螺旋縫埋弧焊管補(bǔ)焊工藝評(píng)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(bǔ)焊工藝評(píng)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(bǔ)焊工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D、ASMEⅨ—2013和NB/T 47014—2011；從補(bǔ)焊評(píng)定焊縫焊接條件、焊縫力學(xué)性能取樣方向及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等方面，分析其差異性；并給出了具體的補(bǔ)焊焊接取樣方法及力學(xué)性能驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

螺旋縫埋弧焊管；手工補(bǔ)焊；工藝評(píng)定；力學(xué)性能試驗(yàn)

螺旋縫埋弧焊管在連續(xù)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常因各種因素造成焊縫存在內(nèi)在及外觀的焊接缺陷。檢驗(yàn)不合格的焊縫按產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)要求可以進(jìn)行手工補(bǔ)焊返修處理，補(bǔ)焊普遍采用手工電弧焊方法［1-2］。這就要求手工補(bǔ)焊工藝評(píng)定的焊接試樣制備及焊縫力學(xué)性能檢驗(yàn)在符合評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，也能有效滿足焊管制造過程中的焊接工藝及焊接質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 補(bǔ)焊工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)選擇

GB/T 9711—2011《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》標(biāo)準(zhǔn)附錄D規(guī)定了補(bǔ)焊工藝評(píng)定的力學(xué)性能檢驗(yàn)要求，同時(shí)提出可用ASMEⅨ—2013《焊接、釬接和粘接評(píng)定》規(guī)定的工藝評(píng)定力學(xué)性能試驗(yàn)代替附錄D［3］。另外，國內(nèi)承壓設(shè)備補(bǔ)焊工藝評(píng)定普遍采用NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)［4-6］，NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)參照ASMEⅨ—2013標(biāo)準(zhǔn)編制，該標(biāo)準(zhǔn)將壓力管道納入適用范圍，同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性引用文件中將GB/T 9711—2011鋼管生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)作為引用標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)承壓設(shè)備類別要求，螺旋縫埋弧焊管的手工補(bǔ)焊工藝評(píng)定可以按NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

國內(nèi)焊管生產(chǎn)企業(yè)在手工補(bǔ)焊工藝評(píng)定中很少采用NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)，普遍采用GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D補(bǔ)焊工藝或ASMEⅨ—2013標(biāo)準(zhǔn)作為工藝評(píng)定的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D與ASMEⅨ—2013或NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)要求的螺旋縫埋弧焊管補(bǔ)焊工藝評(píng)定，在評(píng)定試驗(yàn)焊縫焊接條件、焊縫力學(xué)性能取樣方向及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的同一性上存在差異，現(xiàn)對(duì)差異進(jìn)行分析比較。

2 補(bǔ)焊評(píng)定焊縫焊接條件分析

GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D規(guī)定：補(bǔ)焊工藝評(píng)定的試驗(yàn)焊縫可在鋼帶、鋼板或鋼管上進(jìn)行，上述3種焊縫焊接條件存在區(qū)別。在鋼帶或鋼板上焊接取樣時(shí)，鋼帶或鋼板沒有經(jīng)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(shí)，鋼帶或鋼板經(jīng)過彎曲變形，焊縫焊接方向?yàn)槠叫杏阡摪遘堉品较颉煞N焊接的焊縫取樣方向相對(duì)于鋼板軋制方向有橫向及縱向區(qū)分，而橫向樣與縱向樣的力學(xué)性能存在差異，影響焊縫力學(xué)性能的檢驗(yàn)數(shù)值［7-10］。為更好地符合焊管實(shí)際生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)，用于補(bǔ)焊工藝評(píng)定的試驗(yàn)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(shí)際生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品焊縫焊接條件一致。

3 焊縫力學(xué)性能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分析

GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D、ASMEⅨ—2013和NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的焊接工藝評(píng)定力學(xué)性能檢驗(yàn)項(xiàng)目相同，為拉伸、彎曲和沖擊試驗(yàn)；但執(zhí)行不同評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的焊接取樣，在力學(xué)性能檢驗(yàn)時(shí)存在差異，影響評(píng)定結(jié)果。

3.1 橫向拉伸試驗(yàn)

GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D規(guī)定橫向拉伸試驗(yàn)補(bǔ)焊焊縫位于試樣長度的中心，補(bǔ)焊評(píng)定焊縫在焊管焊縫上進(jìn)行，沒有明確是單面補(bǔ)焊還是雙面補(bǔ)焊。如理解為在原焊管焊縫上進(jìn)行單面凹槽補(bǔ)焊，但標(biāo)準(zhǔn)對(duì)補(bǔ)焊的深度及在焊縫的正面還是反面補(bǔ)焊沒有明確規(guī)定，同時(shí)在焊管實(shí)際生產(chǎn)中存在焊縫燒穿缺陷需要進(jìn)行雙面全焊透的補(bǔ)焊情況，這樣與單面補(bǔ)焊的工藝評(píng)定又有區(qū)別。按照NB/T 47014—2011或ASMEⅨ—2013工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)焊評(píng)定焊縫通常是在鋼板上進(jìn)行雙面焊接的焊縫。

在鋼帶或鋼板上進(jìn)行焊接取樣，與在鋼管上進(jìn)行焊接取樣存在區(qū)別。在鋼帶或鋼板上焊接取樣，材料沒有變形，力學(xué)性能沒有變化；在鋼管上取樣，因鋼板材料經(jīng)過彎曲變形，受包晶格效應(yīng)的影響，原材料力學(xué)性能會(huì)發(fā)生變化［11-13］。

NB/T 47014—2011與ASMEⅨ—2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：拉伸試驗(yàn)合格指標(biāo)為不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度的最小值，焊接接頭拉伸體現(xiàn)在板材縱向方向上。GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D規(guī)定：焊縫拉伸試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度至少等于相應(yīng)焊管等級(jí)的規(guī)定最小抗拉強(qiáng)度，焊接接頭拉伸體現(xiàn)在板材橫向方向上。上述抗拉強(qiáng)度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值要求一致，但焊縫體現(xiàn)在板材軋制方向上有區(qū)別，取樣條件的不同將影響補(bǔ)焊工藝評(píng)定的焊縫拉伸試驗(yàn)數(shù)值［14］。

3.2 橫向?qū)驈澢囼?yàn)

按照ASMEⅨ—2013或NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，焊縫應(yīng)為雙面全焊透試樣，焊縫彎曲分為正彎和反彎，彎曲試驗(yàn)的彎模尺寸為4t（t為板厚或管材壁厚），檢驗(yàn)焊縫受拉方向?yàn)榘宀目v向焊接的焊縫。

按照GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D規(guī)定的橫向?qū)驈澢囼?yàn)，焊縫熔敷于原自動(dòng)焊焊縫的凹槽內(nèi)，但沒有規(guī)定熔敷于原有焊縫的正面還是反面，而對(duì)于螺旋焊縫的正彎或反彎試驗(yàn)，焊管成型存在正彎或反彎試驗(yàn)合格概率不一樣的問題。另外，GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D規(guī)定評(píng)定彎曲試驗(yàn)的彎模尺寸與產(chǎn)品焊縫取樣的彎模尺寸計(jì)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的彎模尺寸，具體見表1。

表1 不同評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的彎模尺寸mm

從表1可以得出，相同鋼級(jí)、管徑和壁厚的焊管采用不同的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，彎模直徑不一致。GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定產(chǎn)品焊縫彎模尺寸按照公式計(jì)算，與焊管的鋼級(jí)、管徑和壁厚有關(guān)；GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D規(guī)定試驗(yàn)焊縫彎模尺寸與焊管的鋼級(jí)有關(guān)；NB/T 47014—2011和ASMEⅨ—2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)焊縫彎模尺寸與焊管的壁厚有關(guān)。同時(shí)按照GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的工藝評(píng)定，彎曲試驗(yàn)焊縫是在經(jīng)過板卷變形成型后的焊管上進(jìn)行取樣，焊縫彎曲試驗(yàn)結(jié)果受焊管成型質(zhì)量的變化影響很大［15-16］；按照ASMEⅨ—2013或NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，焊縫彎曲試驗(yàn)結(jié)果不受鋼板變形影響。

通過上述比較分析，同一鋼級(jí)、管徑和壁厚的焊管補(bǔ)焊工藝評(píng)定采用不同的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，彎模尺寸差別較大，檢驗(yàn)的合格幾率不一致。從彎模尺寸數(shù)值分析比較，按照ASMEⅨ—2013或NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的焊接工藝評(píng)定彎曲試驗(yàn)，檢驗(yàn)要求相對(duì)嚴(yán)格。

3.3 沖擊試驗(yàn)

按照GB/T 9711—2011附錄D標(biāo)準(zhǔn)，沖擊試驗(yàn)取樣在焊管補(bǔ)焊焊縫的區(qū)域里，取樣應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，沖擊試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果。3個(gè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)均要求焊縫及熱影響區(qū)取樣，取樣位置均靠近焊縫的外表面，但合格指標(biāo)數(shù)值驗(yàn)收最低值有區(qū)別，不同標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)合格指標(biāo)見表2。

表2 不同標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)合格指標(biāo)

由表2分析得出，GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品焊縫及附錄D補(bǔ)焊工藝焊縫的沖擊功驗(yàn)收合格指標(biāo)與焊管管徑、鋼級(jí)有關(guān)。NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)沖擊功驗(yàn)收合格指標(biāo)與母材的抗拉強(qiáng)度值范圍有關(guān)，且要符合設(shè)計(jì)文件要求。ASMEⅨ—2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沖擊功驗(yàn)收合格指標(biāo)應(yīng)符合指定做沖擊試驗(yàn)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，即滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

通過對(duì)上述不同工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中焊縫沖擊功驗(yàn)收合格數(shù)值的比較分析，選擇不同的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，合格指標(biāo)存在差異。

4 結(jié)論

在手工補(bǔ)焊工藝評(píng)定過程中執(zhí)行不同的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，焊縫焊接條件、取樣方向及驗(yàn)收合格指標(biāo)存在差異。按照ASMEⅨ—2013或NB/T 47014—2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的手工補(bǔ)焊工藝評(píng)定，在滿足按GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)焊管的焊接工藝規(guī)程編制指導(dǎo)上，符合性有差異。建議在手工補(bǔ)焊焊接工藝評(píng)定過程中應(yīng)考慮以下的技術(shù)要求。

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

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

（3）補(bǔ)焊焊縫沒有明確規(guī)定是在焊管焊縫的內(nèi)表面上或外表面上，而內(nèi)、外焊縫成型及焊接條件又有差異，進(jìn)行雙面補(bǔ)焊的工藝評(píng)定避免了當(dāng)單面焊接時(shí)，選擇在內(nèi)焊縫或是外焊縫補(bǔ)焊的不同條件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

（4）為保證補(bǔ)焊焊縫的力學(xué)性能與原有的自動(dòng)焊焊縫力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果一致，建議補(bǔ)焊工藝評(píng)定按照GB/T 9711—2011標(biāo)準(zhǔn)附錄D中的第2條進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)及驗(yàn)收，確保與產(chǎn)品焊縫檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)相符。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 9711—2011石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［2］API標(biāo)準(zhǔn)翻譯出版委員會(huì).API Spec 5L—2012管線鋼管規(guī)范［S］.45版.北京：石油工作標(biāo)準(zhǔn)化研究院，2012.

［3］ASME鍋爐及壓力容器焊接、釬接和熔融委員會(huì).ASMEⅨ—2013焊接、釬接和粘接評(píng)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(shè)備焊接工藝評(píng)定［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［5］國家能源局.NB/T 47015—2011壓力容器焊接規(guī)程［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［6］國家能源局.NB/T 47016—2011承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗(yàn)［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［7］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 2975—1998鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

［8］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 228—2010金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

［9］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 232—2010金屬材料彎曲試驗(yàn)方法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

［10］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 229—2007金屬材料金屬擺錘沖擊試驗(yàn)方法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

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

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

［13］劉洪飛，晁小隴.螺旋焊管成型應(yīng)力對(duì)焊縫力學(xué)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(yàn)結(jié)果分析［J］.焊管，2010，33（1）：18-20.

［15］甘正紅，蘇繼權(quán)，余洋.埋弧焊鋼管導(dǎo)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(guān)于焊接工藝評(píng)定中彎曲試驗(yàn)的體會(huì)［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(jí)工程師，主要從事螺旋縫焊管的焊接工藝開發(fā)及焊接質(zhì)量控制工作。