本標(biāo)準(zhǔn)已囊括鑄鋼件生產(chǎn)實(shí)踐中常用的鑄鋼材料及常用焊接方法，可滿足大部分鑄鋼件焊接工藝評(píng)定需求。但在部分領(lǐng)域及方法創(chuàng)新方面稍顯不足，如鑄鋼件的堆焊、鑄鋼件與其他非鑄鋼件之間的異種鋼焊接及激光焊、等離子束焊等方面的研究仍有不足，還需要做進(jìn)一步的研究及歸納，以拓展本標(biāo)準(zhǔn)的適用性及覆蓋面。