焊工資格評定中理化試驗常用國內(nèi)外標準的分析與應(yīng)用

王曉璇

海洋石油工程股份有限公司 山東青島 266520

1 序言

世界權(quán)威焊接機構(gòu)發(fā)布的常用焊接標準中有3個標準經(jīng)常運用，版本分別為：中國船級社（CCS）發(fā)布的《材料與焊接規(guī)范：2006》(在本文中簡稱為CCS標準)、美國焊接學(xué)會（AWS）發(fā)布的《AWS D1.1/AWS D1.1M鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范：2006》（在本文中簡稱為AWS標準）和美國機械工程師協(xié)會（ASME）發(fā)布的《鍋爐及壓力容器規(guī)范第IX卷焊接和釬接評定：2017（焊接和釬接工藝，焊工、釬接工、焊機和釬機操作工的評定標準）》（在本文中簡稱為ASME標準）。

在焊工資格評定理化試驗中，常見的有：彎曲試驗、宏觀腐蝕試驗、角焊縫破斷試驗及金相檢測等，現(xiàn)分析和比較最常用的前3種試驗，分別在取樣方法、試樣尺寸、試驗過程等幾個方面，得出這3種標準的異同，以便這些標準在焊工資格評定工作中能更高效、更便捷地運用。

2 彎曲試驗

彎曲試驗是焊工資格評定中數(shù)量較多、較常用的力學(xué)性能試驗，且是一種成熟、有效的判定焊工實際焊接水平的力學(xué)性能試驗。各大標準的要求也較類似，細節(jié)的要求有所區(qū)別，現(xiàn)就這3個標準的異同進行對比。

2.1 CCS標準

對彎曲試件尺寸的要求，CCS標準和其他標準的要求比較類似。CCS標準在正彎和反彎試樣的尺寸選擇上，對鋁合金試樣做了進一步的詳細規(guī)定，這是與其他標準規(guī)定不同的地方。彎曲試樣厚度應(yīng)為母材厚度，當試驗材料的厚度＞25mm時，彎曲試樣的厚度可以減薄至25mm。對于鋁合金來說，彎曲試樣的厚度可取母材的全厚度。對于板試樣來說寬度為30mm，管試樣寬度為試樣厚度加0.1倍的管試樣外徑，因此應(yīng)為10～30mm[1]。同時，對于板試驗的尺寸要求也與其他標準不同，試樣的規(guī)定寬度為30mm。

通常，可根據(jù)試驗材料的強度選擇壓頭直徑。當材料強度＜400MPa時，壓頭直徑為4倍試樣厚度。試驗材料強度為400～500MPa時，壓頭直徑為5倍試樣厚度。當試驗材料強度為500～690MPa時，壓頭直徑為6倍試樣厚度。對于一部分的鋁合金材料，壓頭直徑可取6倍試樣厚度。其余大部分鋁合金壓頭直徑取4倍試樣厚度，彎曲角度為 180°[1]。

由此可見，CCS標準沒有規(guī)定試驗材料強度＞690MPa時的壓頭直徑。CCS標準除了對鋼材的規(guī)定外，還對鋁合金的彎曲試驗做了詳細的規(guī)定和分類，對不同種類的鋁合金材料彎曲試驗的壓頭直徑分別做了說明，這是與其他標準的顯著不同。

彎曲試驗結(jié)果不合格時，可在原試件上或在用同一批試驗材料以同樣工藝重新焊制的試件上，對不合格項目制取雙倍試樣進行復(fù)試。復(fù)試結(jié)果應(yīng)全部合格[1]。這點與大多數(shù)的標準規(guī)定相似，都需要重新焊接。有一點在實際操作中需要格外注意，重新焊接指的不是與測試焊縫的同一片試板或試管上取得另一個試樣。

對彎曲試驗結(jié)果的判斷為：試驗后，試樣表面上出現(xiàn)的裂紋或其他缺陷長度應(yīng)≤3mm[1]。試樣結(jié)果判斷標準與其他的標準有所不同，此標準沒有考慮試樣的邊角處有裂紋等缺陷的情況，在判斷試樣是否合格時，由試樣邊角處裂紋等缺陷導(dǎo)致的試驗結(jié)果不合格的概率加大。同時，對試驗結(jié)果的判斷上，此標準也沒有考慮到缺陷長度累積的情況，若實際缺陷為連續(xù)氣孔或連續(xù)夾渣，且缺陷長度都＜3mm，此標準認定這些缺陷的長度為合格。在焊工資格評定時，真實反映焊工實際水平的能力下降。由以上分析可知，此標準是否能準確地評定焊工操作水平還需進一步討論。

2.2 AWS標準

對于彎曲試樣尺寸的規(guī)定，AWS標準和其他標準有所不同。對于橫向彎曲試樣的要求根據(jù)焊件的不同尺寸有不同的要求：對于板材，焊件試樣的寬度取40mm；對于管材，直徑≤4in（100mm）管材試樣寬度為25mm；直徑＞4in（100mm）管材試樣寬度為40mm[2]。由此可見，AWS標準根據(jù)試驗對象的形式不同，試樣尺寸則不同，這一點是與其他標準不同的地方。對于板材來說，尤其是較薄的板材，在實際取樣時，有時很難取到足夠?qū)挾鹊脑嚇?，易對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，這對較薄試樣是否有取樣長度過長等問題值得再次討論。對直徑較小的管材，例如φ20mm的小管，很難取得25mm寬度的試樣。如果能取得試樣，有時也會因為直徑過小導(dǎo)致試樣表面呈弧形，試驗進行有一定困難。同時，在實際操作中，對＞φ100mm的試管，試樣寬度為40mm。不考慮直徑，在試管特別薄的情況下，對直徑接近100mm的管子，在處理試樣表面、取樣和試驗的過程中也會出現(xiàn)試樣與試驗機不匹配的情況。

對于彎曲試驗合格判據(jù)，AWS標準與大多數(shù)標準相同的部分為：必須對已經(jīng)彎曲的試樣凸面表面缺陷進行目視檢測。彎曲試驗合格判據(jù)AWS標準有些和其他標準不同之處：合格試樣表面的缺陷嚴禁超過表面任何方向上1/8in（3mm）。所有超過1/32in（1mm）但≤1/8in（3mm）的缺陷，將其各自最大尺寸加起來為3/8in（10mm）。最大角部裂紋1/4in（6mm），如角部裂紋由可見夾渣或其他熔化型缺陷所致，則裂紋最大值必須只能為1/8in（3mm）。角部裂紋超過1/4in（6mm）而并無夾渣或其他熔化型缺陷的試樣必須摒棄，并必須從原焊件上另取試樣重作彎曲試驗[2]。由此可見，AWS標準對邊角處的缺陷進行了特殊的說明，這是和其他標準不同的地方。很大程度上考慮到了試樣邊角處可接受的試樣開裂情況，由于試驗時應(yīng)力集中于試樣的邊角處，使得極其微小的缺陷就會放大到不可接受，因此這種對邊角處的特殊規(guī)定非常適用于實際操作。此要求在筆者看來十分合理，充分考慮了實際的試驗情況。對于試驗缺陷長度可累積的要求也十分符合實際對焊工資質(zhì)的要求，實際操作中，焊工實際操作水平差異較大，對長度過長的連續(xù)小缺陷通常是不允許的。可見此標準充分考慮了焊工考試和試驗的實際情況，也充分考慮了試驗情況對焊工實際工作能力的考察。

2.3 ASME標準

ASME標準的彎曲試驗是根據(jù)焊接金屬的厚度得到不同的彎曲試驗類型和試驗數(shù)量：當材料厚度＜10mm時，可以取1個正彎、1個反彎。當材料厚度為10～19mm時，可以取2個側(cè)彎。當材料厚度＞19mm時，可以取2個側(cè)彎[3]。這與其他標準有所不同，ASME標準規(guī)定試樣厚度＞10mm可以用側(cè)彎試樣代替正反彎試樣，有些標準要求厚度＞12mm時可采用側(cè)彎試樣代替正反彎試樣。尤其是對10～19mm厚度的試樣，ASME標準還單獨拿出來解釋，試驗可以取兩個側(cè)彎，這也是與其他標準不同的地方。在實際操作中，彎曲試驗可以分為兩種情況來進行，分別為厚度＜10mm和厚度≥10mm，這兩種情況分別對應(yīng)著1個正彎、1個反彎和2個側(cè)彎。

根據(jù)焊接位置的不同，彎曲試驗采用不同的試驗數(shù)量，這點要求也與其他標準不同。通常，可取2個彎曲試驗。當評定5G 或6G 位置時，共需準備4個彎曲試樣，一種取樣方式為4個側(cè)彎，另一種取樣方式為2個面彎、2個背彎；為了在一個試樣上能同時評定2G 和5G 位置，則共需6個彎曲試樣，一種取樣方式為6個側(cè)彎，另一種取樣方式為3個面彎、3個背彎。彎曲試樣的形式應(yīng)使試驗在焊縫金屬厚度上進行，可以用2個側(cè)彎代替1個面彎和1個根彎[3]。

分析可得，在ASME標準中5G 或6G 位置和其他位置試驗數(shù)量的不同即試驗數(shù)量翻倍，可見ASME標準對此焊接位置的要求更加嚴格。同時此標準對2G 和5G 位置也做了試驗數(shù)量上的特殊要求，更細致地提出了此位置的試驗數(shù)量是常規(guī)的3倍，可見該標準對此焊接位置有了最高的要求。此處是ASME標準的要求和其他標準的明顯不同。體現(xiàn)了該標準對實際操作情況和焊接操作人員實際水平的準確把握，對不同的焊接位置進行不同的檢測考量，更符合實際的試驗情況。這些與其他標準存在明顯不同的要求，因此操作者在操作中一定要特別注意。

3 宏觀腐蝕試驗

通常T、K、Y位置焊接的試件或一部分V形坡口的試樣需要進行宏觀腐蝕試驗。宏觀腐蝕試驗是評價焊接質(zhì)量和焊工操作水平的一種重要方法，此試驗可直接觀察熱影響區(qū)、母材和焊縫的確切形狀，有些能觀察到每條焊道的清晰輪廓，是一種非常直觀又重要的檢測方法。

3.1 CCS標準

焊接試板填角焊和焊接管板角接頭的試樣通常要做2個宏觀試驗。試驗合格判定標準為：應(yīng)顯示出焊縫成形良好、有足夠的熔深（管板角接頭根部應(yīng)焊透），無裂紋、未熔合缺陷[1]。板對接焊和管對接焊的宏觀檢測需要每次檢測一個宏觀試樣。合格標準為：在焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)應(yīng)無肉眼可見的任何缺陷[1]。

由以上對比可知，CCS標準對合格的判定標準比較嚴格，嚴禁任何表面有任何缺陷。此標準的表述也比較寬泛，所有的宏觀結(jié)果都必須無任何缺陷，并沒有允許一定情況的夾渣和氣孔。但在實際操作中，是否允許少量的夾渣和氣孔是一個可討論的問題。

3.2 AWS標準

對T、Y 和K 形節(jié)點和6GR位置的焊接試樣需取得4個宏觀腐蝕試樣，通常試樣的表面需初步磨合，進行一定的拋光作業(yè)，使試樣在腐蝕后能觀察到清晰的母材、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)域。塞焊縫和角焊縫的宏觀試樣必須從試驗接頭上切取。宏觀腐蝕試樣的切取位置為：T、Y 和K 形節(jié)點從焊縫角部切取，6GR 位置的試樣需要在6GR 位置切取[2]。通過分析可知，AWS標準要求的試驗數(shù)量更多，是CCS標準的2倍，可見AWS標準對宏觀檢測的要求更加嚴格。

對于合格的判定也與CCS標準不一樣。AWS標準宏觀腐蝕試驗合格判據(jù)的要求比較詳細。對于焊腳和熔透的合格判定標準中，各個標準中都要求熔透并符合焊腳尺寸。

對于試樣表面上的咬邊和缺陷的表述，AWS標準就與CCS標準產(chǎn)生了很多不同，其要求也更加細致，更能真實地反映試驗判定的合理性。比如對咬邊的要求為：無超過1/32in（1mm）的咬邊。

此標準對氣孔和夾渣也有一定程度的允許，這真實地反映了實際焊接過程中，會不可避免地產(chǎn)生一些不連續(xù)，標準編寫者認為這些不連續(xù)對焊接質(zhì)量不會產(chǎn)生實質(zhì)性的影響，可見標準編寫者對這一點進行過綜合性考量。比如對于氣孔的要求為：≥1/32in（1mm）的氣孔累積值不得超過1/4in（6mm）。對夾渣的要求為：無聚集的夾渣，最大夾渣尺寸的總和嚴禁超過1/4 in（6mm）。同時，標準對塞焊縫的要求也單獨列出來，并對其中出現(xiàn)的夾渣現(xiàn)象做了單獨要求：允許可見夾渣總累積長度不超過 1/4in（6mm）[2]。

通過對比可知，AWS標準對宏觀腐蝕試驗的要求更細致。此標準對試驗結(jié)果的判定能充分地考量實際焊接情況和試驗過程，在實際試驗中是大力推薦的。

3.3 ASME標準

ASME 標準與其他標準不一樣的地方有：ASME標準列出了試驗用腐蝕劑的配方，腐蝕劑需按照QW-470進行腐蝕?？梢夾SME標準不但對腐蝕過程和結(jié)果做了要求，并對腐蝕劑進行了細致要求，增加了試驗過程和試驗結(jié)果的可控性，提升了試驗的可操作性，也提升了試驗結(jié)果的可靠性。

與其他標準不同的是，ASME標準允許根部缺陷≤1∕32 in（0.8 mm）。同時還要求了焊縫尺寸：焊縫不得有＞1∕16in（1.5mm）的凸面或凹陷。同時也要求了角焊焊腳尺寸與其總長度的變化差異不得＞1∕8in（3mm）。同時對非P-No.1的材料焊接進行了特殊的說明：按QW-202.5的要求，當剪力釘與非P-No.1的材料焊接，需做宏觀檢測，為通過試驗，5個剪力釘焊焊縫及其熱影響區(qū)斷面中的每一個在10 倍放大鏡下進行檢測時均應(yīng)沒有裂紋[3]。由此可見，ASME標準的要求更細致，區(qū)分了不同材料的試驗結(jié)果判定標準，增加了可操作性，使試驗數(shù)據(jù)更接近真實情況。在實際使用該標準時，應(yīng)格外注意標準中對一些特殊情形的使用區(qū)別。

4 角焊縫破斷試驗

有時1個角焊縫試樣上需取1個宏觀試樣和1個角焊縫破斷試樣。焊工考試中此項試驗的數(shù)量較少，各標準對此項試驗的要求差異不大，現(xiàn)分析如下。

4.1 CCS標準

板的填角焊有時要做角焊縫破斷試驗，需檢測的范圍為被檢焊縫全長。通常在試樣焊縫全長的兩頭各需去除25mm。板角接焊破斷試樣的破斷面應(yīng)顯示出焊縫無裂紋、未熔合和未焊透缺陷，對夾渣和氣孔應(yīng)符合ISO 5817：2003和ISO 10042：2005中B級或其他相當標準的要求[1]。由此可見，CCS標準下，此試驗的判定標準比較嚴格。

4.2 AWS標準

AWS標準對于斷裂試驗的要求比較詳細，從試驗的長度和試驗力的加載情況到試樣受拉后的狀態(tài)都給出了詳細的說明。試樣的長度為150mm。試驗力的加載位置為組裝件的1/4段。試驗力的加載狀態(tài)必須使焊縫根部受拉，且受拉的位置必須有至少1個焊接引弧處或停弧處，并規(guī)定加載力可以反復(fù)加載。同時，規(guī)定了試樣受力后的狀態(tài)為試樣破裂，或試樣變成扁平狀。

角焊縫破斷合格判據(jù)上也有細致規(guī)定：至于破斷試驗之前目視檢測合格，焊縫必須外觀勻稱，嚴禁有焊瘤、裂紋，以及超過標準要求所允許的咬邊，焊縫表面嚴禁有可見氣孔[2]。所有焊接處需完全熔合，可允許3/32in（2.5mm）的夾渣或氣孔，最大尺寸總和嚴禁超過3/8in（10mm）。由此處分析可知，AWS標準對這種試驗的詳細規(guī)定，并且在實際操作中，具有實際的可操作性。

標準中還規(guī)定了焊工有補考的機會，即：實際測試中，可以有一次補考機會，且這次機會不用進行額外培訓(xùn)。這個規(guī)定對焊工能大幅提升檢測合格率，有利于快速有效地進行焊工資質(zhì)評定工作。

4.3 ASME標準

對于合格判定標準上：如果試樣斷裂，在斷裂處應(yīng)無裂紋或根部未焊透現(xiàn)象。同時在斷裂面上，肉眼可見的夾渣和氣孔的總長度對于圖QW-462.4（b）所示的試樣不得＞3∕8in（10mm），或者對圖QW-462.4（c）所示試樣的1∕4部分不得＞10%[3]。由此可見，該標準在試樣合格標準的判定上也與其他的標準不同，對試樣上不連續(xù)的長度判斷標準也不相同，在實際操作時一定要注意這點。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對3種標準規(guī)定的異同分析可知，CCS標準規(guī)定范圍更加寬泛，細節(jié)參數(shù)等的要求更加嚴格。AWS標準和ASME標準規(guī)定的比較細致，可操作性更強，更能實際反映焊工實際操作水平，是更值得推薦和使用的標準。同時這兩種標準使用時應(yīng)仔細對比標準使用范圍的不同，避免因使用范圍不同而導(dǎo)致使用錯誤。