长输管道焊接工艺评定标准分析及建议

戈兆文1 ,郑钧2 ,许卫荣3
(1、合肥通用机械研究所,安徽合肥230031;2、中国化学工程第十二建设公司,北京100000;3、湖州市特种设备检测中心,浙江湖州313000)
摘要:从分析ASME B3118《输气和配气管道系统》出发,发现SY/ T4103 —1995《钢质管道焊接及验收》中的焊接工艺评定不考虑冲击韧性,因而不完全适用于长输管道。对比用于压力管道的焊接工艺评定标准后,认为参照采用ASME 第九卷的JB4708 具有全面、科学、合理的特点, 若容入长输管道材料后,将符合GB50251《输气管道工程设计规范》规定,用于长输管道的焊接工艺评定。
关键词:长输管道;焊接工艺评定

1前言
长输管道的设计规范主要有GB50251—1994《输气管道工程设计规范》和GB50253 —1994《输油管道工程设计规范》, 在GB50251 现行版和修订版(稿) 中焊接工艺评定都执行GB50236 —1998《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》。在GB50253 现行版和修订版(稿) 中压力容器焊接工艺评定采用JB4708 —2000《钢制压力容器焊接工艺评定》, 而管道的焊接工艺评定则执行GB50236 —1998。然而,在长输管道施工中,不少工程项目则自主执行SY/ T4103 中的焊接工艺评定。
长输管道的焊接工艺评定究竟执行哪个标准,长输管道的焊接工艺评定如何规定, 则是长输管道设计、施工、监督及业主等要考虑的问题。GB50251、GB50253、JB4708 等标准正面临修订或即将修订, 因此这也是标准编制人员要认真考虑的问题。
2三项标准的差异及特点分析
GB50251 —94 是参照采用ASME B3118 编制的;GB50253 —94 则是参照采用ASME B3114《输油和配油管道系统》编制的;JB4708、GB50236 都是参照采用ASME 第九卷编制的; SY/ T4103 —1995 则是等效转换API std1104《管道及有关设施的焊接》而来的。
在ASME B3118 (1999 年版) 中对焊接工艺评定和焊工评定规定如下:
(1) 环向应力小于20%SMYS(最小屈服强度) 条件下操作的管道,只对焊工提出按ASME第九卷,或按API 1104 ,或按附录G规定评定,对焊接工艺评定没有条文规定; 而环向应力等于或大于20%SMYS条件下施焊的焊接工艺和焊工应按ASME 第九卷或API 1104 进行评定;
(2) 对于近海管线施焊的焊接工艺和常压下焊接则按API 1104 或ANSI/ AWS A316 进行评定;
(3) 对含硫气体管道焊接施工的焊接工艺评定和焊工评定则按ASME 第九卷或API 1104 规定。
GB50251 和GB50253 的焊接工艺评定都执行GB50236。JB4708 修订后会在压力管道方面代替GB50236。长输管道实际施工中却执行SY/T4103,那么,GB50236、JB4708和SY/T4103之间的差异与各蕴氐憔烤褂心男? 则显得十分重要。这三个标准中的评定因素对照见表1～表3 。
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表1 是焊接工艺评定的公用规则, 对各种焊接方法都适用。公用规则共有五项:焊接方法,钢材类详细对比表1 中的公用规则后可以看出,JB4708所列焊接方法包含了GB50236、SY/T4103中的焊接方法。JB4708 内钢材有53 个钢号,分8 类15组,替代关系明确, 完全可以包容SY/T4103的钢材分组。JB4708将焊后热处理分为五类,并按温度和时间范围制定了评定规则。SY/ T4103 则不考虑焊后热处理。试件厚度与焊件厚度关系是焊接工艺评定的重点内容。JB4708 将试件厚度分为四种情况分别规定了适用于焊件范围, 特别情况下有十一种适用范围,而SY/ T4103 将试件划分为3 个组, 改变组别要重新评定。
从表1 和上述分析可以看出,JB4708 公共焊接工艺评定规则可以更科学更合理地代替SY/ T4103及GB50236。
表2 是与焊接方法相关的焊接工艺评定细则,其中的焊接工艺评定因素分为重要因素、补加因素和次要因素。重要因素指影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能的焊接工艺因素。补加因素指影响焊接接头冲击韧性的焊接工艺因素;次要因素指对要求测定的性能无明显影响的焊接工艺因素。


从表2 可知,JB4708中重要因素、补加因素、次要因素齐全, GB50236只列出重要因素和补加因素,而SY/T4103只列出重要因素。可见JB4708、GB50236 考虑到焊接接头冲击韧性, SY/ T4103 则不考虑冲击韧性。当长输管道工程设计图样中要求冲击韧性试验,而焊接施工标准中根本不考虑冲击试验的焊接工艺评定因素,试件也不作冲击试验,该长输管道工程的冲击韧性该如何保证,令人担忧。
从表2 还可以看出, JB4708、GB50236 和SY/T4103 截然不同的评定规则有:接头形式(坡口形式) ,焊接位置与试件位置,保护气体流量;有显著差别的:向上(下) 立焊与上(下) 向焊,层间温度与时间间隔,线能量与焊接速度; 在SY/ T4103 中还有填充金属、电特性及技术措施中若干焊接工艺因素没有列入(如实心焊丝与药芯焊丝、熔滴过渡、单丝焊与多丝焊) 。
表3 则是焊接工艺评定试件检验要求对比。JB4708 规定,除裂纹以外不要求检验试件外观与内部缺陷,力学性能试样可以避开缺陷制取。而SY/T4103 规定进行刻槽锤断试验, 检查试样上的缺陷与尺寸。检验试样焊缝断面缺陷对焊工考试是可以理解的,但对焊接工艺评定则是不合适的,这不是焊接工艺评定的目的。JB4708、GB50236 弯曲试验规定弯心直径D 为试样厚度a 的4 倍, 180°弯曲, 而SY/ T4103 则规定D ≥7 a ,弯曲180°,弯曲试验要求显然不高。由中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司发布的Q/ SYXQ4 —2001《西气东输管道工程焊接施工及验收规范》中已经在试件检验中增加了- 20 ℃冲击试验要求, 但在条文中还没有明确提出影响冲击试验的焊接工艺评定因素及重新评定规则,这显然是不够的。
国家经济贸易委员会发布的SY/T0452—2002《石油天然气金属管道焊接工艺评定》, 适用于陆上石油天然气工程, 该标准参照了JB4708、GB50236 ,比SY/ T4103、Q/ SYXQ4 更进了一步, 明确提出影响冲击试验的焊接工艺评定因素及评定规则, 规定了冲击试验要求。
3 结 论
(1)ASME B3118 中的焊接工艺评定, 同时引用了ASME 第九卷与API 1104。但执行时是有条件的,当规定冲击试验要求时应采用ASME 第九卷;?a href='http://www.anystandards.com/special/pump.html' target='_blank'>泵挥谐寤魇匝橐?笫辈捎肁SME 第九卷或API1104;
(2) 冲击韧性是长输管道工程设计图样中的重要性能, 应在施工规范中给予保证, SY/ T4103 不考虑冲击试验,因而不能用于有冲击试验要求的长输管道焊接工艺评定;
(3)JB4708 参照ASME 第九卷编制修订,内容详尽,规定科学,替代合理,包含了SY/ T4103 中所有情况,当补入长输管道用材后,完全可以用于长输管道的焊接工艺评定。