ASME工艺评定基本要求

ASME焊接文件的编制以及焊工的考核过程1．当产品设计图纸完成以后，焊接工程师根据按照ASME规范编制的“压力容器质量手册”的要求编写焊接接头识别卡。根据设计图纸标明的按照ASME规范2001版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12001EDITION)分类的A类，B类，C类，D类焊接接头，给每个接头编号，规定每个接头所遵循的焊接工艺指导书(WPS)，材料类别号或者组别号，以及焊接方法和可行的焊接位置。2．焊接工程师按照质量手册的要求参照焊接接头识别卡编写第零版焊接工艺指导书(WPSRev.0)。2．1WPS，以及后来的PQR，WPQ等等所有ASME文件的格式最好对照ASME规范2001版第九卷(ASMESEC.Ⅸ)末尾的附录中的样表的格式，WPS当中，必须包括对所有重要变素的描述，见QW252-260。2．2WPS当中的变素按照ASME规范2001版第九卷(ASMESEC.Ⅸ2002EDITION)QW250的叙述。QW252(OFW)燃料氧气焊，QW253(SMAW)焊条电弧焊，QW254(SAW)埋弧焊，QW255(GMAWandFCAW)气体保护焊及药芯焊丝气体保护焊，QW256(GTAW)钨极氩弧焊，QW257(PAW)等离子焊，QW258(ESW)电渣焊，QW259(EGW)电气焊，QW260(EBW)电子束焊。3．根据ASME规范2001版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12001EDITION)的UW-28的规定，对所遵循的每一项焊接工艺作出工艺评定(PQR)。3．1焊接工艺评定的材料与设计图纸相同，SA662-C+SA662-C；SA662-C+SM-400。SA662-C按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-420材料的分组，类别属于P-No.1，组别属于GroupNo.2，强度等级C,亦即最小抗拉强度70-90ksi，大约相当于485-600Mpa。钢号UNSNo.K02007。SM-400的性能接近20号钢。工艺评定用母材与评定母材的适用范围应遵循QW-424的规定，并体现在WPS中。焊接工艺评定是在ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)QW－200各项条款的指导下进行的。3．2焊接材料的选用，根据ASME规范2001版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12001EDITION)的UCS-67的规定，焊接材料的MDMT(低温冲击试验温度)不应高于母材的MDMT。在表UCS-66中，设计厚度取0.4375英寸，材料SA662取曲线B，得出的低温冲击试验豁免温度是–13华氏度，由于产品的工作温度是100摄氏度以上，所以在焊接工艺评定中可以不进行冲击试验。但是焊接材料的低温冲击试验温度必须低于材料的豁免温度。所用的焊丝AWSA5.18ER70S-6和ER70S-G的冲击试验温度均为-29摄氏度，大约相当于-20华氏度。低于材料的豁免温度。符合ASME规范不进行冲击试验的豁免要求。3．3焊材的分组遵循QW-430，焊丝AWSA5.18ER70S-6和ER70S-G属于QW-432.1钢和合金钢范畴，属于F-6组，同组的还有SFA-5.2钎接填丝，SFA-5.9不锈钢焊丝，SFA-5.20药芯焊丝等。3．4工艺评定试样遵循QW-450，评定的熔敷金属厚度分为10mm和20mm两种。按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)QW-451.1的叙述，可以分别覆盖20mm和40mm的厚度范围，但是由于采用的焊接方法是短路过渡气体保护焊(GMAW)，按照QW452.32的叙述，对于10mm钢板，不足1/2英寸，覆盖范围缩小到1.1倍母材厚度，亦即11mm。20mm的熔敷金属虽然超过1/2英寸，按照QW452.1，QW452.2和QW451.1，可以覆盖2倍厚度，即40mm。可是本公司的产品最厚的焊缝只有20mm，同时焊缝厚度超过38mm需要热处理，会有新的要求，所以仍然限制在1.1倍母材厚度22mm，没有超出ASME规范。3．5焊接前的预热按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-406的规定。同时，在公司的质量手册中“压力容器焊接控制及检验规程”也有明确规定。始焊温度不低于16摄氏度。层间温度不高于250摄氏度。3．6本公司的焊接工艺评定的试样，按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-450的规定要进行拉伸试验和横向导向弯曲试验。10mm的试样为2个拉伸试样，2个面弯试样和2个背弯试样。20mm的试样则为4个侧弯试样。试样的加工符合ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-462所给出的形状和尺寸。针对本公司的试样形状尺寸，板的缩截面拉伸试样遵循QW462.1(a)，管子的缩截面拉伸试样遵循QW462.1(b)和QW462.1(c)。横向导向弯曲试验的试样遵循QW462.3(a)，侧弯试样遵循QW462.2。试样从所焊接的试板上截取，取样的顺序遵从ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中的QW-463。弯曲试验所使用的夹具尺寸符合QW-466。3．7按照QW-141.1的叙述，拉伸试样用于评定焊缝的极限强度，考察材料和焊材的性能。按照QW-141.2的叙述，导向弯曲试样用于评定焊缝的完好性和延展性。考察焊道的内部质量。亦即焊缝中不应存在气孔，夹渣，未熔合，裂缝等缺陷。拉伸试验按照QW-150进行，按照QW-153拉伸试验的合格标准和QW-153.1抗拉强度的叙述，试样抗拉强度不应小于母材规定的最小抗拉强度。实际的拉伸试样均未低于焊接母材的强度数据。导向弯曲试验按照QW-160进行。弯曲试验合格标准按照QW-163，弯曲后的试样在凸面上沿任何方向测量，在焊缝和热影响区内都不应有超过1/8英寸(3.2mm)的开口缺陷。但在试样的边角部位于试验过程中出现的开口缺陷除外，除非有证据表明开口缺陷是由于未熔合，夹渣或者其他内部缺陷造成的。实际的弯曲试样均符合ASME相关要求。工艺评定合格。4．焊接工艺评定(PQR)的合格，说明第零版焊接工艺指导书可以作为正式受控文件指导生产。第零版焊接工艺指导书升级为第A版。亦即WPSVer.A。WPS包含了重要变素，附加重要变素以及非重要变素。当重要变素和附加重要变素发生变化时，按照QW-200.1的要求，WPS必须重新评定。亦即重新制作或者补充制作PQR。如果是非重要变素，可以不进行重评。但是修改变素的参数之后仍然要AI签字。5．WPS-AGP-01Ver.A由PQR-AGP-01和PQR-AGP-02支持。6．WPS-AGP-02Ver.A由PQR-AGP-03支持。7．WPS-AGTP-01Ver.A由PQR-AGTP-02支持。8．在合格的A版本WPS的支持下，对焊工进行考核。亦即进行WPQ的工作。焊工的资格评定表现为焊工技能评定报告(WPQ)，WPQ是在ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-300的指导下进行的。9．1由于PQR的合格，根据QW-301.2的叙述，焊接该试件的焊工(其评定范围按照QW-304)被认为评定合格，其评定的焊接位置按照QW-303。9．2按照QW-304的叙述，P-No.1的材料可以用射线拍片的方法作资格评定。由于采用的焊接方法都是短路过渡型气体保护焊(GMAW)，所以不能用射线检测的方法进行工艺评定。按照QW304.1的叙述，用目视检验和力学性能试验进行评定。外观检验遵循QW-302.4。评定所使用的试板厚度为10mm，按照QW-452技能评定试验的厚度范围和试样表格，要作外观检验，1个面弯试验和1个背弯试验。当试板厚度≥3/4英寸时为2个侧弯试样。不过，对于5G(水平固定管)，6G(斜45度管)的资格评定，按照QW-302.4的规定，如果采用力学性能试验的方法进行，必须作2个面弯，2个背弯或者4个侧弯。钨极氩弧焊焊接20号钢材料，其实也可以采取拍片的方法考取资格。拍片对焊缝长度有限制。亦即焊缝总长度必须大于164毫米。对于小直径管，可以焊接多根，使得焊缝总长度达到164毫米。9．3正式的评定之前进行了大量的培训。特别是气体保护焊。由于本公司的气体保护焊是短路过渡形式，电弧燃烧是不连续的，也就是焊接电弧存在瞬间熄灭现象。每秒钟大约出现60-100次。但是焊丝的送进是连续的。气体保护焊的这种工艺特性使得它具有很高的熔敷速率，生产效率很高。但是同时也容易出现未熔合和弥散的夹渣。由于缺陷的方向，有可能使得射线检测不能发现焊缝中的这些缺陷。但是在力学性能试验(弯曲试验)中这些缺陷作为断裂源会扩展成为裂缝。从而被发现。气体保护焊的未熔合主要是焊工在摆动焊接时两端停顿时间不够或者摆动间距(每次摆动周期所前进的距离)太大，熔池液态金属对坡口两侧的固体金属浸润不充分引起的。焊工实际操作时必须理解电弧的行为。通常当液态金属在坡口两端出现细微的波纹并且液面向下凹陷，就说明浸润充分，液态金属呈现突起状，表示浸润不充分。当然这是一瞬间的情况。弥散的夹渣主要发生在多层焊接的情况下。在中间层或者盖面层焊接之前没有把焊道清理干净。9.4焊工除了操作技术达到ASME规范要求以外，根据本公司情况，还必须明确ASME的工作程序。例如焊接材料的领取，交回以及所要填写的表格等等。因为ASME的这一套程序与本公司其他产品的程序有所不同。9.5焊工考核不合格，可以立即重新考试。但是必须焊接2倍的试件。2个试件当中的1个不合格，焊工仍然不合格。也可以重新培训，但是ASME规范对培训时间没有限制。取决于焊接工程师的认定。9.6焊工不同的焊接方法有不同的焊接变素。见QW-350。当重要变素和附加重要变素发生变化时，焊工资格要重新评定。GMAW的重要变素是QW-355;GTAW的重要变素是QW-356;9.7母材的评定范围，规定在QW-423.1，对于本公司采用的SA662材料，属于P-No.1,其对应的评定范围也在QW-423.1当中。9.8按照QW-423.2的叙述，焊工要获得焊接某一种材料的资格，可以使用化学成分相似的材料进行考核。9．9焊工在资格评定时的实际焊接位置(例如板的坡口焊接的3G位置)与这个位置所能覆盖的焊接位置之间的关系在QW461.9的表格中。见本文末尾。各个位置的图示见QW460。9．10焊工技能评定的厚度限制和试样见QW452。10焊接之后的热处理作业指导书根据ASME规范2001版UCS篇(ASMESEC.ⅧDIV.UCS2001EDITION)的UCS-56的规定编写的。对于P-No.1第2组的SA-662材料：10.1标称的最低保温温度应为1000华氏度，大约相当593摄氏度。实际的保温温度为620摄氏度±1010.2保温时间，在标称温度下的保温时间每英寸1小时，但至少为15分钟。在焊接接头识别卡上，实际的产品最大焊缝厚度是CW-8的全焊透坡口焊缝与角焊缝的联合焊缝，坡口深度19.1mm，近似于20mm。按材料的公称厚度UW-40f(2)，UW-40f(3)的叙述，焊缝厚度取20mm，相应的保温时间似乎可以取1小时。但是热处理必须在穿管之前，而CW-8焊缝是在穿管之后焊接的。所以，保温时间应该按照穿管之前的焊缝厚度取值。就是3/8英寸10毫米。按照每英寸1小时的比例，保温时间t=10/25.4=0.4小时。不过考虑到保温时间稍许长一点可以更加彻底的消除残余应力。而且由于温度较低，甚至没有达到碳钢723℃共析线。不会对组织有不良影响。晶粒的长大也是及其有限的。所以保温时间仍然定为1小时。10.3产品入炉温度，按UCS-56(d)(1)的叙述，炉温不得超过800华氏度亦即427摄氏度。取300摄氏度。10.4温度上升速率，按照UCS-56(d)(2)，加热速率不大于222摄氏度每小时，取125-140摄氏度每小时。10.5温度下降速率，随炉冷却。按照UCS-56(d)(5)的叙述，冷却速率不得大于278摄氏度每小时，实际的冷却速率是80－120摄氏度每小时。10.6出炉温度，按照UCS-56(d)(5)的叙述，出炉温度不高于427摄氏度。实际取300摄氏度。QW-461.9评定试验实际覆盖的范