美國管道焊接標準API Std 1104—2013變更簡析

張春河 肖大偉 盧凱鋒 張東輝 張偉 張維禎

1中國石油管道局工程有限公司第四分公司

2中國石油管道有限責任公司西部塔里木輸油氣分公司

3中國石油華北油田分公司對外合作部

4中國石油華北油田分公司第四采油廠

“十二五”期間是我國長輸管道實現跨越式發展的重要階段[1]。截至2016年底，我國路上長輸管道總長度達15×104km[2]。焊接是管道建設施工和運行維護中重要的技術環節，我國已研發出適用于大口徑 （1 029～1 422 mm）、高壓力 （10～12 MPa）的長輸管道半自動和全自動焊接工藝技術和設備，建立了管道焊接施工、工藝評定和無損檢測等系列技術標準[3-4]。針對超期服役管道，焊接維修作業較頻繁，例如我國投資50億元對已運行30年的東北輸油管道進行安全改造，其中管道穿越河流、鐵路、公路100多次，站場改造60多次，線路閥室改造40多次[5-6]。因此提高管道焊接作業技術水平和安全性具有重要意義。

美國是世界上擁有油氣管道總長度最長的國家，制定了一系列先進適用、嚴格細致的管道技術標準[7-8]，特別是制定了焊接作業安全綜合性標準API Std 1104—2013，很有必要研究借鑒該標準的先進經驗和修訂信息。

1 APIStd 1104—2013標準簡介

美國石油學會標準API Std 1104—2013《管道設施焊接/Welding of Pipelines and Related Facilities》是油氣管道焊接技術的綜合性標準，宗旨是通過控制焊工資質、焊接工藝、材料和設備以保證高質量焊接作業，通過控制無損檢測規程、設備和無損檢測人員資格以保證焊接質量正確評定。新版API Std 1104—2013集中反映了近十年來美國油氣管道焊接技術水平和發展趨勢，限于篇幅，本研究著重列出新版API Std 1104—2013（簡稱2013版）修訂的重要技術性條款，以及與老版API Std 1104—1999（簡稱1999版）的差異，以供國內標準制修訂管理機構和管道工程建設領域的技術人員參考。

2 重要技術性條款變更

我國行業標準SY/T 4103—2006的修改采用了API Std 1104—1999標準，因此有必要跟蹤研究該標準的變更內容，尤其是其中的重要技術性條款。

2.1 范圍

1999版適用范圍是“原油、成品油、天然氣管道”，2013版適用范圍擴大為“原油、成品油、天然氣、二氧化碳、氮氣管道”。2013版范圍新增“適用于新建管道工程和在役管道設施焊接”，新增“適用于等離子焊、氧炔焊等焊接方法”。

2.2 規范性引用文件

2013版新增API RP 2201—2003《石油和化工行業熱開孔安全規范》、ASNT SNT-TC-1A—2016《無損檢測人員資質認證》、ASTM E164—1997《焊縫接觸式超聲波標準試驗規程》、AWS A5.23—2011《埋弧焊低合金鋼焊條和焊劑規范》、BS 7910—2013《金屬結構裂紋驗收評定方法指南》等8項參考標準。

2.3 術語和定義

2013版新增以下術語和定義：反面焊縫焊接修復 （back weld repair）、支管焊接 （branch weld）、蓋面焊道修復（cover pass repair）、二次修復（double repair）、焊縫整體性修復（full thickness repair）、打磨 （grinding）、內凹度 （internal concavity）、機械焊接 （mechanized welding）、焊接修復（repair weld）。

2.4 一般規定

本標準規定的焊接方法適用于的管材和管件類型，1999版中主要為API標準和ASTM標準產品，例如API 5L—2012《管線鋼管規范》，2013版中擴展適用ASME（美國機械工程師學會）、MSS（美國制造商協會）、ANSI（美國國家標準協會）等標準化組織的產品規范。

本標準規定的焊接方法對填充金屬類型的要求，1999版中是美國焊接協會AWS系列標準，即AWS 5.1—2012～AWS 5.29—2010等8項標準；2013版中新增AWSA5.23—2011《埋弧焊低合金鋼焊條和焊劑規范》。

關于保護氣體使用要求，2013版新增“禁止在焊接現場進行保護氣體混合操作”。

2.5 焊接工藝評定

（1）關于接頭設計的要求，2013版更改為“應畫出接頭的簡圖，簡圖應指明接頭型式、坡口型式、坡口角度、鈍邊尺寸和根部間隙等”。

（2）關于焊道之間的時間間隔的要求，1999版為“應規定完成根焊道之后至開始第二焊道之間的最長時間間隔”，2013版更改為“應規定完成根焊道之后至開始第二焊道之間的最長時間間隔，以及完成第二焊道后和后續焊道之間的最長時間間隔”。

（3）2013版新增清理和打磨的要求，即“應規定清理和打磨焊道所使用的電工/手動工具”。

（4）2013版刪除了焊接時焊道層間溫度范圍的要求。

（5）2013版新增焊接后冷卻方法，即“如果采用強制冷卻方法，應規定焊接后冷卻的類型，例如采用強制水冷，以及開始強制水冷時的對應最高金屬溫度。”

2.6 焊接工藝變更

2.6.1 管材組別變更

1999版按照最小屈服強度低于290 MPa、290～448 MPa和大于448 MPa進行管材分組制定焊接規程，2013版按照API 5L—2012規定的X42、X42～X65和X65以上等級進行管材分組制定焊接規程。

2.6.2 保護氣體和流量

1999版規定保護氣體流量范圍顯著增加屬于焊接工藝變更，2013版規定保護氣體流量超過額定流量20%屬于焊接工藝變更。

2.7 對接焊焊接接頭的試驗

2.7.1 適用范圍

2013版刪除了針對外徑小于或等于33.4 mm管件試樣進行拉伸試驗、刻槽錘斷試驗和背彎試驗的規定。

2.7.2 拉伸試驗評定方法

1999版規定“如試樣斷在母材上，且抗拉強度大于或等于管材規定的最小抗拉強度時，試樣合格”；2013版規定“如試樣斷在母材上，且抗拉強度大于或等于管道規定的最小抗拉強度的95%，試樣合格”。

2013版新增“如果試樣在抗拉強度不低于管材SMTS 95%時，在焊接和熱影響區域（HAZ）以外位置發生斷裂，則試樣認為合格。因試樣準備或試驗不當發生故障的試樣必需替換并重新進行試驗。”

2.7.3 刻槽錘斷試驗評定方法

2013版新增“針對直徑超過323.9 mm的試驗焊縫，如果一個刻槽錘斷試樣失效，應由失效相鄰位置的兩個其他試樣替代。如果替換后的任何1個試樣刻槽錘斷失效，則認為焊縫不合格。”

2.7.4 背彎、面彎和側彎試驗評定方法

2013版新增“針對直徑超過323.9 mm的試驗焊縫，如果1個彎曲試樣失效，應由失效相鄰位置的2個其他試樣替代。如果替換后的任何1個試樣彎曲試驗失效，則認為焊縫不合格。”

2.8 角焊焊接接頭的試驗

針對角焊焊接接頭的焊接要求，1999版規定“相鄰夾渣之間應至少有12 mm的無缺陷焊接金屬”；2013版變更為“相鄰夾渣之間應至少有13 mm的無缺陷焊接金屬”。

2.9 管口焊接

（1）針對管口組對、對口器使用、坡口加工、氣候條件、作業空間、層間清理的技術要求，2013版和1999版無變更。

（2）針對固定焊和旋轉焊，1999版規定“焊縫余高不大于2.0 mm，局部不大于3 mm”；2013版規定“焊縫余高不大于1.6 mm”。2013版規定“焊縫表面單側寬度應大于坡口表面寬度0.5～2 mm”，2013版規定“焊縫表面單側寬度應大于坡口表現寬度3 mm”。

2.10 無損檢測驗收標準

（1）射線檢測。針對根部未焊透（IP）、錯邊未焊透（IPD）、中間未焊透（ICP）、表面未熔合（IF）、根部內凹（IC）、燒穿（BT）、夾渣、氣孔、裂紋、咬邊等焊接缺陷的驗收指標參數，2013版和1999版無變更。針對夾層未熔合（IFD），1999版規定“單個長度超過50 mm為不合格”；2013版規定“單個長度超過25 mm為不合格”。

（2）磁粉檢測、液體滲透檢測、超聲波檢測的驗收指標參數，以及咬邊外觀檢查，2013版和1999版無變更。

2.11 缺陷清除和返修

2013版新增“根焊和蓋面焊的打磨修復”“反面焊縫焊接修復”“焊縫二次修復”以及“焊縫最大允許修復長度”的要求。此外新增焊縫修復作業規程、修復焊縫試驗和修復焊工資質評定程序。

2.12 無損檢測規程

射線檢測方法中像質計類型有變更。1999版規定孔型像質計應符合ASTM E1025—2018《用于放射學的孔型像質指示計的設計、制造》，線型像質計符合JB/T 7902—2015《線型像質計》或ASTM E747—2018《用金屬絲透度計進行射線實驗的質量控制標準方法》。2013版規定像質計ASTM E747或ISO 19232-1—2013線型像質計要求，刪除了孔型像質計管壁厚與像質計厚度的對比參數。磁粉檢測方法、液體滲透檢測、超聲波檢測規程無變更。

2.13 焊工資質認證

針對焊工資質認證，2013版和1999版無變更。

3 結束語

綜上所述，美國焊接標準API Std 1104—2013和API Std 1104—1999技術變更主要表現在以下方面：

（1）2013版主要在焊接工藝評定、焊接接頭試驗等方面進行了技術更新修訂，在焊接工藝變更、管口焊接等方面僅有少量更改，在焊工資質認證、無損檢測等方面沒有變化，新增了缺陷清除和返修等內容。

（2）2013版重要技術變更主要是在相鄰焊道之間的允許時間間隔、基于管材等級進行焊接工藝規程分類、對焊接頭拉伸試驗評定方法、焊縫余高允許值、夾層未熔合評定方法等。

（3）考慮我國行業標準SY/T 4103—2006采標標準API Std 1104—1999年代比較久遠，因此建議對SY/T 4103—2006進行修訂，本文列出了新版APIStd 1104—2013的重要技術性變更，可供參考。

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