焊接工藝評定中不同標準對沖擊試驗的相關要求對比*

秦紅英，張林森，王 剛，肖 虎

（中油國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心有限公司，陜西 寶雞 721002）

0 前 言

石油鉆井裝備類產品的焊接工藝評定多采用AWS D1.1/D1.1M 《鋼結構焊接規范》、ASME Ⅸ《焊接、釬焊和粘接評定》和中國船級社（CCS）《材料與焊接規范》標準。

AWS D1.1/D1.1M 由美國焊接學會結構焊接委員會編著，涵蓋鋼結構焊接的設計、評定、制造、檢驗，其中評定部分有完整的制作、檢驗和試驗要求。ASME Ⅸ由ASME（美國機械工程師學會）編著，針對鍋爐、壓力容器、壓力管道焊接工藝和人員的評定要求，有關焊接工藝評定的沖擊試驗部分引用ASME Ⅷ第一冊《壓力容器建造規則》中相關要求。中國船級社（CCS）《材料與焊接規范》也擁有完整的焊接工藝評定制作、檢驗和試驗要求。

3 個標準在焊接工藝評定試驗中針對焊縫拉伸和彎曲試驗的要求差別不大，而在沖擊韌性試驗方面有較大的差異。本研究從焊接工藝評定沖擊試驗的取樣位置、試樣尺寸及試驗溫度、合格判據等方面對比分析3 個標準的異同，總結出不同母材厚度下沖擊試驗的取樣位置、組數、試樣尺寸、試驗溫度和合格判據，便于技術人員制定焊接工藝評定方案時參考。

1 標準對比

1.1 試樣取樣位置

1.1.1 AWS D1.1/D1.1M取樣位置

（1） AWS D1.1/D1.1M：2015 版及其以前的版本規定CVN試樣取樣位置共3處，分別為焊縫中心、熔合線+1 mm和熔合線+5 mm。

（2） AWS D1.1/D1.1M：2020 版 在 第6 章“評定”部分規定：CVN 試樣取樣位置共2 處，分別為焊縫中心和熱影響區。熱影響區試樣缺口位置由工程師規定。

每組可取3 個或5 個試樣；取5 個試樣時，其最高值和最低值必須棄去，留下3個數值用以評判。

1.1.2 ASME Ⅸ取樣位置

ASME 系列標準規定CVN 試樣取樣位置共2處，分別為焊縫中心和熱影響區。

（1）焊縫中心。試件厚度t≤ 38 mm時取1組試樣；t＞38 mm 時取2 組試樣。每組均取3 個試樣。

（2）熱影響區。2021 版標準中單面焊和雙面焊取樣有差異，單面焊只取1 組；雙面焊，當t≤ 19 mm 時取1 組，當t＞19 mm 時取2 組，取樣數量見表1。每組均取3個試樣。

表1 ASME Ⅷ-1（2021）HAZ沖擊試樣取樣位置

1.1.3 中國船級社（CCS）取樣位置

中國船級社CCS規定：根據熱輸入范圍、單面或雙面焊、試件厚度確定CVN 試樣取樣位置，熱輸入≤ 50 kJ/cm 時取樣位置共4 處，分別為焊縫中心、熔合線、熔合線+2 mm、熔合線+5 mm，并根據試件板厚的增加，在根部適當增加取樣位置。取樣位置見表2，每組取3個試樣。

表2 CCS沖擊試驗取樣位置

從上述對比可知：

（1）AWS D1.1/D1.1M：2020 版取樣位置為2處，即焊縫中心和熱影響區，每組試樣可取3個或5個。熱影響區試樣缺口位置由工程師規定。

（2）ASME 標準中取樣位置為2 處，即焊縫中心和熱影響區，每組試樣取3個，具體取樣數量和厚度、單/雙面焊有關。

（3）中國船級社CCS 規定的取樣位置為4處，即：焊縫中心、熔合線、熔合線+2 mm、熔合線+5 mm，每組試樣取3 個，具體取樣數量和厚度、單/雙面焊有關。

3項標準中，AWS D1.1/D1.1M：2020版取樣最少，共2 組，CCS 取樣最多；ASME 標準和CCS均需根據厚度、單/雙面焊確定具體組數。

制訂焊接工藝評定方案時，依據項目所遵從規范，針對具體的母材厚度和焊縫類型，確定適用的取樣位置和數量。若需焊接工藝評定同時符合多個標準，則可以在試驗時選取多個對應標準的取樣位置，以最小代價獲得最大效益。

1.2 試樣尺寸及試驗溫度

生產中，為使焊接工藝評定應用范圍最大化，當不要求沖擊試驗時，可按有沖擊韌性要求進行評定；當有沖擊試驗要求時，在試件母材和焊材能通過的情況下，可采用更低的溫度進行評定。

1.2.1 AWS D1.1/D1.1M標準

1.2.1.1 試樣尺寸

（1）t≥ 11 mm 時，必須采用標準的10 mm×10 mm試樣。

（2）t＜ 11 mm或由于焊件形狀而不可能截取標準試樣時，則須使用小尺寸試樣。小尺寸試樣須加工成規定尺寸，包括9 mm、8 mm、7.5 mm、7 mm、6.7 mm、6 mm等11種。

1.2.1.2 試驗溫度

AWS D1.1/D1.1M 標準規定：試驗溫度必須在合同文件中規定，若未規定則執行母材的試驗溫度；小尺寸CVN試驗溫度執行如下規定。

（1）t≥ 11 mm 時，當要求小尺寸試樣，且試樣缺口處的寬度小于試件厚度的80%時，試驗溫度必須降低，降低值依據AWS D1.1/D1.1M:2020表6.14試樣缺口寬度所對應的值。

例：t為11 mm，CVN試驗溫度為-20 ℃，當CVN 試樣規格為10 mm×7.5 mm 時，則實際試驗溫度為-23 ℃。

（2）t＜11 mm 時，當要求小尺寸試樣，且橫過試樣缺口處的寬度小于試件厚度的80%時，試驗溫度必須降低，降低量等于“試件厚度對應溫度降低數”和“實際試驗的試樣寬度對應的溫度降低數”之差。

例：t為7 mm，CVN 試驗溫度為-20 ℃，當CVN 試樣規格為10 mm×5 mm 時，則試驗溫度為-27 ℃。

1.2.2 ASME Ⅸ標準

1.2.2.1 試樣尺寸

（1）t≥ 11 mm 時，最好取10 mm×10 mm 標準試樣。

（2）材料形狀或厚度受限，無法取標準試樣時，應按標準要求盡可能取最大試樣。小試樣規定尺寸與AWS D1.1/D1.1M相同，共11種。

1.2.2.2 試驗溫度

（1）t≥ 10 mm，試樣缺口≥ 8 mm 時，試驗溫度等于母材金屬所要求的最低溫度；若試樣缺口＜8 mm，則試驗溫度應按表UG-84.2降低。

（2）t＜10 mm，試樣缺口≥ 80%×t時，試驗溫度等于母材金屬所要求的最低溫度；若試樣缺口＜80%×t，則試驗溫度應降低，所降低值等于“試件厚度對應溫度降低數”與“實際試驗的試樣寬度對應的溫度降低數”之差。

1.2.3 中國船級社（CCS）標準

1.2.3.1 試樣尺寸

標準要求在任何情況下均應就材料厚度盡可能加工出最大尺寸的試樣，標準輔助試樣寬度為7.5 mm、5 mm 兩種。對于小于5 mm 的試樣，一般不要求進行沖擊試驗。

1.2.3.2 試驗溫度

標準規定試驗溫度為產品要求的最低溫度，標準試樣或輔助試樣均采用此溫度。CCS《材料與焊接規范》列出了船體結構用鋼的沖擊試驗溫度要求，未列出鋼材應符合母材規定。

綜上所述，對于三項標準，試件厚度允許時，必須取標準試樣，試驗溫度為母材金屬所要求的溫度；試件厚度不允許時，AWS D1.1/D1.1M 和ASME 標準的要求相同，取小尺寸試樣，并且要根據試樣尺寸進行評判是否需要降低試驗溫度，依據CCS評定時取標準輔助試樣，不需要降低試驗溫度。

1.3 判 據

1.3.1 AWS D1.1/D1.1M標準

（1）試樣沖擊值不得低于合同協議或母材標準要求。用于小尺寸試樣的最小合格能量值按AWS D1.1/D1.1M：2020版中表6.15確定。

（2）1 組試樣的3 個數值的平均值嚴禁低于最小平均值，2 個必須等于或超過最小平均值；1 個可以低于最小平均值，但不得低于最小允許值。

（3）可以重新進行一次試驗，留下的3個試樣的每一個單值必須等于或超過最小平均值。

1.3.2 ASME Ⅸ標準

（1）試樣沖擊值至少應等于母材要求值。對于小試樣，應乘以實際試樣缺口寬度與標準試樣缺口寬度的比值。

（2）當3個試樣的平均沖擊值不低于最小允許沖擊值，但有2個試樣的數值低于平均值，或1 個試樣數值比最小允許值小時，應增加3 個試樣進行補充試驗，此3個試樣的數值均應不小于平均沖擊值。

1.3.3 中國船級社（CCS）標準

（1）試驗的平均沖擊值應符合母材要求，其中1個單值可低于規定平均值，但應不低于該平均值的70%。CCS《材料與焊接規范》列出了船體結構用鋼的沖擊韌性要求，未列出鋼材應符合母材規定。對于標準輔助試樣，給出了表3的換算關系。

表3 CCS《材料與焊接規范》中標準沖擊試樣與標準輔助沖擊試樣的換算關系

（2）當1 組3 個沖擊試樣的試驗結果不符合規定時，只要低于規定平均值的試樣不超過2個，且最多只有1 個單值低于該平均值的70%，則可再取1組3個沖擊試樣進行附加試驗。前后6個試樣的算術平均值應符合規定平均值的要求，且低于規定平均值的試樣不應超過2個，其中低于規定平均值70%的試樣不超過1個，則復試合格。3 項標準的沖擊試驗合格判據及復驗要求總結見表4。

表4 沖擊試驗合格判據及復驗要求

通過3項標準對比可以看出：

（1）沖擊功合格判據基本相同，即單值均不低于最小允許值，2 個數值不小于最小平均值，AWS D1.1/D1.1M 和中國船級社（CCS）要求3 個數值的平均值不小于最小平均值，ASME標準的要求稍低一些，3個數值的平均值不小于最小允許值即可。

（2）重新取樣試驗時，AWS D1.1/D1.1M 和ASME 標準的復驗要求及合格判據是相同的；中國船級社（CCS）的要求更加嚴格一些，必須符合一定的條件才能進行重新試驗。復驗后合格判據三個標準是基本相同的，中國船級社（CCS）雖要求對試驗的6個數值進行評判，但結合其復驗要求進行分析，實質內容也是復驗的3個數值必須不小于規定的最小平均值。

（3）小試樣合格判據，AWS D1.1/D1.1M 通過查表6.15 確定，ASME 標準為原始合格判據乘以實際試樣缺口寬度與標準試樣缺口寬度的比值，中國船級社（CCS）規定為原始合格判據乘以輔助試樣的換算值。

例：標準試樣合格判據34 J，CVN 試樣10 mm×5 mm，AWS D1.1/D1.1M 查表6.15對應的合格判據為16 J；ASME標準為原始合格判據乘以0.5，為17J，與AWS D1.1/D1.1M要求相當；中國船級社（CCS）規定為原始合格判據的2/3，約為23 J。

2 結 論

（1）AWS D1.1/D1.1M《鋼結構焊接規范》、ASME Ⅸ《焊接、釬焊和粘接評定》和中國船級社（CCS）《材料與焊接規范》在沖擊試驗的取樣位置、試驗溫度、合格判據等方面存在一定的差異。

（2）AWS D1.1/D1.1M:2020 版取樣最少，共2組，中國船級社（CCS）取樣最多；ASME標準和CCS均需根據厚度、單/雙面焊確定具體組數。

（3）沖擊試樣為標準試樣時，幾個標準的試驗溫度均為母材金屬所要求的溫度，合格判據為技術協議或母材要求。

（4）沖擊試樣為小試樣時，依據AWS D1.1/D1.1M 和ASME 評定時，需要根據實際情況按照標準條款進行評判，是否需要降低試驗溫度，合格判據按照標準要求進行換算；中國船級社（CCS）評定時不需要降低試驗溫度，合格判據按中國船級社（CCS）標準換算系數進行換算。