螺旋縫埋弧焊管補焊工藝評定方法探討

趙錫福

（中冶遼寧德龍鋼管有限公司，遼寧鞍山114039）

螺旋縫埋弧焊管補焊工藝評定方法探討

趙錫福

（中冶遼寧德龍鋼管有限公司，遼寧鞍山114039）

提出了3種螺旋縫埋弧焊管焊接補焊工藝評定標準，即GB/T 9711—2011標準附錄D、ASMEⅨ—2013和NB/T 47014—2011；從補焊評定焊縫焊接條件、焊縫力學性能取樣方向及驗收標準等方面，分析其差異性；并給出了具體的補焊焊接取樣方法及力學性能驗收標準。

螺旋縫埋弧焊管；手工補焊；工藝評定；力學性能試驗

螺旋縫埋弧焊管在連續生產過程中，經常因各種因素造成焊縫存在內在及外觀的焊接缺陷。檢驗不合格的焊縫按產品制造標準要求可以進行手工補焊返修處理，補焊普遍采用手工電弧焊方法［1-2］。這就要求手工補焊工藝評定的焊接試樣制備及焊縫力學性能檢驗在符合評定標準的同時，也能有效滿足焊管制造過程中的焊接工藝及焊接質量檢驗標準要求。

1 補焊工藝評定標準選擇

GB/T 9711—2011《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》標準附錄D規定了補焊工藝評定的力學性能檢驗要求，同時提出可用ASMEⅨ—2013《焊接、釬接和粘接評定》規定的工藝評定力學性能試驗代替附錄D［3］。另外，國內承壓設備補焊工藝評定普遍采用NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》標準［4-6］，NB/T 47014—2011標準參照ASMEⅨ—2013標準編制，該標準將壓力管道納入適用范圍，同時在標準規范性引用文件中將GB/T 9711—2011鋼管生產標準作為引用標準。根據承壓設備類別要求，螺旋縫埋弧焊管的手工補焊工藝評定可以按NB/T 47014—2011標準執行。

國內焊管生產企業在手工補焊工藝評定中很少采用NB/T 47014—2011標準，普遍采用GB/T 9711—2011標準附錄D補焊工藝或ASMEⅨ—2013標準作為工藝評定的執行標準。GB/T 9711—2011標準附錄D與ASMEⅨ—2013或NB/T 47014—2011標準要求的螺旋縫埋弧焊管補焊工藝評定，在評定試驗焊縫焊接條件、焊縫力學性能取樣方向及驗收標準的同一性上存在差異，現對差異進行分析比較。

2 補焊評定焊縫焊接條件分析

GB/T 9711—2011標準附錄D規定：補焊工藝評定的試驗焊縫可在鋼帶、鋼板或鋼管上進行，上述3種焊縫焊接條件存在區別。在鋼帶或鋼板上焊接取樣時，鋼帶或鋼板沒有經過任何變形，若沒有特殊要求，焊縫焊接方向一般為垂直于鋼板軋制方向；在鋼管上焊接取樣時，鋼帶或鋼板經過彎曲變形，焊縫焊接方向為平行于鋼板軋制方向。兩種焊接的焊縫取樣方向相對于鋼板軋制方向有橫向及縱向區分，而橫向樣與縱向樣的力學性能存在差異，影響焊縫力學性能的檢驗數值［7-10］。為更好地符合焊管實際生產的工藝特點，用于補焊工藝評定的試驗焊縫在鋼管上取樣比在鋼帶或鋼板上取樣更具有代表性，與實際生產過程中的產品焊縫焊接條件一致。

3 焊縫力學性能檢驗標準分析

GB/T 9711—2011標準附錄D、ASMEⅨ—2013和NB/T 47014—2011標準規定的焊接工藝評定力學性能檢驗項目相同，為拉伸、彎曲和沖擊試驗；但執行不同評定標準的焊接取樣，在力學性能檢驗時存在差異，影響評定結果。

3.1 橫向拉伸試驗

GB/T 9711—2011標準附錄D規定橫向拉伸試驗補焊焊縫位于試樣長度的中心，補焊評定焊縫在焊管焊縫上進行，沒有明確是單面補焊還是雙面補焊。如理解為在原焊管焊縫上進行單面凹槽補焊，但標準對補焊的深度及在焊縫的正面還是反面補焊沒有明確規定，同時在焊管實際生產中存在焊縫燒穿缺陷需要進行雙面全焊透的補焊情況，這樣與單面補焊的工藝評定又有區別。按照NB/T 47014—2011或ASMEⅨ—2013工藝評定標準，補焊評定焊縫通常是在鋼板上進行雙面焊接的焊縫。

在鋼帶或鋼板上進行焊接取樣，與在鋼管上進行焊接取樣存在區別。在鋼帶或鋼板上焊接取樣，材料沒有變形，力學性能沒有變化；在鋼管上取樣，因鋼板材料經過彎曲變形，受包晶格效應的影響，原材料力學性能會發生變化［11-13］。

NB/T 47014—2011與ASMEⅨ—2013標準規定：拉伸試驗合格指標為不低于母材標準規定的抗拉強度的最小值，焊接接頭拉伸體現在板材縱向方向上。GB/T 9711—2011標準附錄D規定：焊縫拉伸試驗抗拉強度至少等于相應焊管等級的規定最小抗拉強度，焊接接頭拉伸體現在板材橫向方向上。上述抗拉強度驗收標準數值要求一致，但焊縫體現在板材軋制方向上有區別，取樣條件的不同將影響補焊工藝評定的焊縫拉伸試驗數值［14］。

3.2 橫向導向彎曲試驗

按照ASMEⅨ—2013或NB/T 47014—2011標準規定進行彎曲試驗，焊縫應為雙面全焊透試樣，焊縫彎曲分為正彎和反彎，彎曲試驗的彎模尺寸為4t（t為板厚或管材壁厚），檢驗焊縫受拉方向為板材縱向焊接的焊縫。

按照GB/T 9711—2011標準附錄D規定的橫向導向彎曲試驗，焊縫熔敷于原自動焊焊縫的凹槽內，但沒有規定熔敷于原有焊縫的正面還是反面，而對于螺旋焊縫的正彎或反彎試驗，焊管成型存在正彎或反彎試驗合格概率不一樣的問題。另外，GB/T 9711—2011標準附錄D規定評定彎曲試驗的彎模尺寸與產品焊縫取樣的彎模尺寸計算方法也不一致。以Φ610 mm×7.9 mm螺旋縫埋弧焊管為例，說明不同評定標準的彎模尺寸，具體見表1。

表1 不同評定標準的彎模尺寸mm

從表1可以得出，相同鋼級、管徑和壁厚的焊管采用不同的評定標準，彎模直徑不一致。GB/T 9711—2011標準規定產品焊縫彎模尺寸按照公式計算，與焊管的鋼級、管徑和壁厚有關；GB/T 9711—2011標準附錄D規定試驗焊縫彎模尺寸與焊管的鋼級有關；NB/T 47014—2011和ASMEⅨ—2013標準規定試驗焊縫彎模尺寸與焊管的壁厚有關。同時按照GB/T 9711—2011標準進行的工藝評定，彎曲試驗焊縫是在經過板卷變形成型后的焊管上進行取樣，焊縫彎曲試驗結果受焊管成型質量的變化影響很大［15-16］；按照ASMEⅨ—2013或NB/T 47014—2011標準規定，焊縫彎曲試驗結果不受鋼板變形影響。

通過上述比較分析，同一鋼級、管徑和壁厚的焊管補焊工藝評定采用不同的評定標準進行彎曲試驗，彎模尺寸差別較大，檢驗的合格幾率不一致。從彎模尺寸數值分析比較，按照ASMEⅨ—2013或NB/T 47014—2011標準進行的焊接工藝評定彎曲試驗，檢驗要求相對嚴格。

3.3 沖擊試驗

按照GB/T 9711—2011附錄D標準，沖擊試驗取樣在焊管補焊焊縫的區域里，取樣應盡可能接近焊管的外表面，試樣在未壓平的焊縫上截取；按照ASMEⅨ—2013和NB/T 47014—2011標準，沖擊試驗在鋼板上焊接取樣，焊縫不存在壓平，焊縫是否存在壓平將影響檢驗結果。3個評定標準均要求焊縫及熱影響區取樣，取樣位置均靠近焊縫的外表面，但合格指標數值驗收最低值有區別，不同標準沖擊試驗合格指標見表2。

表2 不同標準沖擊試驗合格指標

由表2分析得出，GB/T 9711—2011標準產品焊縫及附錄D補焊工藝焊縫的沖擊功驗收合格指標與焊管管徑、鋼級有關。NB/T 47014—2011標準沖擊功驗收合格指標與母材的抗拉強度值范圍有關，且要符合設計文件要求。ASMEⅨ—2013標準規定沖擊功驗收合格指標應符合指定做沖擊試驗的有關標準的要求，即滿足產品設計規范要求。

通過對上述不同工藝評定標準中焊縫沖擊功驗收合格數值的比較分析，選擇不同的評定標準，合格指標存在差異。

4 結論

在手工補焊工藝評定過程中執行不同的評定標準，焊縫焊接條件、取樣方向及驗收合格指標存在差異。按照ASMEⅨ—2013或NB/T 47014—2011標準進行的手工補焊工藝評定，在滿足按GB/T 9711—2011標準生產焊管的焊接工藝規程編制指導上，符合性有差異。建議在手工補焊焊接工藝評定過程中應考慮以下的技術要求。

（1）評定試驗焊縫應選擇在焊管上進行補焊取樣，這樣可以保證評定焊縫的焊接及取樣條件與產品焊縫焊接條件相符，避免在鋼帶或鋼板上焊接取樣時存在鋼板沒有變形的不等同條件。

（2）補焊焊縫可以在焊管焊縫上進行單面凹槽補焊，也可以在焊管焊縫上進行雙面補焊。建議采用雙面手工補焊方法進行工藝評定，這樣可以保證與焊縫存在燒穿缺陷需要進行雙面返修補焊條件相符，同時可以保證力學性能檢驗的結果不受單面補焊過程中原有自動焊焊縫的力學性能影響。

（3）補焊焊縫沒有明確規定是在焊管焊縫的內表面上或外表面上，而內、外焊縫成型及焊接條件又有差異，進行雙面補焊的工藝評定避免了當單面焊接時，選擇在內焊縫或是外焊縫補焊的不同條件對試驗結果的影響。

（4）為保證補焊焊縫的力學性能與原有的自動焊焊縫力學性能檢驗結果一致，建議補焊工藝評定按照GB/T 9711—2011標準附錄D中的第2條進行力學性能檢驗及驗收，確保與產品焊縫檢驗合格標準相符。

［1］國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.GB/T 9711—2011石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管［S］.北京：中國標準出版社，2011.

［2］API標準翻譯出版委員會.API Spec 5L—2012管線鋼管規范［S］.45版.北京：石油工作標準化研究院，2012.

［3］ASME鍋爐及壓力容器焊接、釬接和熔融委員會.ASMEⅨ—2013焊接、釬接和粘接評定［S］.北京：中國石化出版社，2013.

［4］國家能源局.NB/T 47014—2011承壓設備焊接工藝評定［S］.北京：中國標準出版社，2011.

［5］國家能源局.NB/T 47015—2011壓力容器焊接規程［S］.北京：中國標準出版社，2011.

［6］國家能源局.NB/T 47016—2011承壓設備產品焊接試件的力學性能檢驗［S］.北京：中國標準出版社，2011.

［7］國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會. GB/T 2975—1998鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣制備［S］.北京：中國標準出版社，1998.

［8］國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會. GB/T 228—2010金屬材料室溫拉伸試驗方法［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［9］國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會. GB/T 232—2010金屬材料彎曲試驗方法［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［10］國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會. GB/T 229—2007金屬材料金屬擺錘沖擊試驗方法［S］.北京：中國標準出版社，2007.

［11］潘家華.關于管材的包辛格效應［J］.焊管，1997，20（1）：1-3.

［12］李延豐.管線鋼管的包辛格效應與質量［J］.焊管，2000，23（1）：1-3，13.

［13］劉洪飛，晁小隴.螺旋焊管成型應力對焊縫力學性能的影響及控制措施［J］.鋼管，2015，44（6）：52-56.

［14］孫宏，宗秋雨，汪海燕，等.螺旋埋弧焊管管體橫向縱向拉伸試驗結果分析［J］.焊管，2010，33（1）：18-20.

［15］甘正紅，蘇繼權，余洋.埋弧焊鋼管導向彎曲不合格因素分析［J］.焊管，2011，34（12）：73-76.

［16］謝琦，王希東，張曉華，等.關于焊接工藝評定中彎曲試驗的體會［J］.焊接，2005（1）：33-34.

Discussion on Method for Evaluating Repair-welding Process for SAWH Pipe

ZHAO Xifu
（MCC Liaoning Delong Steel Pipe Co.，Ltd.，Anshan 114039，China）

Presented here in the essay are the three standards as for evaluating the repair-welding process for the SAWH pipe，namely GB/T 9711—2011，Appendix D，ASME IX—2013 and NB/T 47014—2011.The differences between these standards are analyzed in terms of repair-welding evaluation of welding conditions for the weld seam，direction of sampling for the weld mechanical property test and the acceptance criteria，etc.Moreover，specific sampling method and mechanical property acceptance criteria for repair-welding are presented.

SAWH pipe；manual repair-welding；process evaluation；mechanical property test

TG441.8

B

1001-2311（2016）04-0079-04

2016-01-12；修定日期：2016-07-11）

趙錫福（1964-），男，高級工程師，主要從事螺旋縫焊管的焊接工藝開發及焊接質量控制工作。