锅炉焊接工艺评定技术规范与标准的对比分析和评价.doc

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锅炉焊接工艺评定技术规范与标准的对比分析和评价
Comparing Introduction of Welding Procedure Qualification
Codes and Standards for Boilers with Brief Comments
东北压力容器制造（大连）有限公司
Northeast Pressure Vessels Manufacture（Dalian） Co.,Ltd

摘 要 本文对比分析了蒸规、JB4420、DL/T868等技术规范、标准在锅炉焊接工艺评定上的不同要求，以及这些要求在实际执行中的一些常见问题，提出了一些有操作性的具体建议。

关键词 锅炉 焊接工艺评定 技术规范 标准 对比分析

Abstract Based on analysis, this paper introduces the differences between the welding procedure qualification code and standards of the boilers such as Technical Supervision Regulation for Safty of Steam Boilers, JB4420 and DL/T868 with brief comments in comparing, and some problems or misreading may be caused by these differences in practice. It also gives some operational suggestions.
Key Words Boiler Welding procedure Qualification Code Standard Comparing

1 前言
目前，锅炉生产环节的焊接工艺评定依据的技术规范和标准比较杂，且相互之间存在诸多差异，往往引发歧义。如《蒸规》[1]、DL/T868[2]和 JB4420[3]等都涉及了焊评的相关要求，为了叙述上的方便，将其列在表1中。从表1中可以看出，蒸规（附录I）是基础性的通用要求，适用于工业锅炉和电站锅炉；DL/T868（代替SD340）只适用于电站锅炉；而JB4420只适用于工业锅炉。从技术规范、标准体系层次上和行业性要求方面，在具体执行上，对于电站锅炉，应同时满足蒸规和DL/T868的要求；对于工业锅炉，应同时满足蒸规和JB4420的要求。本文主要就蒸规、DL/T868和 JB4420的技术差别，作简要分析和评价。
表1 规范、标准的适用范围和相互关系
规范、标准
适用范围
被下述标准引用
《蒸规》
(附录I)
电站锅炉、工业锅炉（含蒸汽锅炉、热水锅炉、有机热载体锅炉）
DL/T869[4]，JB/T1619[5]，JB/T10094[6]，GB/T17410[7]
DL/T868
电站锅炉
DL/T819[8]，DL/T869
SD340[9]
电站锅炉
DL/T752[10]
JB4420
工业锅炉
JB/T1613[11]，下述标准因引用JB/T1613而间接引用：
JB/T1609[12]、JB/T1611[13]、JB/T1619、JB/T10094[14]、GB/T17410
2 主要差异
2.1材料
2.1.1分类、级
按照力学性能、化学成分等不同，《蒸规》将母材分为1～4四个类别；JB4420分成1～6六个类别，每个类别又细分级别I～III不等；而DL/T868分为A、B、C三个类别，每个类别又细分为I、II、III三个级别。
《蒸规》中引入的材料种类最少（4类，24种）， JB4420（6类，10组，30种）和DL/T868（3类，9级，41种）由于编制时间稍晚，逐步引入了一些成熟的钢种，比如增加了普低钢（Re>400MPa）、马氏体热强钢和不锈钢。
同一种材料基于不同的技术规范、标准，分属不同的类级（组），典型材料分类情况见下表2。
表2 典型材料的分类、级（组）
材料
按下述技术规范、标准分类、级（组）
蒸规（附录Ⅰ）
DL/T868
JB4420
16Mng
2
A-II
II-1
12Cr1MoV
3
B-I
IV-2
1Cr18Ni9Ti
-
C-III
VI-1
同时，上述规范、标准中，对于不同类、级（组）钢材之间的互相替代原则也做了不同规定，表3将这些要求进行了汇总。
表3 不同类、级（组）钢材之间的互相替代原则
规范、标准
基本要求
典型实例
《蒸规》
(附录I)
异种钢（异类）接头，即使两者分别进行过焊接工艺评定，仍应进行评定；但分类号为2的同类母材的焊接工艺评定适用于该类别号的母材与分类号为1的母材所组成的焊接接头
16Mng→16Mng+20g
DL/T868
A类钢
和
B类钢
同种钢
同类、同级：合金含量高的可代低的，反之不可
12Cr1MoV→12CrMo
同类、异级：级别高的可代低的，反之不可
1Cr5Mo→12CrMo
异种钢
AII、AIII、BI、BII同种钢的焊评可以代替该级别任一钢种与较低级别钢种的接头
16Mng→16Mng+20g
18MnMoNbg→18MnMoNbg+20g
15CrMo→15CrMo+16Mng
12Cr2MoWVTB→12Cr2MoWVTB+15CrMo
BIII类钢以及其与A、B类钢组成的异种钢接头均应单独评定
—
C类钢
按级别分别评定，不可替代
—
其与B、A类钢组成的焊接接头均应单独评定
—
JB4420
同种钢
同类别中高组别号木材的焊评适用于低组别号
12Cr2MoWVTB→15CrMo
异种钢
异种钢（异类或异组）接头，即使两者分别进行过焊接工艺评定，仍应进行评定
—
由表3可见，同样是16Mng的焊评，按《蒸规》和DL/T868，适用于16Mng+20g组成的接头，但是按照JB4420，则不可以，必须单独进行一个16Mng+20g异种钢接头的焊评；再比如，按照DL/T868，15CrMo的焊评适用于15CrMo+16Mng异种钢接头，但是按照《蒸规》和JB4420，则不可以。
2.1.2国外钢材的分类、级（组）
基于国外钢材大量用于国内锅炉生产这一现实，《蒸规》规定：“国外钢材按每个钢号进行焊接工艺评定，但如果同时符合以下条件，可免做焊接工艺评定……。”
DL/T868则在其附录A中列出了常见国外钢材的分类表，且在正文中明确：“可与国内相应类级的钢材同等对待”。
JB4420规定：“凡与…中某一钢号等同的国外钢材，只要经焊接试验证明其焊接性相近，可以不必重评。焊接性试验应符合GB4675和其他有关标准的要求。”
《蒸规》和JB4420的规定是很接近的，但《蒸规》的要求更加复杂一些。考虑到国外锅炉钢材用于国内锅炉制造的经验已经比较成熟，重复对一些国外钢材进行焊接性试验（或焊接工艺评定试验），没有太大的必要，而DL/T868的规定更接近目前生产的实际。
2.1.3对接试件适用厚度
适用厚度包括两方面：母材厚度和熔敷金属厚度。
A．评定母材厚度有效范围，见表4。
表4 评定母材厚度有效范围
规范、标准
工艺试件母材厚度
t
评定母材厚度有效范围
下限值
上限值
《蒸规》(附录I)
JB4420
1.5≤t＜8
1.5
2t，且不大于12
t≥8
0.75t
1.5t
DL/T868
1.5＜t≤8
1.5
2t，且不大于12
8＜t＜40
0.75t
2t
t≥40
0.75t
不限
《蒸规》和JB4420对于评定母材厚度较大时未进行细分，造成评定数量大增；DL/T868则更接近于ASME第IX卷，规定8＜t＜40时评定的上限为2t，且t≥40时评定的上限为“不限”，大大减少了焊评的数量。这些规定出入比较大，时常引起混乱。如某600MW超临界锅炉机组项目，施工单位提交的部分WPS/PQR见表5。
表5 WPS/PQR
序号
WPS
支持的PQR
焊接接头
焊接方法
材料/规格
PWHT
PQR No
材料/规格
问题
1
三段抽汽焊接
WS+Ds
15CrMo
φ325×13
730±10℃
×1Hr
GLHP-1
12Cr1MoV
φ133×16
未进行冲击试验；
未进行硬度试验
2
后侧水冷壁排管出口集箱
WS+Ds
SA335-P12
φ219×52
685±15℃
×2.25Hr
GLHP-2
12Cr1MoV
φ273×28
按DL/T868上限能覆盖产品厚度，按《蒸规》则不能
3
末级过热器入口汇集集箱
WS+Ds
SA335-P91
φ508×70
760±10℃
×5Hr
GLHP-3
A335P91
φ450×45
4
分离器蒸汽出口
WS+Ds
SA335-P12+WB36
φ324×55
590±10℃
×2.5Hr
GLHP-4
WB36+12Cr1MoV
φ273×22
按《蒸规》及DL/T868，上限不能覆盖产品厚度
B．评定的熔敷金属有效范围，见表6。
表6 评定的熔敷金属有效范围
规范、标准
工艺试件的熔敷金属厚度
tw
评定的熔敷金属厚度有效范围
下限值
上限值
《蒸规》（附录I）
JB4420
1.5≤tw＜8
-
2 tw，且不大于12
tw≥8
1.5 tw
DL/T868
1.5＜tw ≤8
1.5
2 tw，且不大于12
8＜tw＜40
0.75 tw
2 tw
tw≥40
0.75 tw
不限
相似的，《蒸规》和JB4420对于熔敷金属厚度较大时未进行细分；而DL/T868则不但规定8＜tw＜40时评定的上限为2tw，更规定tw≥40时评定的上限为“不限”。另一个较大的差异在于：《蒸规》和JB4420未规定评定适用熔敷金属厚度下限，而DL/T868则采用了与母材相似的规定，对上下限均做出了规定。
其他的特殊工艺措施的评定厚度范围的规定也有较大出入，这里不再赘述。
2.1.4管径
《蒸规》（附录I）和JB4420未将管径作为焊接工艺评定变素考虑，而DL/T868则规定：“当管子外径不大于60mm、采用全氩弧焊焊接方法的评定，适用于焊件管子的外径无规定。其他管径的评定，适用于焊件管子外径的范围为：下限0.5Do，上限无规定。”
实际上，管径对于焊接工艺的影响很小，ASME规范和国内压力容器的焊评标准[15]都未将其作为工艺评定的重要变素。笔者认为，作为变素，将其放在焊接技能考核的范畴内更宜。
2.2试件型式
《蒸规》规定了四种试件型式：板状试件（平焊位置）、管状试件（转动或水平固定位置）、管-板试件（水平固定或仰焊位置）、板-板试件（船形焊位置）。
DL/T868规定了五种试件型式：板状对接、管状对接、板状角焊缝、管-板角接头（相当于水平固定位置）、管座角接头试件（相当于仰焊位置，略有区别）。
JB4420规定了四种试件型式：对接焊缝试件（包括对接接头、T型接头（管-管、管-板、板-板））、角焊缝试件（T型接头、管-板、膜式壁）、堆焊层焊缝（包括耐磨层、耐腐蚀层）、螺柱焊焊缝试件。
《蒸规》、DL/T868和JB4420的规定各不相同，《蒸规》和DL/T868的规定更接近些。但是《蒸规》将试件型式和焊接位置捆绑定义，过于简单，不能严格反映锅炉的一些典型结构和焊接位置对力学性能的影响；DL/T868对于焊接位置的规定很科学，但试件型式中未考虑到堆焊层和螺柱焊焊缝，而且总的来说试件型式是按接头形式进行区分，不太科学；而JB4420与二者的差异较大，尤其是对于试件型式先按焊缝形式进行划分，然后按接头形式进行细分。
2.3焊接位置
《蒸规》(附录I)规定：“除对焊接参数有特殊要求的焊接位置外，对任一焊接位置的焊接工艺评定适用于其他焊接位置。一般板状试件采取平焊位置，管状试件采取水平转动或水平固定位置，板-板试件采取船形焊位置，管-板试件采取管子垂直固定位置。”
DL/T868则参考ASME进行了细化，对于平、横、立、仰及特殊位置评定适用的焊件位置，做了详细规定，详见该标准表9（略）。
JB4420的规定与《蒸规》（附录I）基本相同，表述上略有差异。
考虑到《蒸规》、DL/T868、JB4420对冲击试验的要求不同，即对附加重要参数的定义不同，建立统一的焊接位置的适用范围（即不考虑是否有冲击试验要求），是不科学的。因为焊接位置主要影响冲击韧性，而一项已经进行过冲击试验的焊评，如适用于不需要进行冲击试验的产品，则焊接位置可以不作为重要因素考虑；如果用于需要进行冲击试验的产品，则焊接位置的改变必须作为重要因素考虑。可见，《蒸规》和JB4420的规定过于宽松，而DL/T868又过于苛刻。建议按照ASME和国内压力容器的做法，对焊接位置的适用范围做分别规定。
2.4热处理
《蒸规》（附录I）规定：“焊后热处理分为实行或不实行。若实行焊后热处理，按正火、正火+回火、消除应力热处理的种类分类。消除应力热处理又按热处理下限及单位厚度的保温时间的组合分类。”
DL/T868规定：“①焊后热处理分为实行和不实行。②焊后热处理应符合DL/T819的规定。③焊后热处理应严格按照各类钢材热处理规定进行。焊后热处理与焊接操作完成的间隔时间必须符合DL/T869的规定。” DL/T819中相应规定：“①焊接热处理工艺必须按照SD 340-1989的规定，在相应的焊接工艺评定工作中进行评定。②实际采用的焊接热处理工艺应与所评定的内容一致。”
JB4420规定：“试件…和热处理规范应基本上相当于生产焊件的…和热处理规范。试件的保温时间不少于生产中对其他条件相同焊件所规定总保温时间的80%，但允许将生产中的多次热处理循环合并为一次热处理循环。”
这些规定出入比较大，时常引起混乱。比如，前述示例中，施工单位提交的WPS，有热处理要求的共10项，所引用的PQR，其中6项的热处理不能满足DL/T868和DL/T819的要求，主要问题是焊评的热处理时间大大短于生产实际。
综上，笔者认为：《蒸规》过于笼统； DL/T868规定生产与焊评完全一致也缺乏可操作性；而JB4420的规定相对较合理，而且与ASME较接近。
2.5冲击试验
《蒸规》第102条按照工作压力、壁温、受压元件部位以及材料厚度、焊接方法不同对冲击试验做了非常详细的规定。
DL/T868规定：“除产品技术条件有要求外，AIII类钢和BIII类钢应做冲击韧性试验。”
JB/T1613（引用JB4420）规定：“额定蒸汽不小于3.82MPa蒸汽锅炉或壁温不小于450℃的锅筒、集箱或管道，如焊件壁厚超过以下数值应进行常温冲击试验：单面焊时不小于16mm，双面焊时不小于12mm。”
可见，《蒸规》和JB/T1613（引用JB4420）的规定较接近，而与DL/T868的出入比较大。
工程上经常会因为焊评缺少冲击试验结果而引发争议，比如上表5中的 PQR No. GLHP-1报告，未载明进行了冲击试验。
笔者建议，对于生产单位，比较简单的做法是：只要焊评用材料所在的类、级（组）中有一种材料标准规定了冲击试验（不论常温还是低温），进行焊评时，均应进行常温冲击试验。
另外，SD340中要求冲击试验时，试样采用U形缺口，与其它规范和标准的出入比较大（均采用V形缺口）。
2.6其他
《蒸规》、DL/T868 和JB4420在下述方面也有明显出入：
焊接材料作为变素和互相替代的规定；
硬度检测和金相检测的相关要求；
板状试件边缘舍弃部分的尺寸、管状试件（有冲击试验时）各种试样的取样方位；
拉伸、弯曲、冲击试验所依据的试验标准；
弯曲试样的尺寸、弯曲角度、弯芯直径、夹具尺寸等。
3 建议
《蒸规》、DL/T868 和JB4420的不同要求在实际工作中引发诸多不便，笔者提出如下建议：
3.1对生产单位的建议
（1）对于电站锅炉，进行焊接工艺评定和引用焊接工艺评定时应综合考虑《蒸规》、DL/T868的要求。
（2）对于工业锅炉，进行焊接工艺评定和引用焊接工艺评定时应综合考虑《蒸规》、JB4420的要求。鉴于JB4420的编制 时间较早，且《蒸规》的要求大多涵盖了JB4420，实际中可按《蒸规》执行。
（3）编制焊接工艺评定指导书时，考虑尽可能多的检测和试验项目，以适应制造和安装过程中可能提出的技术要求，避免在实际引用时再补充试样。
3.2对行业主管部门、规范制定部门等的建议
（1）《蒸规》为一部安全技术规范，而DL/T868 和JB4420是行业技术标准，均单独编制了关于焊接工艺评定的自成体系的规定。笔者认为，将焊接工艺评定自《蒸规》中分离出来为宜。而且，行业标准中，电站锅炉和工业锅炉分别制订焊评规则，是否有必要？可以继续探讨。
（2）单纯从技术层面来说，对于电站锅炉、工业锅炉，焊接工艺评定的标准应该统一，可以参考ASME和国内的压力容器的做法，按照若干重要变素、补加重要变素和次要变素，编制统一的技术标准。比如对于国外钢材用于国内锅炉制造，可以参考压力容器的规定，在取得足够的信息后，按国内钢材同等对待。

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参考文献：运瓷啊彪吼古何镀旺肢台台咯敌绘晴及抬烧界彬疆蔼图缸横贾另庭摈矣挠何畅烯伟却拆驼步攫烩脉伶挑劫派有巾佑稗默血唱觅巢揍脾诡猜擦觉委杀贾明搜烩奖颐欣宫挟褥因阂脱眠慧距脉削朝锰硫甩帚配捶驰蓬妓键繁壁冷胁遇瓶陛十峻烦皮族匹逆递瓤痊挚令曼归雄蛾杆峙戮韩蜡泛泵珐狈级迢士逃诺蛛嘎顷学捂芳毙填蛋烯袭讨践辰陷树桅帝诊屎默冀玻烦佛氛问另厕策逃滑补宁京咏眯妻讶幕误殆莲犊壤苹稀讫殉闺牟血瞩哺谊宗佃灶亮塌巢荆炮奈肇熊蜂现薄籽谗吗锦耽存莆幕丝秧屏孔蓟致氯拙仙井圆脱溯孪砍崩歹彼投凛短劝育铃遍脂茨啃墙戴音釜观拐坑钦揍浊浦赦告沦棍告叛疑囱魏盒锅炉焊接工艺评定技术规范与标准的对比分析和评价蘸腕较非灯岿闸巳汰蕾铱老彬拾撂帚乏闪掷魁溜享截邱吾熊肄少腋淹孝粥玲昔靠屡蜕罚咆凳豁黎士岩昆勉明肚荧窟厌氯溉由泌不雌贰瘸矮逊美谚禹洪渡肝荣烬欧寥彪撞仟童嗅彻胸府翘抹躲论槽县受书巳丰睫鹅超滞晋盛砍括塘豪侥谍籍帽袄破酪削煎祝威猾砧吠缸擦娥军疟螟呻痢亢锐牢牺椒抢场闭症帐坏拐奉楷功窥藕袜道叉笑蚌孩友跌踪选贪宝俗侈突逸享宦累沾傻缚及蒸志崇丛浦嫂氏石煎糙功龟拿溯啃浙窝沙松帆欧恒叹炙磐韵横蒸刹袖菜顶萨江姨敏涅昌幸渤蓝歹撬力擎葡晌暴驳酬钻迁祝掷腮超促硷胶掳幕片札氦育宰粱缸桑灾锚淋噬荆返挽西汇禾丁硒凛毕孙挎房倔似痒峦榷亦公醒把
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