天然氣長輸管道工程焊接工藝評定標準對比及選用

程 茂

（浙江省特種設備檢驗研究院 杭州 310020)

天然氣長輸管道工程焊接工藝評定標準對比及選用

程 茂

（浙江省特種設備檢驗研究院 杭州 310020)

對現(xiàn)有的長輸管道焊接工藝評定進行了對比分析，認為SY/T 4103《鋼質(zhì)管道焊接及驗收》中的焊接工藝評定不能完全適用于長輸管道工程，采用NB/T 47014《承壓設備焊接工藝評定》能夠較好地滿足線路施工也同時能滿足場站工藝管道施工的需求。

長輸管道 焊接工藝評定

焊接工藝評定是指為驗證所擬定的焊件焊接工藝的正確性而進行試驗和對結果的評價[1]，最終目的是使設備的焊接接頭質(zhì)量獲得可靠保證，但目前國內(nèi)各行業(yè)設計標準多、焊評標準多，在不同的行業(yè)施工時，需要按照不同的標準重新制作焊接工藝評定，特別是當焊接材料種類多，焊接方法不同時會導致焊評工作量較大，而且相當一部分屬于重復勞動，容易浪費或者出現(xiàn)漏評，使焊接質(zhì)量失去控制。為了做到焊評能夠覆蓋所有的焊接工藝，既要熟悉標準，掌握標準中如各種變數(shù)、驗證試驗的方法及其合格標準，又要根據(jù)實際焊接情況找出對焊縫使用性能明顯影響的重要因素。

焊接工藝評定如何能夠正確完整且準確地驗證擬定的焊接工藝是否合理、焊接工藝中各個因素的變化是否對焊接質(zhì)量有影響，這點尤為重要。目前國內(nèi)焊評標準較多，不同行業(yè)有不同體系的標準。標準要求很多不盡相同，也有很多重復，本文就天然氣長輸管道施工中不同的焊接工藝評定標準進行對比，通過比對分析，對合理、科學的選用焊接工藝評定標準值進行探討。

1 目前天然氣長輸管道設計、施工標準的規(guī)定

1）天然氣長輸管道設計標準GB 50251—2003《輸氣管道設計規(guī)范》中10.1.3規(guī)定焊接工藝評定應符合GB 50236《現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》，現(xiàn)行有效版本為GB 50236—2011，該標準適用于工業(yè)金屬管道焊接工程。該版本規(guī)定焊評按照NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》進行。

2）GB 50369—2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》中10.1.2規(guī)定：焊接工藝評定應符合現(xiàn)行行業(yè)標準SY/T 4103—2006《鋼制管道焊接及驗收》的有關規(guī)定，其標準前身SY 0401—98和GB 50369—2006也是一直規(guī)定采用《鋼制管道焊接及驗收》SY/T 4103作為焊接工藝評定的標準。

3）GB 50540—2009《石油天然氣站內(nèi)工藝管道工程施工規(guī)范》中7.1.4規(guī)定：工藝管道焊接中對所使用的任何鋼種、焊接材料和焊接方法都應進行焊接工藝評定。異種鋼、不銹鋼管道焊接工藝評定應符合現(xiàn)行國家標準GB 50236《現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定，其余鋼種焊接工藝評定應符合現(xiàn)行行業(yè)標準SY/T 4103《鋼質(zhì)管道焊接及驗收》的有關規(guī)定。并根據(jù)合格的焊接工藝評定編制焊接作業(yè)指導書。

4）SY/T 4203—2007《石油天然氣建設工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 站內(nèi)工藝管道工程》中規(guī)定：

“8.1.7在管道焊接生產(chǎn)中，對于任何初次使用的鋼種、焊接材料和焊接方法都應進行焊接工藝試驗和評定。焊接工藝試驗和評定應符合SY/T 4103的規(guī)定。

8.1.8 安裝單位已有的焊接工藝評定結果在新建工程上使用時，需要進一步確認。當其中任何一要素與實際情況不符時，依據(jù)SY/T 4103的要求，確定是否重新進行焊接工藝評定。

8.1.9 根據(jù)合格的焊接工藝評定報告編制焊接工藝規(guī)程。”

以上可以看出在一個天然氣長輸管道工程中，設計和施工依據(jù)的焊接工藝評定就不同，特別是線路工程設計規(guī)定采用NB/T 47014,而施工規(guī)范采用SY/ T 4103，對于站場工藝管線，規(guī)定也不相同，這就使得在工程執(zhí)行過程中出現(xiàn)了困惑。

2 幾種焊接工藝評定特點

從上述規(guī)范中可以看出涉及到的焊接工藝評定標準主要有：

1）NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》規(guī)定：適用于承壓設備（鍋爐、容器、壓力管道）的對接焊縫和角焊縫的焊接工藝評定，參照美國ASME第Ⅸ卷《焊接和釬焊評定標準》編寫，ASME標準歷史悠久，不斷完善，嚴謹完善具有的較高權威性，得到了世界上多國的認可，國內(nèi)有很多焊接工藝評定參照ASME標準編寫。

GB 50236—2011《現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》適用于工業(yè)金屬管道焊接工程。該版本規(guī)定焊評按照NB/T 47014進行。

2）SY/T 4103—2006《鋼制管道焊接及驗收》是按照美國石油協(xié)會API Std 1104—1999《管道及有關設施的焊接》轉化而成的，適用于使用碳鋼鋼管、低合金鋼鋼管及其管件，輸送原油、成品油及氣體燃料等介質(zhì)的長輸管道、壓氣站管網(wǎng)和泵站管網(wǎng)的安裝焊接[2]，在長輸管道行業(yè)應用較為廣泛。

3）SY/T 0452—2012《石油天然氣金屬管道焊接工藝評定》適用于陸上石油天然氣建設中金屬管道的焊接工藝評定；該標準是綜合了ASME、API Std1104等標準，考慮了各種不同金屬管道材料的焊接工藝評定特點而編制的，在很多條款方面與NB/T 47014一致[3]。

3 焊接工藝評定標準的差異及特點分析

目前這三種標準基本上可以分為兩類，一類是以美國API 1104 為基礎的SY/T 4103—2006《鋼制管道焊接及驗收》為代表，實用為主，僅包括管道常用材料和焊接方法，驗證評價等手段要求簡單，但對很多問題都未做詳細的規(guī)定，執(zhí)行起來自由度較大。

另一類是以NB/T 47014《承壓設備焊接工藝評定》為代表的標準，它們盡可能地包括了各種焊接方法、材料和各種變數(shù)，盡可能詳細地規(guī)定了各種情況下使用標準的方法，可操作性強，但對破壞性試驗要求也較為嚴格。

3.1 焊接工藝評定通用規(guī)則比較（見表1）

表1 三種標準通用焊接工藝評定因素比較[1-3]

從通用因素的對比可以看出，三個標準都對五個通用因素進行了規(guī)定，但NB/T 47014和SY/T 0452標準鋼種多，規(guī)定詳細具體；SY/T 4103規(guī)定簡單，沒有對熔敷金屬的厚度范圍進行規(guī)定，但在其標準中規(guī)定了每個組別應選用該組最高屈服強度的材料進行，大于等于448MPa的碳鋼和低合金鋼需要單獨進行評定。

3.2 不同的焊接方法專用焊接工藝評定因素比較

目前長輸管道施工中主要用到的是SMAW、FCAW、GTAW三種焊接方法（SMAW——Shielded Metal Arc Welding手工電弧焊；FCAW-Fluxedcored arc Welding 藥芯焊絲電弧焊（多用于長輸管道下向焊)；GTAW——Gas Tungsten Arc Welding鎢極惰性氣體保護焊)，現(xiàn)把三種不同的焊接方法各自做一對比，見表2~表4。

表2 SMAW焊接方法專用焊接工藝評定因素比較[1-3]

表2是與SMAW焊接方法相關的焊接工藝評定專用因素,其中的焊接工藝評定因素分為重要因素、補加因素和次要因素。重要因素指影響焊接接頭抗拉強度和彎曲性能的焊接工藝因素。補加因素指影響焊接接頭沖擊韌性的焊接工藝因素; 次要因素指對要求測定的性能無明顯影響的焊接工藝因素[1]。SY/T 4103中的基本要素相當于重要因素。從表2中分析可以看出NB/T 47014、SY/T 0452在專用評定因素是一致的，和SY/T 4103有著較大的區(qū)別，如接頭形式(坡口形式),在SY/T 4103中沒有對填充金屬直徑、技術措施進行規(guī)定。

表3 FCAW焊接方法專用焊接工藝評定因素比較[1-3]

從表3中分析可以看出NB/T 47014、SY/T 0452在專用評定因素是一致的， 和SY/T 4103 有著較大的區(qū)別，如接頭形式( 坡口形式) , 在SY/T 4103 中還對藥芯實芯焊絲的改變、短路熔滴過渡等未做規(guī)定。

表4 GTAW焊接方法專用焊接工藝評定因素比較[1-3]

從表4中分析可以看出NB/T 47014、SY/T 0452在專用評定因素是一致的，和SY/T 4103有著較大的區(qū)別，如接頭形式( 坡口形式) , 在SY/T 4103中還未對藥芯實芯焊絲的改變做規(guī)定。

3.3 三種標準焊接工藝評定試件檢驗項目和要求對比

表 5 焊接工藝評定試件檢驗

從表5分析可以看出，除了NB/T 47014允許板狀試件外，其他標準都規(guī)定必須采用管狀試件，這樣更能真實地反應實際焊接情況；三個標準都規(guī)定要進行拉伸、彎曲試驗，拉伸驗證的是抗拉強度，彎曲驗證的是焊縫的變形能力。彎曲試驗的目的是檢驗焊接接頭的塑性與致密性, 其有一些小缺陷,目視和無損檢測不一定檢測的出, 但當彎曲后缺陷延伸到一定長度后，缺陷變形擴展則可明顯看出。

壓頭直徑D與試件厚度S的比例對彎曲的結果有直接影響，當D=4S時，彎曲試驗最為合理和嚴格[4]。NB/T 47014和SY/T 0452均采用該壓頭直徑的規(guī)定。

但SY/T 4103彎曲試驗采用特殊的U型模具和壓頭進行試驗，壓頭直徑90mm，如采用14mm的X70級管線進行彎曲試驗，其焊縫處的延伸率僅為13.5%，顯然達不到評判材料塑性好壞的標準。

其次，三個標準在對試件韌性的評價上區(qū)別比較大，沖擊韌性是反映金屬材料對外來沖擊載荷導致脆性破環(huán)的抵抗能力，材料及其熱處理狀態(tài)、試樣及其缺口的形狀尺寸、材料的缺陷、金相組織（包括夾雜物、晶粒粗大、成分偏析、材料回火脆性）對其沖擊韌性的影響都很大，對于長輸管線材料，隨著X90、X100高強度鋼級的應用，這個風險是必須要考慮的。

目前主要有落錘和擺錘沖擊兩種方法來評判沖擊韌性，落錘試驗（又稱為刻槽錘斷）是測試管線鋼材料韌性的一種方法，試驗目的主要是建立斷口形貌與溫度的關系，從而確定管線鋼材料的韌脆轉變溫度，以保證管線工作溫度區(qū)內(nèi)有足夠的韌性儲備，不會發(fā)生脆性斷裂事故。該試驗方法獲得的結果與管道爆破試驗結果較為一致， 因此被廣泛應用在鋼管的制造過程中對鋼材的韌性評價，也是鋼管制造標準GB/T 9711的質(zhì)量驗收指標之一。其主要通過端口剪切面積的測定來反映韌性的好壞[6]。

擺錘沖擊一般常用擺錘沖擊帶缺口試樣來測定材料抵抗沖擊載荷的能力，即測定沖擊試樣被折斷而消耗的沖擊功Ak，單位為焦耳（J）來反映韌性的好壞[6]。

從標準的規(guī)定而言，SY/T 0452要求最高，不僅要做V型缺口沖擊試驗而且還要做刻槽錘斷試驗，但對于SY/T 0452和SY/T 4103中的刻槽錘斷試驗，其主要目的是檢驗焊縫的斷面缺陷，另一方面可以檢驗纖維素焊條焊接時焊縫中氫氣孔積聚的程度（焊縫的魚眼缺陷），是通過斷面缺陷情況來評價的，不能真實地反應焊縫及熱影響區(qū)的韌性，且刻槽采用切割或鋼鋸刻槽，缺口形態(tài)對沖擊影響較大，容易出現(xiàn)較大偏差。

3.4 試樣取樣部位比較

試件選取的部位對試件力學性能試驗的結果也有很大的影響，往往會影響到試驗的結果。圖1~圖3是三個標準中試件取樣的部位。

圖1 標準件取樣部位

圖2 標準件取樣部位

圖3 標準件取樣部位

從圖1~圖3中分析可以得出，NB/T 47014和SY/T 0452在取樣位置和種類上一致，SY/T 0452還在2點、8點鐘附近增加了刻槽錘斷試樣。

但SY/T 4103試件的取樣位置在2、5、8、10點位置，沒有選取3點、6點、9點12點的位置，這幾個位置恰好又是管道下向焊時最容易出現(xiàn)問題的地方，12點是整條焊縫的起點位置，3點和9點是下向焊時速度最快，而6點位置較難焊接，焊接參數(shù)在此變化較大，是最容易出現(xiàn)焊接缺陷和成形缺陷的位置。標準也規(guī)定了業(yè)主同意可以旋轉取樣位置，這樣可以更加嚴格一些，但需要業(yè)主對標準理解掌握較好且對質(zhì)量有較高的要求。

4 焊接工藝評定的使用

NB/T 47014規(guī)定焊接工藝評定應在本單位進行，由本單位操作技能熟練的焊工使用本單位的設備焊接試件。

SY/T 4103中沒有明確的規(guī)定，但從標準的理解上看應當是承擔工程建設的施工單位進行焊接工藝評定，這一點和NB/T 41014是一致的，即焊接工藝評定只能是本單位使用。

SY/T 0452中規(guī)定，同一管道工程施工時，壓力管道施工資質(zhì)相同的各單位之間，可以相互利用按照本標準評定合格的焊接工藝評定作為編制焊接工藝規(guī)程的依據(jù)，但事先應經(jīng)評定單位的授權許可，并經(jīng)本單位質(zhì)量保證工程師的批準[3]。

從標準的規(guī)定而言，顯然SY/T 0452更為靈活，對于一個管道工程可能有幾家施工單位，但由于天然氣長輸管道焊接技術相對成熟固定，設備、焊材也較為固定，因此由一家單位制作焊評，各個單位根據(jù)焊評編制焊接工藝卡，可以極大的減少焊評的費用和時間，這幾年在不少工程中都采用了這種模式，結果也較為滿意。

5 結論

通過對長輸管道三個主要焊接工藝評定標準的對比分析，得出了以下建議：

1）三個焊接工藝評定標準比較，NB/T 47014焊接工藝評定因素最為全面，SY/T 0452基本與NB/ T 47014一致，但在一些細節(jié)方面略有不同，SY/T 4103標準相對比較簡單，未做規(guī)定的地方較多。

2）沖擊韌性是長輸管道工程中必須要保證的重要性能,必須要保證, SY/T 4103落錘沖擊試驗規(guī)定不夠具體，容易出現(xiàn)偏差，不能真實反應沖擊韌性，因此不適宜用于對沖擊試驗要求較高的長輸管道焊接工藝評定；

3）從焊接工藝評定試件取樣、試樣的試驗方法和試樣合格指標分析，NB/T 47014和SY/T 0452要求基本一致，但SY/T 4103在彎曲和沖擊上要求較低。

4)從標準的應用上看，SY/T 0452允許施工單位互相共享，可以極大的節(jié)約成本；因此隨著技術的進步，新型高強度管材、新型焊接工藝方法、新焊接材料類別的應用，有相當實力的施工和建設單位可以進行深入細致的焊接工作研究；編制焊接工藝評定，成熟一個應用推廣一個，避免了各個單位重復的驗證。

5)從法規(guī)的符合性角度出發(fā)，建議施工單位按照NB/T 47014要求并采用管狀試樣并附加SY/T 4103的要求進行焊接工藝評定，同時滿足兩個標準的要求，即便在今后焊評標準統(tǒng)一后，轉換為NB/T 47014也非常方便。既能夠滿足線路施工的需要也可以滿足場站工藝管道施工的需要。

[1] NB/T 47014—2011 承壓設備焊接工藝評定[S].

[2] SY/T 4103—2006 鋼制管道焊接及驗收[S].

[3] SY/T 0452—2012 石油天然氣金屬管道焊接工藝評定[S].

[4] 房務農(nóng).承壓設備焊接工藝評定重點問題研討[J].壓力容器，2010，3：46-51.

[5] 戈兆文，鄭鈞，許衛(wèi)榮.長輸管道焊接工藝評定標準分析及建議[J]. 壓力容器，2010，8：2-5.

[6] 藺衛(wèi)平，李娜，王亞龍，等.落錘撕裂試驗與大能量擺錘沖擊試驗的對比與分析[J].壓力容器，2014，2(37)：45-46.

Comparison and Selection of Welding Procedure Qualification Standard for Long Distance Gas Transmission Pipeline

Cheng Mao
(Zhejiang Provincial Special Equipment Inspect and Research Institute HangZhou 310020)

With analysis of welding procedure qualification standard for long distance gas transmission pipeline, it is found that SY/T 4103 is unsuitable for the long distance gas transmission pipeline, and it is considered that the NB/T 47014 is not only conform to gas transmission pipeline engineering but also to process line.

Long distance gas transmission pipeline Welding procedure qualification

X933.4

B

1673-257X(2015)09-0031-07

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.09.007

程茂(1972～)，男，本科，所長，高級工程師，從事特種設備監(jiān)督檢驗工作。

2015-05-04）