GB/T 40800-2021《鑄鋼件焊接工藝評定規范》國家標準解讀

曹健峰，呂昌略，劉建軍

（中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司，江蘇常州 213011）

1 標準概況

焊接工藝評定是焊接質量管理體系中的重要過程。通過焊接工藝評定，檢驗擬訂的焊接工藝預規程焊制的焊接接頭的使用性能是否符合設計要求，并為正式制定焊接工藝指導書或焊接工藝卡提供可靠的依據。我國在焊接質量保證的各個環節，如焊接人員考核、焊接工藝評定、焊接工藝規程、焊接材料等，均建立了比較完善的標準體系，也開展了大量的標準化活動，制定了相應的標準。其中焊接工藝評定在承壓設備[1]、現場設備、工業管道[2]、石油輸氣管道[3]、鋼結構[4]等多領域均已實現標準化，但在鑄鋼件的焊接工藝評定上尚處于空白狀態。

本標準是國家標準化管理委員會2018 年3月8 日下達的2018 年第一批國家標準制修訂計劃項目（國標委綜合[2018]25 號），計劃項目編號：20180216-T-469。本標準是在ISO 11970:2016 的基礎上，結合我國鑄鋼件焊接生產實踐，對ISO 11970:2016 所確定的方法做了適當修訂編制而成，已于2021 年10 月11 日發布，并于2022 年5月1 日正式實施。

2 標準的主要內容

2.1 適用范圍

本標準適用于鑄鋼件的電弧焊工藝評定。制造企業應在焊接工藝實施之前完成焊接工藝評定，以驗證所擬定的試件焊接工藝的正確性。焊接工藝評定的一般過程：

（1）根據鑄鋼材料的焊接性能，按照設計文件、制造工藝以及GB/T 19868.3 規定，擬定焊接工藝預規程（pWPS）；

（2）施焊試件和制取試樣；

（3）檢測焊接試件是否符合規定；

（4）形成焊接工藝評定報告。

2.2 試件的制備與焊接

試件的形式主要分為兩大類，補焊接頭形式與對接接頭形式，其中補焊接頭形式又分為凹坑型與穿透型兩種形式，這也是鑄鋼件生產中最常見的接頭形式，對接接頭形式主要是管的對接與板的對接兩種形式。制造企業按照焊接工藝預規程焊接試件。

2.3 試件的檢驗

試件的檢驗按照表1 進行，針對測試內容射線檢測或超聲檢測、表面裂紋檢測、橫向拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗等均增加了補充規定，如超聲波檢測，考慮到8mm 以下焊縫超聲波探傷后如何進行等級評定沒有標準依據，此外，奧氏體材料由于晶粒粗大，組織不均，超聲波探傷難度較大，因此明確規定“超聲波檢測不適用于厚度小于8mm 的試件，且不適用于奧氏體材料”。對于腐蝕試驗，多數鑄鋼材料并不要求，因此將其歸入附加試驗，其他如橫向拉伸試驗、彎曲試驗以及宏觀金相，根據現在國內大多數廠家的焊接工藝評定，對其測試范圍進行了相應調整。試件的所有檢驗應該在要求的焊后熱處理結束之后進行，針對如Cr-Mo 鋼、低合金高強度鑄鋼等有延遲裂紋傾向的鑄鋼需要在24h 之后才能進行檢驗。

表1 試件的檢驗項目

2.4 破壞性試驗及結果評價

破壞性試驗主要有橫向拉伸試驗、彎曲試驗、宏觀金相、微觀金相、沖擊試驗以及硬度測試等檢測項點，針對每個檢測項點均明確了合格評價方式以貼合實際應用。橫向拉伸試驗和沖擊試驗都分別增加了對異種鋼焊接接頭的規定，如橫向拉伸試驗要求每個試樣的抗拉強度應不低于兩種母材標準規定值下限的較低值，沖擊試驗要求在每側母材熱影響區分別取樣。

本標準增加了對彎曲試驗的規定。從試驗目的來看，橫向拉伸試驗的目的是測試焊接接頭的抗拉強度，彎曲試驗則是檢驗焊接接頭拉伸面上的塑性，同時可反應出各區域的塑性差別，這兩項試驗互為補充，可充分驗證焊接接頭的力學性能。關于試樣的復試，重點增加了沖擊試樣試驗不合格時的復試規定，在沖擊試驗過程中，試驗設備、試樣與試驗過程都可能會影響試驗數據的穩定性，當出現一組試樣的試驗結果不合格時（如單個值低于規定值的70%），可取三個附加試樣進行附加試驗。

2.5 工藝評定適用范圍

制造企業獲得的焊接工藝評定規范僅適用在其相同質量和技術控制的車間或現場焊接。鑄鋼材料種類繁多，為了減少焊接工藝評定的數量，對鑄鋼件材料進行了分組，分組方式仍沿用ISO 11970:2016 標準中的規定，當母材組別改變時應重新進行評定。對于異種材料鑄鋼件的焊接，由于接頭成分、性能、組織分布不均勻，因此即使這兩種母材各自都已評定合格，其異種鋼焊接接頭仍應重新評定，而采用過渡層的異種鋼焊接，無論是母材或過渡層材質有任何改變，其焊接工藝應重新評定。

焊接工藝通用規則中，對于焊接方法，經評定合格的焊接工藝僅適用于評定時所用的焊接方法，并且只能用同一焊接工藝評定同一焊接方法，不應使用其他焊接方法評定，在實際中存在很多此類情形，為避免引起不同的爭執，本標準做統一規定。對同一條焊縫使用兩種或兩種以上焊接方法（或焊接工藝）時，可按每一種焊接方法（或焊接工藝）分別進行評定，也可使用兩種或兩種以上的焊接方法（或焊接工藝）焊接試件，進行組合評定。組合評定合格后，可以單獨采用其中一種或幾種焊接方法（或焊接工藝），但要保證每一種焊接方法（或焊接工藝）所熔覆的焊縫金屬厚度都在已評定的各自有效范圍內，且所使用的焊接方法（或焊接工藝）順序有效。

焊接試板時不同位置的焊接熱輸入有所不同，焊接熱輸入會對焊縫區及熱影響區組織產生影響，從而改變焊縫及熱影響區性能。熱輸入越大，焊縫區及熱影響區組織越粗大，韌性越差，熱輸入過小，焊縫及熱影響區硬度偏低。因此，對于試件取樣位置，在有沖擊試驗和（或）硬度試驗要求時，為了評定所有的位置，沖擊試樣應取自熱輸入最高的焊縫部位，硬度試樣應取自熱輸入最低的焊縫部位。同時為滿足沖擊試驗和（或）硬度試驗，如不要求在單一位置做評定，則應在不同焊接位置焊制兩塊試件；當要求對所有位置進行評定時，兩塊試件均應進行全面的目視檢測和無損檢測。

由于單層焊與多層焊對材料的力學性能影響差異很大，針對評定合格的焊接工藝，從多層焊改為單層焊和相反的情況下，都需要重新評定。為便于熱輸入值的計算，本標準對熱輸入計算公式及一般焊接方法對應的熱效率系數進行了規定。當有沖擊試驗要求時，熱輸入上限值不得高于在焊接試件時熱輸入值的115%，當有硬度試驗要求時，熱輸入下限值不得低于在焊接試件時熱輸入值的85%。

關于試件的后熱與焊后熱處理方面，后熱可以消除焊接產生的熱應力、均勻焊縫和熱影響區的組織、排除焊縫在焊接過程中產生的氫脆，因此本標準規定后熱不應取消，但可增加；工藝評定試件的焊后熱處理應當和焊縫在產品中受到的熱處理基本上相同，為便于生產操作，規定在熱處理溫度下累計時間不得少于產品所用時間的80%，但可在一次熱循環中完成，同時在熱處理類別、熱處理溫度和保溫時間（增加）超出原評定時的有效范圍以及冷卻工藝改變時的焊接工藝需要重新評定。

針對不同的焊接方法，在有氣體保護時，實際生產中有許多混合氣體的情況，規定當保護氣體和（或）背面保護氣體或混合氣體的名義化學成分發生改變時，原先經評定合格的焊接工藝應重新評定。

3 標準的特點介紹

本標準在起草過程中修改采用了ISO 11970:2016 Specification and qualification of welding procedures for production welding of steel castings《鑄鋼件焊接工藝規范及焊接工藝流程批準程序》。在總體結構和基本內容方面兩者沒有明顯差異，與國際標準水平相當。

目前鑄鋼件產品的要求越來越高，產品的返修補焊必不可少，國內暫無相關指導鑄鋼件生產的焊補工藝評定規范，國內鑄鋼件產品的修補性焊接均只能采用ASME IX 或者ISO15614-1 等標準，其標準的指向性均為產品的結構性焊接，與鑄鋼件補焊存在較大的不同。本標準是通過國際標準轉化，并結合我國鑄鋼件生產實踐編制而成，解決了我國鑄鋼件焊接工藝評定標準缺失的問題。本標準的制定能夠系統的規范鑄鋼件補焊的工藝評定，給鑄鋼件補焊工藝驗證提供可靠的保障。同時，還能夠在保證焊接接頭質量的前提下盡可能提高焊接工藝評定效率和最大限度的降低工藝評定成本，獲取最大的經濟效益。

4 標準應用說明

本標準主要適用于鑄鋼件的電弧焊工藝評定，常見的如焊條電弧焊、鎢極氣體保護焊、埋弧焊、熔化極氣體保護焊等焊接方法，如客戶同意也可應用于鑄鋼件其他熔化焊的焊接工藝評定。本標準根據我國鑄鋼件生產過程中補焊的切實需求，結合配套產品技術規范的技術要求，提出了相應的焊接工藝評定的規范要求，為評定施焊單位是否有能力焊出符合相關國家或行業標準、技術規范所要求的焊接接頭，提供了統一的評判標準，填補了國內鑄鋼件補焊工藝評定的空白，有利于保障我國鑄鋼件生產企業產品補焊的質量和可靠性，從而更好的促進企業的發展。此外，通過本標準的實施，可以不斷的增加企業對焊接工藝評定的執行力，促進我國鑄鋼件焊接工藝評定標準與國際快速接軌。

5 結束語

本標準針對鑄鋼件的焊接實踐，從符合性及實用性等方面對鑄鋼件焊接工藝評定進行了規范。雖然本標準已囊括鑄鋼件生產實踐中常用的鑄鋼材料及常用焊接方法，可滿足大部分鑄鋼件焊接工藝評定需求。但在部分領域及方法創新方面稍顯不足，如鑄鋼件的堆焊、鑄鋼件與其他非鑄鋼件之間的異種鋼焊接及激光焊、等離子束焊等方面的研究仍有不足，還需要做進一步的研究及歸納，以拓展本標準的適用性及覆蓋面。