王璐璐，刘伟，李娟

1.山东核电设备制造有限公司 山东海阳 265100

2.烟台市核电设备工程技术研究中心 山东海阳 265100

1 序言

根据AP/CAP非能动压水堆的设计要求，同一产品焊接制造会涉及两份不同的焊接规范。如机械模块，其容器设备、管道及支吊架等部件的焊接执行《ASME锅炉及压力容器规范》，而模块的框架部分则执行《AWS D1.1钢结构焊接规范》（以下简称“AWS D1.1”）。因此同一产品的焊接工艺评定要进行《ASME锅炉及压力容器规范第IX卷焊接和钎焊评定》（以下简称“ASME IX”）和《AWS D1.1钢结构焊接规范》两套评定。为了减少工艺评定数量，节省成本，缩短工期，可考虑将两个规范合并在同一焊接试板上进行工艺评定试验，然后按照各自的覆盖规则分别编制焊接工艺规程。

ASME IX由美国机械工程师学会编著，是针对ASME锅炉、压力容器、压力管道焊接工艺和人员的评定要求。而AWS D1.1是由美国焊接学会结构焊接委员会编著，包括钢结构焊接的设计、评定、制造、检验。因两个标准所针对产品的结构形式、使用工况、承载承压等要求的不同，在焊接工艺评定规则上两者的侧重点也不同。本文从工艺评定焊接试板及其检验、试验要求方面对比分析ASME IX和AWS D1.1标准的不同之处，提出合并评定时焊接试板、试样、检验方法等的注意事项。同时总结概括两个标准在母材、填充金属、焊接位置和焊接参数等评定要素覆盖方面的主要差异，供焊接工艺评定策划和焊接工艺规程编制时参考。

本文的分析对比基于标准版本为ASME IX－2007+2008增补和AWS D1.1－2010。

2 焊接工艺评定试件分类

ASME IX认为焊缝是组成不同形式接头的基础，焊接接头的使用性能由焊缝的焊接工艺来决定，因此焊接工艺评定试件分类的对象是焊缝而不是焊接接头[1]，故将工艺评定试件分为坡口焊缝和角焊缝。试件所采用的母材可以是板材、管材或其他制品。

AWS D1.1对焊接工艺评定的焊缝分类更细化，根据母材制品形式、焊缝形式、接头形式将工艺评定焊缝分为六种类型：①非管材连接的CJP坡口焊缝。②管材连接的PJP坡口焊缝。③管材和非管材连接的角焊缝。④管材连接的CJP坡口焊缝。⑤管材T、Y和K形连接的对接接头PJP坡口焊缝。⑥管材和非管材连接的塞焊缝和槽焊缝。

对比发现ASME IX 和AWS D1.1在角焊缝的评定试验目的、试板和焊脚尺寸、试样数量、规格及合格验收标准和覆盖范围上均有较大差异，无法进行合并评定。因篇幅有限，本文主要针对实际生产中采用最多的板材全熔透坡口焊缝的焊接工艺评定进行两者的差异对比。

3 评定试件及检验要求对比

3.1 试板尺寸

对于板材的全熔透坡口焊缝焊接工艺评定试件，ASME IX仅要求焊接试板尺寸足够切取试样，未规定试板尺寸具体值。而AWS D1.1中规定了焊接试板长度和宽度的最小值要求，单边板最小宽度为180mm，最小长度根据试板厚度、弯曲试样方向及是否有冲击试验要求确定。同时AWS D1.1中标注了试板横向应为钢板的轧制方向，不过为非强制要求。

3.2 试板检验要求

ASME IX认为焊接工艺评定考察的是焊接接头的力学性能，因此对焊接工艺评定接头只规定了力学性能试验，未明确要求焊缝表面及体积检测[2]。

AWS D1.1中明确要求进行力学试验之前应对试板中整个焊缝长度进行目检和无损检测以证实焊缝完好。

3.3 力学性能试验

（1）试验项目和数量 ASME IX 和AWS D1.1关于坡口焊缝力学性能试验项目和数量的要求汇总，见表1。

表1 ASME IX 和AWS D1.1坡口焊缝力学性能试验项目和数量

由表1可以看出，两标准试验项目的主要差别是：对于10mm＜t＜19mm的试板，ASME IX要求的是面弯和背弯试验，可采用侧弯试验代替；而AWS D1.1要求进行侧弯试验。为同时满足两个标准，合并评定时，此厚度的试板弯曲试验应采用侧弯试验。

两者关于试样的取样位置和顺序要求基本相同，需要注意的是：AWS D1.1中标明了冲击试验试样的取样位置在拉伸和弯曲的中间部位，ASME IX对冲击试样的取样位置无明确说明。

（2）试样尺寸 试验采用的弯曲试样尺寸，ASME IX 和AWS D1.1的规定无明显区别，拉伸采用的缩减断面试样尺寸基本相同，有以下两点小差异。

第一，对于厚度超出试验机拉伸能力的试件，ASME IX和AWS D1.1均允许将试件分割成多个等厚试样代替全厚度试样，不同点为：①ASME IX中允许分割的试件厚度为＞25mm，而AWS D1.1为＞38mm。②ASME IX规定应根据设备可试验的最大能力分割成最少条数，而AWS D1.1要求分割的每个试样的厚度应至少为20mm。

第二，ASME IX 和AWS D1.1对缩减断面的长度均要求为“焊缝最宽处的宽度+12mm”，但AWS D1.1还要求缩减断面的长度≥60mm。

合并评定时，若拉伸试样无法同时满足两个标准的要求，则应该按不同的要求取两套试样进行试验。

（3）试验方法 ASME IX 和AWS D1.1焊接工艺评定拉伸试验和弯曲试验的试验方法是相同的。但选择弯曲试验夹具尺寸时，应符合两标准各自的要求。ASME IX中弯曲试验夹具尺寸与母材的分组、伸长率、试样厚度有关，AWS D1.1则主要根据母材屈服强度确定弯曲试验夹具尺寸。对于常用的碳素钢和低合金钢（屈服强度≤345MPa，伸长率≥20%）的10mm厚弯曲试样，两者的试验夹具尺寸相同。

（4）验收标准 拉伸试验的合格判据，ASME IX 和AWS D1.1均要求为“抗拉强度不低于母材规定的最小抗拉强度”，但ASME IX对试样断在焊缝或焊缝界面以外的母材上的情况有稍微的放宽：“只要强度低于母材规定最小抗拉强度的量不超过5%，可认为试验满足要求”。

在弯曲试验验收标准上，两者关于角部裂纹的判定有所差异：ASME IX 规定“有确切证据表明试样边角部位出现的开口缺陷是由于未熔合、夹渣或其他内部缺陷所造成时才予以考虑”。而AWS D1.1对角部裂纹有严格要求，“最大不能超过6mm：由可见夹渣或其他熔化型缺陷所致的角部裂纹，最大只能为3mm；角部裂纹超过6mm而无夹渣或其他熔化型缺陷的试样要摒弃，重新取样进行试验。”故对弯曲试验结果评定时，应关注角部裂纹的验收判断。

（5）重新试验 ASME IX规定“如试验不合格，则认为该试件失败。当能确定试件失败原因与焊接参数无关时，才可以在尽可能邻近原来试样的位置重新取样以代替失败的试样”。而AWS D1.1允许加倍试验：“如果一个试样不符合试验要求，则再取该项目的两个试样重新试验，结果均应符合要求。”

3.4 小结

通过对ASME IX 和AWS D1.1焊接工艺评定规范中板材全熔透坡口焊缝试板尺寸、检验要求、力学性能试验等方面对比，可知两者存在的差异较小，可进行合并评定，但在合并评定时需注意两者的不同之处，确保同时满足两个标准的要求。

4 焊接要素覆盖注意事项

合并评定合格后，应分别依据两个标准的焊接要素覆盖原则编制焊接工艺规程（WPS）。在此，针对核电产品常用的熔化极气体保护焊、焊条电弧焊、钨极气体保护焊总结几个关键焊接要素上两者的主要差异，以供参考。

（1）焊缝类型 ASME IX所有坡口焊缝试验的评定可覆盖所有母材厚度和所有直径母材上的所有角焊缝尺寸，板材和管材的焊接评定相互适用；而AWS D1.1中各焊缝类型相互之间的评定覆盖有一定的限制和补充要求。例如，板材的CJP坡口焊缝评定仅适用于圆管的纵缝和外径≥600mm的环缝；CJP坡口评定覆盖角接或T形接头的PJP坡口焊缝，需补充宏观腐蚀试验验证焊缝尺寸。

（2）坡口形式 ASME IX中焊接坡口形式和尺寸除对等离子弧焊、电子束焊、激光焊等高能量焊接方法是重要或附加重要变素外，对于常规的熔化极气体保护焊、焊条电弧焊、钨极气体保护焊、埋弧焊等均为非重要要素，改变坡口形式和尺寸不需要重新评定。而AWS D1.1中坡口类型及尺寸的改变如超出其第3章免除评定坡口的要求，则需要重新评定。

（3）母材厚度 相对于AWS D1.1，ASME IX母材评定厚度的限制更复杂些，见表2。AWS D1.1中，无论试板厚度，评定厚度下限均为3mm；试板厚度＜25mm，评定厚度上限为2t；≥25mm时，评定厚度上限无限定。而ASME IX对不同试板厚度区间的评定下限和上限规定是不同的。

表2 ASME IX 和AWS D1.1评定厚度范围的对比

（4）熔敷金属厚度 ASME IX对焊缝熔覆金属有评定的最大厚度限制，AWS D1.1中没有关于熔敷金属厚度的评定要求。

（5）母材组别 AWS D1.1钢结构采用母材主要为碳素钢和低合金钢，根据母材强度级别分为四个组别。而ASME IX因涵盖母材种类较广泛，包括碳素钢、低合金钢、不锈钢、铜、铝、镍及钛等，故对母材指定了类别P-No.或S-No.，在类别下又对要求冲击韧度的铁基材料指定了组别Group-No.，覆盖时，不仅要考虑类别还应考虑组别。

（6）填充金属 ASME IX为减少工艺评定数量，根据使用特性和化学成分对填充金属进行了分组，通过F-No.、A-No.的改变来控制填充金属的评定范围；而AWS D1.1未对填充金属进行分组，主要通过填充金属的强度级别和焊材标准等进行评定范围控制。另外，ASME IX中对填充金属制品形式、合金元素成分的改变有限制，AWS D1.1则对填充金属直径的变化限制更严格。

（7）焊接位置 当无冲击要求时，ASME IX中任一焊接位置的评定可覆盖全位置的焊接。而AWS D1.1对焊接位置的覆盖则限制较严格，例如，要覆盖板材全位置焊接，需进行2G、3G、4G多个位置的评定。

（8）焊接参数 以熔化极气体保护焊为例，ASME IX和AWS D1.1关于焊接参数评定范围的限制对比，见表3。显然，AWS D1.1较ASME IX在预热温度、保护气体流量、焊接电流、电压、速度等参数上的限制更严格[3]。工艺评定时需合理设置焊接参数，以便实际生产时能将焊接参数控制在评定范围内。

表3 ASME IX和AWS D1.1关于GMAW焊接工艺评定参数范围限制的比较

从焊接要素覆盖上讲，ASME IX和AWS D1.1有各自体系下不同的覆盖规则，不能一概而论。相对而言，AWS D1.1在诸多要素的评定覆盖范围上严于ASME IX的要求，对于同样的产品接头，可能需要的工艺评定数量较多。不过，AWS D1.1根据多年的钢结构生产实践，提供了可免除评定试验的WPS。当焊接方法、母材与填充金属组合、预热温度、道间温度、焊接参数、接头和焊缝尺寸、焊后热处理等要素满足规范要求时，可直接编制WPS，在保证焊接质量的同时，为承包商的施工提供了方便[3]。

5 结束语

ASME IX和AWS D1.1标准在板材全熔透坡口焊缝评定试件的检测要求和力学性能试验项目、试样尺寸、验收标准及重新试验上有略微的差异，主要包括以下几方面：①试板尺寸最小值要求。②试板目视和无损检测要求。③弯曲试验类型。④冲击试样取样位置。⑤拉伸试样尺寸和厚试样分割要求。⑥弯曲试验夹具尺寸。⑦弯曲试验角部裂纹判定。⑧试验不合格处理方式。

总之，ASME IX和AWS D1.1是两套不同体系的标准，在诸多方面存在差异，因篇幅有限，本文仅指出了其中主要的差异以供参考。实际工艺评定过程中，应根据具体情况，全面细致地分析各标准的规定。合并评定时，应综合考虑两者的要求，选择较高要求执行，确保试验过程同时满足两者的要求。若无法同时满足两个标准时，应分别进行评定试验。编制焊接工艺规程时，应在两个标准体系各自的原则下考虑各要素的覆盖范围，注意两者在母材厚度、焊接位置、焊接参数等要素上的限制差异，避免超范围覆盖。