李哲，白林，王宇欣

中國(guó)核電工程有限公司 北京 100840

1 序言

A S M E規(guī)范在我國(guó)核電項(xiàng)目上應(yīng)用廣泛，例如，在國(guó)內(nèi)引進(jìn)、消化的三代非能動(dòng)核電項(xiàng)目AP1000中，其核島設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造采用的標(biāo)準(zhǔn)均為ASME規(guī)范1998版至2000補(bǔ)遺（1998版+1999補(bǔ)遺+2000補(bǔ)遺）。而目前ASME規(guī)范公開(kāi)發(fā)行的最新版為2015版，實(shí)施應(yīng)用的為2010版。另外，在我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的乏燃料運(yùn)輸和貯存容器設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也主要采用不同版本的ASME規(guī)范。在核電焊接技術(shù)中，焊接工藝評(píng)定是焊接質(zhì)量控制中最復(fù)雜、最核心的工作。因此，對(duì)于采用ASME規(guī)范設(shè)計(jì)的項(xiàng)目及設(shè)備，亟需比較ASME第IX卷1998版[1]與2010版[2]在結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上的差異，并對(duì)差異進(jìn)行分析研究，以便后續(xù)相關(guān)項(xiàng)目的應(yīng)用。

2 ASME規(guī)范第IX 卷

ASME第IX卷《焊接和釬焊評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范是對(duì)焊接和釬焊工藝、焊工、釬焊工，以及焊接和釬焊機(jī)械操作工的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范分為兩大部分：焊接評(píng)定篇（PART QW-WELDING）和釬焊評(píng)定篇（PART QB-BRAZING）。其中，“PART QWWELDING”分為5個(gè)章節(jié)：焊接總要求、焊接工藝評(píng)定、焊接技能評(píng)定、焊接數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝規(guī)程。在AP1000核電項(xiàng)目中，焊接工藝評(píng)定的制定主要參照焊接評(píng)定篇。

ASME第IX卷在焊接評(píng)定篇中，對(duì)所評(píng)價(jià)的每個(gè)焊接方法都列出了重要變量、附加重要變量和非重要變量。通常，焊接工藝規(guī)程（WPS）為每個(gè)包含在特定工藝規(guī)程中的焊接方法列出了所有重要和非重要變量。如果變化1個(gè)重要變量，則要求再次評(píng)定工藝。當(dāng)建造規(guī)范對(duì)于沖擊性能有要求時(shí)，如附加重要變量改變也要求再次評(píng)定工藝。ASME第IX卷從1998版修訂至2010版，既有增加的評(píng)定，也有減少的試驗(yàn)，同時(shí)還對(duì)不同方法的焊接重要變量及非重要變量有所修訂，這些轉(zhuǎn)變反映了技術(shù)上的進(jìn)步和實(shí)際產(chǎn)品制造中的需求。從整體內(nèi)容來(lái)說(shuō)，ASME第IX卷的主要變化體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

1）換熱管與管板的試驗(yàn)及評(píng)定（QW-193，QW-202.6，2007版）。

2）回火焊道焊接技術(shù)的引入（QW-290，2004版）。

3）焊接變量的變化。

4）更多母材納入了規(guī)范（QW/QB-422）。

3 ASME規(guī)范第IX卷版本分析

3.1 增加QW-193和QW-202.6：換熱管與管板的試驗(yàn)及評(píng)定

ASME從2007版起，增加了QW-193換熱管與管板的試驗(yàn)和QW-202.6換熱管與管板的評(píng)定，該部分內(nèi)容原在第III卷，目前統(tǒng)一列入第IX卷。換熱管與管板的試驗(yàn)主要包括QW-193.1工藝評(píng)定試樣和QW-193.2技能評(píng)定試驗(yàn)。在工藝評(píng)定試樣的規(guī)定中，模擬焊縫應(yīng)進(jìn)行外觀檢測(cè)、滲透檢測(cè)和宏觀檢測(cè)，且必須滿足相應(yīng)的合格標(biāo)準(zhǔn)；技能評(píng)定試樣是對(duì)焊工或焊機(jī)操作工的要求，在此不做詳細(xì)討論。

QW-202.6中規(guī)定，如果不明確要求按QW-193進(jìn)行換熱管與管板的模擬件評(píng)定試驗(yàn)，可通過(guò)坡口焊縫（QW-202.4）或角焊縫（QW-202.2.c）進(jìn)行評(píng)定。

3.2 增加QW-191.2：超聲波檢測(cè)

在ASME第IX卷第一章中，ASME 2010版在對(duì)焊接的一般要求中增加超聲波檢測(cè)，而在2010年之前的版本，只規(guī)定了射線檢測(cè)的方法和合格標(biāo)準(zhǔn)。由于射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)都屬于體積檢測(cè)，因此在ASME 2010版中，QW-191的標(biāo)題由之前的射線檢測(cè)改為體積檢測(cè)，并將下一級(jí)內(nèi)容擴(kuò)充為QW-191.1射線檢測(cè)和QW-191.2超聲波檢測(cè)。

在對(duì)超聲波檢測(cè)合格標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定中，所有的裂紋、未熔合或未焊透不論長(zhǎng)短都認(rèn)為不合格。長(zhǎng)度過(guò)1/8in（3mm）的顯示在以下3種情況下視為不合格。

1）如果焊縫厚度t不超過(guò)3/8in（10mm），則顯示長(zhǎng)度為1/8in（3mm）。

2）如果焊縫厚度t＞3/8i n（10m m），且＜21/4in（57mm），則顯示長(zhǎng)度為1/3t。

（3）如果焊縫厚度t＞21/4in（57mm），則顯示長(zhǎng)度為3/4in（19mm）。

超聲波檢測(cè)中產(chǎn)品焊縫上評(píng)定的焊機(jī)操作工的合格標(biāo)準(zhǔn)與射線檢測(cè)相同。

3.3 增加QW-290：回火焊道焊接

回火焊道是一類(lèi)特殊的焊接工藝，已應(yīng)用于核電站設(shè)備制造。在ASME 2010版中，增加“回火焊道焊接”的規(guī)則，但該部分規(guī)則是從2004版[3]開(kāi)始新增的，見(jiàn)QW-290。其內(nèi)容為：QW-290.1基本的評(píng)定和對(duì)已有的WPS進(jìn)行升級(jí)；QW-290.2焊接方法的限制；QW-290.3 回火焊道焊接評(píng)定的變量；QW-290.4回火焊道工藝評(píng)定的焊接變量；QW-290.5試件準(zhǔn)備和試驗(yàn)；QW-290.6焊接過(guò)程中的返修焊。

QW-290.4為回火焊道工藝評(píng)定的焊接變量表，表中的焊接變量QW-410.10在ASME 2001版[4]中已有，QW-410.65為ASME 2007版[5]新增，其余焊接變量均在ASME 2004版中增加。同時(shí)，QW-610.61、QW-410.62和QW-610.63在ASME不同版本中還存在一些更改。

（1）QW-410.61 在ASME 2004版中，該焊接變量指從表面回火焊道的邊緣到焊腳的近似距離的改變，為非重要變量。ASME 2007則規(guī)定表面回火焊道的邊緣到焊腳的距離S應(yīng)限于在試件±1/16in（±1.5mm）的距離上測(cè)量，或者S的范圍可以通過(guò)從焊腳開(kāi)始橫過(guò)回火焊道不同距離上的硬度變化或沖擊試驗(yàn)來(lái)確定。不允許回火余高焊道接觸焊縫的焊腳。此外，QW-409.29關(guān)于熱輸入的規(guī)定應(yīng)用于回火焊道。與ASME 2004版相比，2007版對(duì)這一變量進(jìn)行了測(cè)量說(shuō)明和限制說(shuō)明，并由之前的非重要變量調(diào)整為硬度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)重要變量。

（2）QW-410.63 在ASME 2004版中，此焊接變量指焊道層搭接的寬度。ASME 2007則規(guī)定鄰近母材金屬的每個(gè)回火焊道層的焊縫焊道，其焊道寬度b，與原先焊道搭接相關(guān)的寬度a，應(yīng)規(guī)定于WPS上。搭接率在25%～75%之間時(shí)不要求評(píng)定。

1）搭接率＞75%時(shí)，應(yīng)使用期望的搭接率焊接一個(gè)試件進(jìn)行評(píng)定。其評(píng)定的搭接率最大為評(píng)定試件的搭接率，最小為50%。

2）搭接率＜25%時(shí)，應(yīng)使用期望的搭接率焊接一個(gè)試件進(jìn)行評(píng)定。其評(píng)定的搭接率最小為評(píng)定試件的搭接率，最大為50%。

ASME 2007版將這一焊接變量帶來(lái)的影響分成3種情況，通過(guò)搭接率的大小來(lái)決定是否進(jìn)行評(píng)定，以及評(píng)定的合格標(biāo)準(zhǔn)，減少了一定的工作量。此變量在ASME 2004中為非重要變量，在ASME 2007中修改為硬度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)重要變量。

（3）QW-410.65 在ASME 2007中增加的QW-410.65指清理表面或除去較小表面缺陷時(shí)，打磨的增加或取消，這一焊接變量為硬度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)的重要變量。

3.4 3種常見(jiàn)焊接方法焊接變量的變化

焊條電弧焊（SMAW）、埋弧焊（SAW）和鎢極惰性氣體保護(hù)焊（GTAW）是核電焊接中最常見(jiàn)的焊接方法，其焊接變量變化如下。

SMAW：ASME-IX（2010版）相對(duì)于ASMEIX（1998版+1999補(bǔ)遺+2000補(bǔ)遺），取消兩個(gè)重要變量(QW-403.7和QW-403.13)，增加一個(gè)重要變量（QW-410.64），增加一個(gè)補(bǔ)充重要/非重要變量（QW-410.9）。

SAW：ASME-IX（2010版）相對(duì)于ASME-IX（1998版+1999補(bǔ)遺+2000補(bǔ)遺），取消兩個(gè)重要變量(QW-403.7和QW-403.13)，增加一個(gè)重要變量（QW-410.64）。

GTAW：ASME-IX（2010版）相對(duì)于ASMEIX（1998版+1999補(bǔ)遺+2000補(bǔ)遺），取消兩個(gè)重要變量（QW-403.7和QW-403.13），增加一個(gè)重要變量（QW-410.64），增加一個(gè)非重要變量（QW-404.50）。

（1）QW-403.7 焊接變量QW-403.7在ASME 2007版中取消，之前版本中QW-403.7規(guī)定，對(duì)于多道焊的SMAW、SAW、GTAW和GMAW，當(dāng)評(píng)定試件為1.5in（38mm）或更大時(shí)，覆蓋的最大厚度為8in（203mm）。對(duì)于評(píng)定試件厚度超過(guò)8in，其覆蓋的母材厚度范圍T和焊縫厚度范圍t為1.33t。在QW-451.1的厚度覆蓋范圍中，其評(píng)定試件厚度的最高一檔為1.5in（38mm）或更大，規(guī)定與QW-403.7一致。

在ASME IX 2007版和2010版中，重新改寫(xiě)了QW-451.1，見(jiàn)表1。

表1 QW-451.1

在2007版和2010版中，評(píng)定試件增加了1.5～6in（38～150mm），最高一檔為超過(guò)6in（150mm），其覆蓋的母材厚度范圍T和焊縫厚度范圍t為1.33t?？梢?jiàn)，在2007版和2010版中，關(guān)于大厚度的評(píng)定試件的母材和焊縫厚度覆蓋范圍在QW-451.1中進(jìn)行了嚴(yán)格和明確的規(guī)定，從而不必保留QW-403.7。

（2）取消QW-403.13 QW-403.13在ASME 2010版中取消，A S M E I X(1998版至2000補(bǔ)遺)QW-403.13規(guī)定，從P-No.5改為另一P-No.5（例如P-No.5A到P-No.5B或P-No.5C，或相反），從P-No.9A改為P-No.9B，從P-No.10改為另一P-No.10（例如P-No.10A改為P-N0.10B或P-No.10C等，或相反）。這是一個(gè)重要變量。

P-No.5A/5B/5C是不同含量的Cr-Mo耐熱鋼，P-No.9A/9B是不同合金含量的低溫用Ni鋼，P-No.10則很復(fù)雜，包括低合金鋼(10A、10B)、碳素鋼(10C)、雙相不銹鋼（10H）、高純高Cr第3代鐵素體不銹鋼（10I/10J/10H）。

在ASME IX 2010版中，去除QW-403.13后，關(guān)于P-N0.5/9/10內(nèi)的覆蓋范圍，需要符合QW-424的規(guī)定，即評(píng)定試驗(yàn)中需要使用同樣的P-No.（如同為P-No.5A，9A，10I等），例如和原規(guī)定相比，不允許P-No.9B覆蓋P-No.9A。

（3）QW-410.9 QW-410.9在ASME 2001版中增加，其內(nèi)容為每一面的多道焊改為單道焊。這一變量對(duì)于經(jīng)歷上轉(zhuǎn)變溫度以上的PWHT，或者不銹鋼經(jīng)歷固溶熱處理時(shí)不適用。

在多道焊中，焊道對(duì)與之相鄰的已焊接焊道有回火作用，從而可以提高焊縫的韌性，而在單道焊中則無(wú)此作用。因此，SMAW中增加QW-410.9是完全合理的。實(shí)際上，在ASME IX (1998版至2000補(bǔ)遺）中，GTAW和SAW都有該要求，而SMAW缺失，可能是編輯錯(cuò)誤。

（4）增加Q W-410.64 A S ME IX (2007版和2010版)Q W-410.64規(guī)定，對(duì)于P-N o.11A和P-No.11B，厚度＜5/8in（16mm）時(shí)，如果產(chǎn)品制造中采用熱加工制備坡口，那么工藝評(píng)定中也需要采用熱加工手段。上述坡口制備，包括使用熱加工進(jìn)行背面清根或去除有缺陷的焊縫金屬。

使用熱加工手段會(huì)產(chǎn)生焊接熱影響區(qū)，可能會(huì)對(duì)后續(xù)焊接操作產(chǎn)生一定影響。但是為何限定材料牌號(hào)為P-No.11A和P-No.11B，厚度限定在5/8in（16mm）以下，還需要繼續(xù)研究。但不管原因如何，ASME IX 2010版較1998版至2000補(bǔ)遺在這方面增加了要求是確定無(wú)疑的。

4 結(jié)果分析與討論

ASME 第IX卷《焊接和釬焊評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》從1998版到2010版，每次的修訂都有增加項(xiàng)和取消項(xiàng)，在內(nèi)容上增加了回火焊道焊接、換熱與管板的試驗(yàn)以及一些焊接變量和檢測(cè)方法等，對(duì)每種焊接方法的焊接變量做了局部的調(diào)整，將重復(fù)的要求進(jìn)行了精簡(jiǎn)，并細(xì)化了某些焊接評(píng)定工藝等。通過(guò)對(duì)這些變化的分析，可以看出，2010版與1998版相比具有以下特點(diǎn)：

1）2010版與1998版對(duì)應(yīng)的部分無(wú)本質(zhì)差異，其技術(shù)內(nèi)容具有穩(wěn)定性和繼承性。

2）增加了一些反映技術(shù)進(jìn)步的新內(nèi)容，例如回火焊道技術(shù)。

3）增加了一些反映現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求的新內(nèi)容，例如更多的材料被納入。

4）修正了部分錯(cuò)誤，例如QW-253中增加QW-410.9作為補(bǔ)充重要變量。