焊接工艺评定中冲击试验要求的类型与评定关系

焊接工艺评定中冲击试验要求的类型与评定关系靳茂明（江苏省特种设备安全监督检验研究院南京210003）摘要：本文对焊接工艺评定中冲击试验要求的类型进行分类，给出不同冲击要求下的评定范围之间的逻辑关系。对工艺评定因素的概念类型和评定因素的改变类型进行了必要的解释。对ASME评定标准中不同冲击试验要求下的母材评定规定进行了简要的说明。对冲击试验要求与厚度值之间的逻辑关系进行了简要的说明。关键词：焊接工艺评定；冲击试验；逻辑验证；概念类型；评定范围；逻辑关系ThetypesofimpacttestrequirementsandlogicalrelationsinweldingprocedurequalificationsJinMaoming(JiangsuProvinceSpecialEquipmentSafetySupervisionInspectionInstituteChinaNanjing210000)Abstract:Inthispaper,thetypesofimpacttestrequirementsinweldingprocedurequalificationsareclassified,andthelogicalrelationsbetweendifferentimpactrequirementsaregiven.Itisnecessarytoexplaintheconcepttypesandtheconcepttypeschangesofqualificationvariables.BriefdescriptthequalificationrequirementsofbasemetalsunderdifferentimpacttestintheASMEqualificationcode.Briefdescriptthelogicrelationsbetweentheimpacttestrequirementsandthewallthicknessvalue.Keywords:Weldingprocedurequalifications；Impacttest；Logicalqualified；Concepttypes；Qualificationrange;Logicalrelations1工艺评定中冲击试验要求的类型“工艺评定中冲击试验要求的类型”这句话应该理解为焊接工艺评定对力学性能的逻辑验证类型，由于力学性能试验是工艺评定的核心项目，所以每一种评定因素改变类型的可互换性问题可以简化理解为对力学性能的逻辑验证问题。焊接工艺评定中对力学性能逻辑验证的类型，从ASME评定标准的规定来看有三种：1）只需要对拉伸、弯曲性能进行逻辑验证（即无冲击要求）；2）需要对拉伸、弯曲性能和焊缝金属的冲击性能进行逻辑验证（即有焊缝金属冲击要求）；3）需要对拉伸、弯曲性能和焊缝金属的冲击性能、热影响区冲击性能进行逻辑验证（即有热影响区冲击要求）根据对ASME评定标准的研究，可以认为对不同的焊接方法，焊缝金属的冲击要求和热影响区冲击要求对母材评定的影响是不一样的，具体的影响情况在后文中进行说明。2评定因素概念类型的数量和评定因素改变类型的数量假设有10种焊接方法w1、w2、w3。。。w10，则焊接方法这个评定因素就有10种概念类型。那么焊接方法改变的类型的数量是多少呢？由w1→w2、w1→w3。。。w1→w10；w2→w1、w2→w3。。。w2→w10；。。。；w10→w1、w10→w2。。。w10→w9可知全部的改变类型的数量是90，且这90种改变都同时影响了对拉伸、弯曲、冲击力学性能的逻辑验证，所以这90种改变类型不具有可互换性，如果把w1→w1、w2→w2。。。w10→w10也看作是一种特殊的“改变”类型，则只有自身类型“改变”为自身类型时才是允许的（即不改变类型时才可以逻辑验证），所以这10种“改变”类型具有可互换性。（如果按ASME评定标准的解释，其中90种改变为重要因素，10种“改变”为次要因素，焊接方法的改变类型中没有补加因素。）再假设有10个母材牌号彼此之间都不可以相互验证，分别为m1、m2、m3。。。m10，则母材有10种概念类型。那么母材焊接类型改变的数量是多少呢？也会是90种吗？当然不是，90种仅仅是10种牌号相互之间的逻辑验证数量，除此之外还有这10种牌号逻辑验证任意不同的两种牌号组合后的焊接类型，以及任意一个组合验证这10种牌号，以及任意一个组合验证其余组合（任意两种牌号的组合数量是：C(10,2)=10!/[(10-2)!*2!]=45）。则需要逻辑验证的类型数量是：①10种牌号相互之间的逻辑验证数量：10*10-10=90（去除自身验证自身）②10种牌号验证45种组合和45种组合验证10种牌号的数量是：45*10*2=900③任意两种组合之间需要逻辑验证的数量是：45*45-45=1980（去除自身验证自身）；即需要逻辑验证的焊接类型数量是90+900+1980=2970。如果是100个牌号，则任意两种牌号的组合数量是C(100,2)=100!/[(100-2)!*2!]=4950，则需要逻辑验证的类型数量是：①100种牌号相互之间的逻辑验证数量：100*100-100=9900（去除自身验证自身）②100种牌号验证4950种组合和4950种组合验证100种牌号的数量是：4950*100*2=990000③任意两种组合之间需要逻辑验证的数量是：4950*4950-4950=24497550（去除自身验证自身）；即需要逻辑验证的焊接类型数量是9900+495000*2+24497550=25497450，也就是说我们要对这2千5百多万个改变类型做出判断。从以上的内容中我们发现母材这个评定因素与其他评定因素相比较，在对评定因素改变类型的分析上要复杂的多，评定因素改变类型的数量不仅仅受到评定因素类型数量的影响，而且还受到评定因素分类数量形成的数学组合数量的影响，因此对母材进行分类是必要的，经过分类和分组后，评定因素的改变类型数量与不同类别之间和不同组别之间的组合数量有关。对其他评定因素也同样存在着相关评定因素的概念类型和概念类型改变数量的问题，只是有的简单有的复杂而已，比如：在熔化极气体保护焊中对焊接工艺方法的评定中存在4种概念类型：喷射弧、脉冲弧、短路弧、熔滴弧，其概念类型改变的数量是12个（去除自身验证自身），而对于电流类型的评定则只有直流电和交流电2种概念类型，其概念类型的改变数量也只有2种（去除自身验证自身）。焊接工艺评定规则就是对相关评定因素的所有改变类型进行的符合性判断。3不同冲击要求下的评定范围之间的关系三种冲击要求下评定范围（即允许的评定因素改变类型的数量）之间的关系是：全部的评定因素改变类型的数量≥无冲击要求时的评定范围≥有焊缝金属冲击要求时的评定范围≥有热影响区冲击要求时的评定范围如果按ASME标准中有关“重要因素”（重要变素）、“补加因素”（附加重要变素）、“次要因素”（非重要变素）的定义，对上面的关系可进行如下解释：1）无冲击要求时的评定范围=“次要因素”；或=“全部的评定因素改变类型的数量”﹣“重要因素”2）有焊缝金属冲击要求时的评定范围=“无冲击要求的评定范围”﹣“补加因素”3）ASME标准没有对影响热影响区冲击性能的评定因素的改变进行定义，但实际应用上又把它归纳到“补加因素”，这与“补加因素”的定义不符。有热影响区冲击要求时的评定范围=“有焊缝金属冲击要求时的评定范围”﹣“未定义因素”，见图1。笔者呼吁中国的焊接工艺评定标准不要引入有关“重要因素”、“补加因素”、“次要因素”这些概念，应把它转化为“无冲击要求时的评定范围”、“有焊缝冲击要求时的评定范围”、“有热影响区冲击要求时的评定范围”这三个概念进行评定规则的定义（见图2）。“重要因素”、“补加因素”、“次要因素”是对工艺评定因素改变类型的定义，笔者认为对这种改变类型无需再进行多余的概念定义，这种定义不仅扰乱评定规则的语言表达，而且对某些复杂的评定因素来说不是一个合适的语言方法。下面是用图示法表示工艺评定中冲击要求的类型和评定范围的关系（图1，图2）：图1图24不同冲击要求下的评定结果的逻辑关系从前文的分析和图1、图2中不难得到下面的结论：1）如果无冲击要求时不可以评定，则有冲击要求时也必然不可以评定；2）如果有焊缝冲击要求时不可以评定，则有热影响区冲击要求时也必然不可以评定；3）如果有焊缝金属冲击要求时可以评定，则无冲击要求时也必然可以评定；4）如果有热影响区冲击要求时可以评定，则无冲击要求和有焊缝金属冲击要求时也必然可以评定。5ASME评定标准中冲击要求对母材评定的影响笔者对ASME评定标准中各种焊接方法下，按不同的冲击要求类型对母材评定条款进行了归纳，见表1。从表1中可以看出对于手工电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、钨极气体保护焊、等离子弧焊、气电立焊这6种焊接方法，在无冲击要求和只要求焊缝金属冲击时，母材的评定范围相同（对同一焊接方法而言），其中手工电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、钨极气体保护焊4种焊接方法母材的评定范围完全相同。对电渣焊、电子束焊、激光焊3种焊接方法，在只要求焊缝金属冲击和同时要求热影响区冲击要求时，母材的评定范围相同（对同一焊接方法而言）。对氧-燃料气焊和闪光焊，在不同冲击要求下母材的评定范围相同。根据表1的归纳可以给出相关焊接方法下不同冲击要求时的母材评定范围关系，见图3、4、5。图3（仅对母材评定）图4（仅对母材评定）6关于母材厚度与试件冲击试验的关系1）如果产品有冲击要求，则试件必须进行相应的冲击试验。如果根据评定规则，允许用某个厚度的试件进行焊接工艺评定，但是又因为试件厚度过小而不能够满足冲击试验条件，则该厚度评定规则必然是不合理的。母材厚度评定规则应保证有冲击试验要求的试件厚度满足冲击试验条件。2）在产品厚度变小的趋势中应该存在一个豁免冲击的厚度值，当产品厚度小于该厚度值时，产品在设计上和焊接工艺评定标准上应不再对该产品厚度提出冲击试验要求。3）进行过焊缝冲击试验的试件可以评定无冲击要求的产品（从逻辑上说即使冲击试验不合格也不影响对无冲击要求产品的评定）。4）同时进行过焊缝冲击试验和热影响区冲击试验的试件可以评定无冲击要求和只要求进行焊缝冲击的产品。7结束语本文重点对评定因素的概念类型的分类和概念类型的改变数量进行了分析，根据冲击试验要求的不同对这些改ASME评定标准对各种焊接方法在不同的冲击要求时母材评定规则应遵守的条款表1焊接方法冲击要求的三种类型无冲击要求仅焊缝冲击焊缝冲击+热影响区冲击手工电弧焊(SMAW)QW403.11(引用QW424.1)QW403.5埋弧焊(SAW)QW403.11(引用QW424.1)QW403.5熔化极气体保护焊(GMAW,FCAW)QW403.11(引用QW424.1)QW403.5钨极气体保护焊(GTAW)QW403.11(引用QW424.1)QW403.5等离子弧焊(PAW)QW403.12QW403.5气电立焊(EGW)QW403.1QW403.5电渣焊(ESW)QW403.1QW403.4电子束焊(EBW)QW403.1QW403.15激光焊(LBW)QW403.1QW403.15氧-燃料气焊(OFW)QW403.1闪光焊(FW)QW403.24图5（仅对母材评定）变类型进行分类，从而得到评定结果和评定范围之间的逻辑关系，给出母材厚度与冲击试验要求之间的逻辑关系，每一条评定规则都应该遵守这些逻辑关系。对于某些评定因素，关于概念类型的改变数量的理解可能会变得十分抽象，如厚度评定中可以理解为无数个点与点之间的关系，也可以理解为点与区间的关系，也可以解释为一个函数关系。如果某个评定因素还受到另一个评定因素的影响，则这种情况下形成的概念类型和概念类型的改变数量将更加复杂。正确理解概念类型的改变是制定焊接工艺评定规则的概念基础，评定范围和评定结果之间的逻辑关系对不同冲击要求下评定规则的制定具有逻辑上的指导意义，希望本文的观点能够为我国焊接工艺