钢结构焊接工艺评定标准认可范围对比分析_王红.pdf

2023年6月施工安装DOI：10.3969/j.issn.1001-2206.2023.03.011钢结构焊接工艺评定标准认可范围对比分析王红1，2，牛虎理1，2，韩亚飞3，杨华庆1，2，孙欣妍1，21.中国石油集团工程技术研究有限公司，天津 3004512.中国石油集团海洋工程重点实验室，天津 3004513.太重（天津）滨海重型机械有限公司，天津 300451摘要：对于大型产品或项目而言，焊评的全覆盖至关重要，其既可以保证工作的安全，又可以减少后期因焊评缺项而耽误工期。通过对不同标准中焊接方法、材质、厚度、接头形式、焊接位置等方面认可范围的对比，可为焊接技术人员制定覆盖全项目的焊接工艺评定计划提供参考。重点对GB 506612011与CCS2022两个焊接工艺评定标准进行对比。对比结果表明，两个标准对于焊接方法、材质、厚度、接头形式及焊接位置等方面的覆盖原则有着很大差异。据此指出，在进行产品设计时应综合结构特点进行标准选择；另外，由于在实际生产项目中对于标准的组合使用越来越多，焊接技术人员在运用标准时需要注意各标准之间的融会贯通，避免重复工作。关键词：钢结构；焊接工艺评定；焊评全覆盖；认可范围；标准对比Comparison and analysis of the approval scope of welding procedurequalification standards for steel structuresWANG Hong1,2,NIU Huli1,2,HAN Yafei3,YANG Huaqing1,2,SUN Xinyan1,21.CNPC Engineering Technology Research Co.,Ltd.,Tianjin 300451,China2.CNPC Key Laboratory of Offshore Engineering,Tianjin 300451,China3.TZ(Tianjin)Binhai Heavy Machinery Co.,Ltd.,Tianjin 300451,ChinaAbstract：For large-scale products or projects,the full coverage of welding procedure qualification(WPQ)is essential.It can not onlyensure the safety of work,but also reduce the delay of construction period due to missing items of WPQ.By comparing the approvalscope of welding method,material,thickness,joint form,welding position and other aspects in different standards,it can providereference for welding technicians to develop a WPQ plan covering the whole project.This paper focuses on the comparison between thetwo WPQ standards GB 50661-2011 and CCS-2022.The comparison shows that there are great differences between the two standardsin terms of the principles covering welding method,material,thickness,joint form and welding position.It is pointed out that thestandard selection should be based on the structural characteristics during product design.In addition,due to the increasing use ofstandard combinations in actual production projects,welding technicians need to pay attention to the mastery of various standards so asto avoid duplication of efforts.Keywords：steel structures；welding procedure qualification;full coverage of WPQ;approval scope;comparison of standards焊接作为钢结构建造中的主要环节而备受重视，在制定焊接工艺规程及编制焊接作业指导书时需要有焊接工艺评定结果作为支撑，这也是保证焊接接头满足设计要求和使用性能最重要的手段1-2。不同焊接工艺评定标准中对于焊接工艺评定认可范围的要求不尽相同，当前大多数的研究都是针对不同标准试验内容的比较3-6，然而对于大型产品或项目而言，焊评的全覆盖至关重要，既可以保证工作的安全，又可以减少后期因焊评缺项而耽误工期。本文通过对不同标准中焊接方法、材质、厚度、接头形式、焊接位置等方面认可范围的对比，为焊接技术人员制定覆盖全项目的焊接工艺评定计划提供参考，以期有效提高工作效率。1焊接方法及焊接工艺评定标准本文给出的对比内容基于目前生产中常用的焊条电弧焊、埋弧焊、气保焊焊接方法以及这三种焊接方法的组合，非常用焊接方法在应用时可参见具体标准。对比标准为国内钢结构建造常用标准 GB 506612011 钢结构焊接规范7和CCS2022材料与焊接规范8。66施工安装第49卷第3期试件母材厚度TT33T1212T2525T7070T100T100GB 506612011适用于焊件板厚最小值30.75 T0.75 T适用于焊件板厚最大值2 T2 T不限CCS2022单面单道焊或双面单道焊对接和T型接头适用于焊件板厚最小值0.7 T0.7 T0.7 T不适用适用于焊件板厚最大值1.1 T1.1 T1.1 Ta多道焊的对接和T型接头及填角接焊适用于焊件板厚最小值T30.5 T50适用于焊件板厚最大值2 T2 T2 T（最大150）2 T注：a表示对热输入超过50 kJ/cm 的焊接工艺，适用的焊件板厚最大值为1.0 T；CCS2022中对于钢材、厚度、焊接材料的认可范围都以热输入50 kJ/cm为界限。表2钢材厚度认可范围对比单位：mm2认可范围的差异及特点2.1焊接方法认可对于本文所提及的不同标准而言，当某一焊接方法评定合格后，其认可范围通常仅限于认可试验所使用的方法，当焊接方法改变时，需要重新进行焊接工艺评定。表1列出了两个标准中焊接方法认可范围的专用规定。表1焊接方法认可范围的专用规定标准GB 506612011CCS2022专用规定进行组合焊的工艺评定时，既可以按每种焊接方法分别评定，也可以组合评定；未提及组合评定合格的焊接工艺是否可用于评定合格的任一种焊接方法；标准中在进行焊接方法分类时已包含机械化程度的改变，即机械化程度不同的焊接方法应单独评定进行组合焊工艺评定时一般应采用组合评定，且组合评定认可后仅适用于与认可试验采用相同焊接顺序的组合焊工艺；但当评定母材为船体结构用钢时，要求与GB 506612011相同，可以按每种焊接方法分别评定2.2材质认可材质认可包括母材材质和焊材材质的认可。与承压设备标准类似，GB 506612011将常用钢材按照其标称屈服强度进行了分类，类别号为，并按照不同类别提出评定要求，而且明确提出国内钢材与国外钢材的焊接工艺评定结果不允许互相替代。CCS2022的评定规则主要是按照强度级别和韧性等级提出，与GB 506612011相比，增加了韧性等级的区分要求，且对不同交货状态钢材的相互覆盖作出详细说明。其对于TMCP钢的评定覆盖与 GB 506612011 不同，CCS2022 规定一般情况下正火、热轧、控轧交货状态钢材认可的焊接工艺可以覆盖TMCP钢，但反之不允许；而GB506612011中则规定TMCP钢与其他交货状态的钢材焊接工艺评定结果不得互相替代。钢结构建造项目中根据节点的重要性，设计选用钢材的交货状态会有不同，因此在应用此标准制定焊接工艺评定计划时应注意钢材交货状态。焊材材质的认可相对简单，通常认可试验合格的焊接工艺所用焊接材料的适用范围仅限于相同等级（含后缀）的焊接材料。对于CCS2022，热输入超过50 kJ/cm 的工艺不适用此规定。2.3厚度认可不同标准对于评定合格的试件厚度认可范围有着较大区别。厚度认可通常包括试件母材厚度适用的焊件母材厚度和焊件焊缝金属厚度，而GB506612011和CCS2022则仅对母材厚度认可进行了规定。表2列出了两个标准对于钢材厚度认可范围的比较。2.4接头形式认可GB 506612011 中要求接头形式发生变化时需重新进行评定，但十字形接头的评定结果可以替代T形接头的评定结果，全焊透或部分焊透的T形或十字形接头对接与角接组合焊缝的评定结果可以替代角焊缝评定结果，因此当应用此标准进行焊接工艺评定计划时，仅需进行十字形接头的评定即可覆盖T形接头和角焊缝评定。当管材外径王红等：钢结构焊接工艺评定标准认可范围对比分析672023年6月施工安装不小于600 mm时，管材对接与相应位置的板材对接的焊接工艺评定可以相互替代，鉴于板材对接易于固定、便于焊工进行焊接操作等优点，在进行焊接工艺评定计划时，仅需进行板材对接的评定。在 GB 506612011中提到了 T 形接头并作出详细说明，在其他标准中都未对此接头类型进行规定，接头形式示意见图1。表3列出了两个标准对于焊接接头形式的认可范围。对于单面焊带衬垫接头，GB 506612011 中衬垫材质为要素，CCS2022中未对材质做具体要求。（c）部分焊透的T形对接与角接组合焊缝（a）十字形对接与角接组合焊缝（b）金焊透的T形对接与角接组合焊缝图1十字形接头和T形接头示意表3对接焊接头形式的认可范围标准GB 506612011CCS2022双面焊清根（C）C，AC不清根（D）D，C单面焊带衬垫（A）A，CA，C不带衬垫（B）BA，B，C，DCCS2022中规定，通常对接焊合格的焊接工艺可以覆盖相应厚度的角接焊，此项规定对于屈服强度小于355 N/mm2的钢材适用，当钢材屈服强度大于或等于355 N/mm2时，需按要求进行角接焊试验。当管径大于600 mm时，可用板材对接替代相应位置的管材对接，此规定与 GB 506612011近似一致。2.5焊接位置认可GB 506612011 中规定，横焊焊接位置的评定结果可以替代平焊焊接位置，反之不允许替代。立焊、仰焊焊接位置同其他焊接位置之间均不可互代。CCS2022中当某一焊接位置评定合格后，其认可范围通常仅限于认可试验所使用的焊接位置，当焊接位置改变时需要重新进行焊接工艺评定。但当进行了立向上和横焊焊接位置的评定且合格后，除立向下焊接位置外，其他焊接位置均适用。相同条件下应用CCS2022进行全位置覆盖时，其需进行的评定数量少于 GB 506612011。常用焊接位置如图2所示。O仰焊Vd立向下焊F平焊H横焊Vu立向上焊图2焊接位置示意针对不同行业特点，各标准对于焊接位置覆盖有着不同的要求，在针对项目展开焊接工艺评定计划时需按具体要求执行。2.6焊接参数认可针对不同的焊接方法，两个标准对于工艺评定中所用保护气体、预热温度、层间温度、焊接电流、焊接电压、焊接速度的认可范围都作出了限定，最终达到控制焊接热输入、保证焊接质量的目的。此类认可范围属于项目施工期间的可控因素，可以通过数据采集与控制的方式进行把控，将其限定在已认可的工艺参数范围内，对于焊评的全覆盖影响不大，只需按标准要求在作业指导书中强调注明，并强化现场管理。2.7其他认可因素1）坡口形式。对于生产中常用的焊接方法，两个标准均未对坡口形式进行规定，因此在制定焊接工艺评定计划时，可通过坡口形式的相互覆盖达到节约生产成本的目的。在焊接接头形式认可的前提下，单边V形和双边V形坡口只需评定一种形式，X形和K形坡口只需评定一种形式，而单边V形和K形坡口直边焊接的难度较双边V形和X形坡口大，更易出现侧壁熔合问题，其作为评定坡口形式更具代表性。坡口形式示意见图3。图3坡口形式示意双边V形单边V形X形K形abababab2）焊后处理。焊接认可试验是否进行焊后热处理或时效处理取决于设计文件是否要求，其认可范围限于认可试验中采用的处理手段，CCS2022对此作出了明确规定。GB 506612011虽未68施工安装第49卷第3期对此进行限定，但在制定焊接工艺评定计划时通常将其作为重要变量。3结束语通过对比分析两个标准焊接工艺评定认可范围的差异，得出如下结论。1）采用GB 506612011与CCS2022进行焊接工艺评定时，对于焊接方法、材质、厚度、接头形式及焊接位置等方面的覆盖原则有着很大差异，在进行产品设计时应在综合考虑结构特点后进行标准选择。2）实际生产项目应用时对于标准的组合使用越来越多，焊接技术人员在运用标准时需要注意各标准之间的融会贯通，避免重复工作。参考文献1 刘杨.焊接工艺评定试验国内外标准对比解析J.理化检验（物理分册），2018，54（6）：421-426.2 陈晓伟，戴汉政，陈增江，等.起重机械焊接工艺评定相关标准对比分析与应用J.起重运输机械，2015（12）：6-11.3 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structuresJ.Acta mechanica sinica，2012，28（5）：1 3031 308.7 DNVGL-ST-F101：2017，Submarine pipeline systemS.8 XU Wanhai，XIE Wude，GAO Xifeng，et al.Vortex inducedvibrations of a free-span submarine pipeline under asym-metric pipe-soil boundary conditionsJ.China earthquakeengineering journal，2014，36（4）：773777，789.作者简介：崔琬婷（1996），女，辽宁盘锦人，工程师，2019年毕业于爱丁堡大学电子学专业，硕士，主要从事焊接自动化等方面的研究工作。Email：收稿日期：2023-03-19（上接第36页）王红等：钢结构焊接工艺评定标准认可范围对比分析69