ASME认证时怎样编写焊接工艺文件.docx
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ASME认证时怎样编写焊接工艺文件
第一讲中国压力容器标准与美国ASME规范的比较
1.中、美主要压力容器标准的对应关系
表1:
中、美主要压力容器标准的对应关系
中国压力容器标准
美国压力容器标准
GB150《钢制压力容器》
ASMESECTIONVIIIDIVISION1
JB4732《钢制压力容器--分析设计标准》
ASMESECTIONVIIIDIVISION2
JB4708《钢制压力容器焊接工艺评》
JB4709《钢制压力容器焊接规程》
ASMESECTIONIX
JB4730《压力容器无损检测》
ASMESECTIONV
GB151《管壳式换热器》
TEMA
2.中国压力容器标准与ASME规范的区别
中国压力容器体系有以GB150《钢制压力容器》(中国技术监督局发布)为代表的技术标准和以《压力容器安全技术监察规程》为代表的安全监察法规组成。
压力容器设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造的全过程都同时执行技术标准和安全监察法规,二者相辅相成,构成中国压力容器标准的完整体系,确保压力容器产品的安全。
中国压力容器标准主要是政府牵头,由设计、制造等单位参与起草、修订,最后由政府颁布,是强制性技术标准、法规,具有法律效用。
ASME规范是由制造厂、用户、保险商等单位参与,属于行业协会颁布的标准,只有在地方政府的安全监督部门以法律形式认可情况下才能成为法定的控制产品质量的技术法规。
中国压力容器标准在编制和修订过程中主要参照了ASME,同时还借鉴了其它发达国家的压力容器标准,如BS5500等。
中国压力容器标准中大部分要求与ASME规范相一致,部分虽与ASME规范要求不一致,但要求更加严格,其主要区别见表2:
表2:
中国压力容器标准与ASME的主要区别
项目
中国压力容器标准
ASME-VIII-1
压力容器分类和分级
根据压力、介质、压力和容积乘积的值划分为I、II、III类,在类中根据容器的用途,型式又分为若干级。
不分类、分级。
压力容器设计许可证
要求单独领设计许可证,许可范围与制造许可证一样有强制性的要求。
不要求单独领设计许可证,取得制造许可证后,就可进行压力容器的设计。
压力容器制造许可证
要求。
按级别领取制造许可证。
如获得BR1级制造许可证,只能制造GB150中符合BR1级条件的压力容器,而不是GB150中的全部压力容器。
要求,但允许制造的范围很广。
如获得U-1钢印,就可以制造符合ASME-VIII-1的所有压力容器。
制造质量保证体系人员要求
对体系人员有强制性的要求,如学历、职称、从事本岗位工作年限等。
对体系人员没有强制性的要求。
由制造厂自行掌握,保证产品质量达到规范要求即可。
续表2
项目
中国压力容器标准
ASME-VIII-1
设计质量保证体系人员要求
对体系中各责任人员有强制性的要求,如学历、职称、从事本岗位工作年限等。
设计审核人员必须持有政府部门颁发的资格证书。
同上
对设备的要求
对制造压力容器的设备规格、数量有强制性的要求
同上
对焊工的要求
对焊工数量及资格有强制性要求,焊工必须持有国家权威机构颁发的资格证书。
对焊工数量无要求,对焊工资格需公司自己组织考试,经公司授权批准就可发证。
对无损检测人员的要求
对无损检测人员有强制性的要求,如学历、职称、从事本岗位工作年限等。
无损检测人员必须持有国家权威机构颁发的资格证书。
对无损检测人员的数量有强制性规定。
对无损检测人员资格需按SNT-TC-1A或ACCP规则,由公司自己组织考试,经授权人员批准就可发证。
对无损检测人员的数量无规定。
设计压力范围
小于等于35MPa
一般小于等于20.685MPa(3000PSI)
安全系数
抗拉强度的安全系数为3.0;
屈服强度的安全系数为1.6。
抗拉强度的安全系数为3.5;
屈服强度的安全系数为1.5。
压力试验压力
液压试验压力为1.25倍设计压力;
气压试验压力为1.15倍设计压力。
液压试验压力为1.3倍设计压力;
气压试验压力为1.1倍设计压力。
材料要求
每种材料标准对材料的要求都规定的比较高。
允许用户提的要求比较少。
每种材料标准对材料要求规定的选区项比较多,允许用户提的要求比较多。
以常用的压力容器材料16MnR(对应的ASME材料为SA-516Gr.70)为例:
材料标准规定16MnR需作冲击试验。
ASME材料标准中没有规定SA-516Gr.70材料的冲击要求,当用于冷水机组中的压力容器时按ASME-VIII-1要求也不需要做冲击试验。
但需规定材料的晶粒度。
对接焊缝无损检测的要求
对接焊缝都要求进行无损检测,允许有极少部分的对接焊缝可不进行无损检测,但对壳体直径、壁厚、焊接接头型式等等都有强制性的规定。
对接焊缝一般都不要求进行无损检测,只有容器内的介质为致死物质时,才要求进行无损检测。
产品试板
每台容器均要求制作验证试板
不要求制作验证试板
监检人员(AI)
监检人员必须持有政府部门颁发的资格证书并授权驻厂监检。
监检人员必须持有美国NB颁发的资格证书。
授权驻厂监检。
合格证明
每台容器均有按《压力容器安全技术监察规程》要求制作的合格证明文件,包括监检证明文件。
有数据报告,报告有AI的签名。
3.结论及其他
3.1、在技术上和体系上中国压力容器标准和ASME规范有极大部分是类似或相同的,而且均是成熟的技术和控制方法;
不同部分主要是不同国家的历史习惯和国家状况所造成的,但均能保证产品的安全性;
3.2、从设备硬件和体系、人员软件上看,中国压力容器标准比ASME规范的要求更加严格、具体;而ASME则主要是由厂家根据规范要求自行制定内部控制要求。
3.3、从整个生产过程控制看,中国压力容器标准的监控比ASME规范的要求更加严格、具体;
3.4、中国压力容器标准未获得如同ASME一样具有众多国家认可的根本原因是由于中国缺乏对外宣传和交流,但此现状已在逐步改变。
中国压力容器管理机构正在和ASME协会进行协商互认工作。
3.5、我国的压力容器标准是在不断总结经验、进行科学研究和吸取国外先进经验的基础上发展起来的,对保证我国压力容器的安全性起到了很重要的作用。
由于我国压力容器标准体系和ASME标准体系存在着差异,标准的内容也有较大的差别,在实际使用时对两种标准体系的相关标准进行比较分析,有助于深入理解和实施ASME规范。
3.6、焊接返修
我国GBl50规定焊接返修必须由持证焊工按评定合格的工艺进行,焊缝同一部位的返修次数不宜超过两次,如超过两次,返修前均应经压力容器制造厂技术总负责人批准,返修次数、部位和返修情况应记人容器的质量证明书。
而ASME规范对同一部位的返修次数未作规定,但每次焊接返修前,其返修方法应经授权检验师(AI)认可。
3.7、在两个体系的组织机构中,ASME没有把“设计”作为独立的一方,规范中提及的“设计”是作为压力容器建造方工作的一个环节,设计是容器制造厂工作内容的一部分,而不是建造方以外的另一方。
GB150和《容规》中明确地把“设计”作为独立于制造的一方,实行设计许可证制度,规定了设计单位的职责。
ASME规范将国内理解的“设计职责”分为两个部分:
把用户对压力容器产品的功能及其要求都列入“用户”的职责,即用户或其代表应提出压力容器的设计条件以及满足产品功能要求而必须提出的各种附加要求,包括腐蚀裕量等。
把强度计算书和施工图作为建造方接受用户条件后,由建造方完成的职责。
对工程项目中的非标准压力容器而言,“用户”的职责实际上包括工程公司基础设计及询价图的功能,所以规范中采用“用户或其代表”的用词,“代表”可以理解为“工程公司”的代名词。
对制造厂自行开发的定型、标准产品而言,虽然不存在“用户”提出设计要求,而是由建造方根据市场要求,自行提出设计要求,代替了“用户”的`要求。
所以国内习惯使用的“设计单位”,在ASME规范中已不复存在,其功能已分解到“用户”和容器制造厂之中。
由于组织机构和职责的不同,所以按照GB和ASME规范进行压力容器设计、制造,对材料的使用就有很大的区别。
例如,按ASME规范,由容器制造厂进行容器的设计,包括强度计算,这样制造厂就掌握封头所需要的最小厚度以及封头成形中的厚度减薄量。
由于筒体的厚度为圆整后的标准系列值,一般情况下,可以用与筒体相同厚度的钢板压制封头,就可以保证封头成形后的厚度满足强度的要求。
按照GB体系则不同,制造单位不掌握封头根据强度计算所需要的最小厚度,设计单位不掌握制造厂的封头减薄量,制造厂只能按照设计单位提供的图纸上标注的封头名义厚度减去钢板允许的负偏差作为封头成形后的最小厚度,这样用名义厚度的钢板压制封头,不能保证最小厚度,只能加大下料厚度,这样造成材料的浪费,也会造成封头直边厚度与筒体厚度相差较大,给封头筒体对接带来难度。
3.8、正因为机构和职责的不同,ASME压力容器规范实际上是一部建造安全规范。
“建造”在ASME规范中包含了设计(相当于施工图设计)、制造、检验、三个方面。
规范对建造方接受用户条件后应遵循涉及安全的通用规则作出了规定;而规范对用户的职责及其应遵循的规则基本上未涉及,这些规定留待用户或其代表根据相关的其他法规、行业标准(如API等)、工程公司标准、实践经验等,在合同中予以补充和提出。
由此,我们才能理解“规范是压力容器最低要求”的含义。
ASME规范不可能包含用户对容器的各种要求,因此规范的条款往往比较原则,允许并要求用户进行补充、完善或根据规范的原则进行判断,所以使用ASME规范钢材标准时一般均有采购规范予以补充和具体化。
采购规范由工程公司或容器制造厂根据具体用途和经验制订,并作为材料采购合同的技术附件。
3.9、国内基本上由设计单位涵盖了用户的全部要求,GB150较多地基于设计的立场,对压力容器进行规定。
例如:
国内以设计压力、设计温度、设计厚度作为压力容器的基本参数;而ASME规范却以最大许用工作压力MAWP、最低许用设计金属壁温MDMT、名义厚度、有效厚度为基本参数。
国内的工程技术人员认为,应尽可能把用户(包括设计单位)所遇到的各种具体问题在标准或规程中作出明确规定,以便有据可依。
设计单位习惯于把标准、规范作为产品的最终要求或唯一要求,放弃了用户的应尽职责,而国外的用户却往往要在规范的基础上提出许多附加要求。
3.10、ASME规范把压力容器用材标准列为规范第二卷,是规范的一个重要组成部分。
ASME压力容器用钢材标准是一个完整的体系,而不是简单的合订本。
钢材标准由供需双方作为规范的一个部分进行了编制,因而较全面地体现了建造方对材料的质量、采购、使用和检验要求。
GB钢材标准主要有GB6654-1996《压力容器用钢板》、GB3531-1996《低温压力容器用低合金钢板》、GB8163-87《输送流体用无缝钢管》等,钢材的牌号、等级远少于ASME规范,在使用上的选择受到很大的局限,并且由于钢材的标准主要是由供方,即钢厂编制,不能形成完整的压力容器用钢材体系,也不能完整地反映建造方对材料的要求。
虽然GB150和《容规》在材料的选用方面进行了补充,但由于先天存在的问题,不能完整反映建造方的要求。
我国GB钢材标准是在计划经济体制下,以供方为主编制的钢材质量标准,以反映钢材生产厂的要求为主。
压力容器标准中引用了其中部分内容,但钢材标准不能全面地反映钢材使用者的要求。
而ASME钢材标准是在市场经济模式下,由供需双方共同编制,且以反映钢材使用者的要求为主的标准,同时也是压力容器规范的一个组成部分。
即使如此,在使用ASME钢材标准时,一般均有用户采购技术规范进行补充、完善。
ASME钢材标准不仅是钢材生产部门的质量标准,而且是钢材使用单位(设计、制造、检验)在选用、采购、验收、检验、加工时的依据。
正因为如此,钢材标准的内容远远超过了国内的钢材标准,成为压力容器规范不可缺少的一部分。
ASME钢材标准仅对材料最基本性能作出规定,而留出广阔的空间让用户根据各自的需要进行选择、补充,让材料生产厂商按照自身的装备、技术、工艺等情况有很大的调整余地。
因此,用户在选用、采购时必需熟悉与此相关的材料、设计、制造、检验各个环节,才能在钢材标准的基础上制订出合理的采购技术规定。
用户必需通过采购规范把ASME钢材标准中的提示以及可供选择的项目,一一根据自身的需要予以明确或补充。
由此可见,GB体系形成于计划经济体制中,而ASME规范是在市场经济的体系中形成的,更能充分体现用户和制造厂各方要求的规范。
目前,我国正在进行GB体系的更新,ASME规范的中国化和ASME钢材国产化,并且积极准备将GB材料纳入ASME规范。
相信在中国压力容器行业和冶金行业的共同努力之下,中国的压力容器材料和整个压力容器制造业必将有很大的进步。
第二讲ASME焊接文件的编制以及焊工的考核过程
1.当产品设计图纸完成以后,焊接工程师根据按照ASME规范编制的“压力容器质量手册”的要求编写焊接接头识别卡。
根据设计图纸标明的按照ASME规范第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12001EDITION)分类的A类,B类,C类,D类焊接接头,给每个接头编号,规定每个接头所遵循的焊接工艺指导书(WPS),材料类别号或者组别号,以及焊接方法和可行的焊接位置。
2.焊接工程师按照质量手册的要求参照焊接接头识别卡编写第零版焊接工艺指导书(WPSRev.0)。
2.1WPS,以及后来的PQR,WPQ等等所有ASME文件的格式最好对照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)末尾的附录中的样表的格式,WPS当中,必须包括对所有重要变素的描述,见QW252-260。
2.2WPS当中的变素按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ2002EDITION)QW250的叙述。
3.根据ASME规范2001版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12001EDITION)的UW-28的规定,对所遵循的每一项焊接工艺作出工艺评定(PQR)。
3.1焊接工艺评定的材料与设计图纸相同,工艺评定用母材与评定母材的适用范围应遵循QW-424的规定,并体现在WPS中。
焊接工艺评定是在ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)QW-200各项条款的指导下进行的。
3.2焊接材料的选用,根据ASME规范2001版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12001EDITION)的UCS-67的规定。
3.3焊材的分组遵循QW-430。
3.4工艺评定试样遵循QW-450。
3.5如有焊接前的预热按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-406的规定。
同时,在公司的质量手册中“压力容器焊接控制及检验规程”也有明确规定。
始焊温度不低于16摄氏度。
层间温度不高于250摄氏度。
3.6焊接工艺评定的试样,按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-450的规定要进行拉伸试验和横向导向弯曲试验。
试样的加工符合ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-462所给出的形状和尺寸。
针对本公司的试样形状尺寸,板的缩截面拉伸试样遵循QW462.1(a),管子的缩截面拉伸试样遵循QW462.1(b)和QW462.1(c)。
横向导向弯曲试验的试样遵循QW462.3(a),侧弯试样遵循QW462.2。
试样从所焊接的试板上截取,取样的顺序遵从ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中的QW-463。
弯曲试验所使用的夹具尺寸符合QW-466。
3.7按照QW-141.1的叙述,拉伸试样用于评定焊缝的极限强度,考察材料和焊材的性能。
按照QW-141.2的叙述,导向弯曲试样用于评定焊缝的完好性和延展性。
考察焊道的内部质量。
亦即焊缝中不应存在气孔,夹渣,未熔合,裂缝等缺陷。
拉伸试验按照QW-150进行,按照QW-153拉伸试验的合格标准和QW-153.1抗拉强度的叙述,试样抗拉强度不应小于母材规定的最小抗拉强度。
实际的拉伸试样均未低于焊接母材的强度数据。
导向弯曲试验按照QW-160进行。
弯曲试验合格标准按照QW-163,弯曲后的试样在凸面上沿任何方向测量,在焊缝和热影响区内都不应有超过1/8英寸(3.2mm)的开口缺陷。
但在试样的边角部位于试验过程中出现的开口缺陷除外,除非有证据表明开口缺陷是由于未熔合,夹渣或者其他内部缺陷造成的。
实际的弯曲试样均符合ASME相关要求。
工艺评定合格。
4.焊接工艺评定(PQR)的合格,说明第零版焊接工艺指导书可以作为正式受控文件指导生产。
第零版焊接工艺指导书升级为第A版。
亦即WPSVer.A。
WPS包含了重要变素,附加重要变素以及非重要变素。
当重要变素和附加重要变素发生变化时,按照QW-200.1的要求,WPS必须重新评定。
亦即重新制作或者补充制作PQR。
如果是非重要变素,可以不进行重评。
但是修改变素的参数之后仍然要AI签字。
5.WPS由PQR支持。
6.在合格的A版本WPS的支持下,对焊工进行考核。
亦即进行WPQ的工作。
焊工的资格评定表现为焊工技能评定报告(WPQ),WPQ是在ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-300的指导下进行的。
7.1由于PQR的合格,根据QW-301.2的叙述,焊接该试件的焊工(其评定范围按照QW-304)被认为评定合格,其评定的焊接位置按照QW-303。
7.2按照QW-304的叙述,P-No.1的材料可以用射线拍片的方法作资格评定。
7.3正式的评定之前应进行相关培训。
7.4焊工除了操作技术达到ASME规范要求以外,根据本公司情况,还必须明确ASME的工作程序。
例如焊接材料的领取,交回以及所要填写的表格等等。
因为ASME的这一套程序与本公司其他产品的程序有所不同。
7.5焊工考核不合格,可以立即重新考试。
但是必须焊接2倍的试件。
2个试件当中的1个不合格,焊工仍然不合格。
也可以重新培训,但是ASME规范对培训时间没有限制。
取决于焊接工程师的认定。
7.6焊工不同的焊接方法有不同的焊接变素。
见QW-350。
当重要变素和附加重要变素发生变化时,焊工资格要重新评定。
GMAW的重要变素是QW-355;
GTAW的重要变素是QW-356;
7.7母材的评定范围,规定在QW-423.1。
7.8按照QW-423.2的叙述,焊工要获得焊接某一种材料的资格,可以使用化学成分相似的材料进行考核。
7.9焊工在资格评定时的实际焊接位置(例如板的坡口焊接的3G位置)与这个位置所能覆盖的焊接位置之间的关系在QW461.9的表格中。
见本文末尾。
各个位置的图示见QW460。
7.10焊工技能评定的厚度限制和试样见QW452。
8、焊接之后的热处理作业指导书根据ASME规范UCS篇。
QW-461.9
评定试验
实际覆盖的范围
焊接件
焊接位置
坡口焊接
填角焊接
板和外径大于24英寸610mm管
小于24英寸610mm的管
板和管
板坡口焊接
1G
F
F
F
2G
F,H
F,H
F,H
3G
F,V
F,V
F,H,V
4G
F,O
F
F,H,O
3G,4G
F,V,O
F
ALL
2G,3G,4G
ALL
F,H
ALL
Specialposition
SP,F
SP,F
SP,F
板填角焊接
1F
F
2F
F,H
3F
F,H,V
4F
F,H,O
3F,4F
ALL
Specialposition
SP,F
管坡口焊接
1G
F
F
F
2G
F,H
F,H
F,H
5G
F,V,O
F,V,O
ALL
6G(斜45度)
ALL
ALL
ALL
2G,5G
ALL
ALL
ALL
Specialposition
SP,F
SP,F
SP,F
管填角焊接
1F(45度旋转)
F
2F
F,H
2FR(水平旋转)
F,H
4F(仰焊)
F,H,O
5F(水平固定)
ALL
注释1:
位置的表述见QW461.1和QW461.2,并且F:
平焊H:
横焊V立焊O:
仰焊
注释2:
(灰色底纹部分)管大于2-7/8英寸(73mm)。
注释3:
直径限制见QW452.3,QW452.4,QW452.6。
焊工标识程序
1范围
1.1本程序是对质量控制手册规定的焊接控制的补充要求。
它规定了焊工和焊接操作工标识的控制方法。
2焊工或焊接操作工的焊工号
2.1每个合格的焊工或焊接操作工应由焊接工程师指定一个唯一的焊工号。
这个焊工号应在焊工技能评定报告(WPQ)和焊接操作工技能评定报告(WOPQ)上注明。
2.2焊工号应由大写英文字母加数字组成,字高大约为0.312in.(8mm)。
3.0在P-No.1Gr.Nos.1和2材料上打焊工钢印的要求
3.1当钢板厚度等于和大于(6mm)时,在焊接完成后,如果未特别注明禁止打钢印,每个焊工都应立即将他的焊工号打在临近焊缝的位置。
焊工钢印的深度应控制在(0.3~0.5mm)内。
3.2当几个焊工合作完成一焊缝焊接时,每个焊工均应将自己的焊工钢印根据3.1的要求打上或用记号笔写上。
3.3焊工钢印的位置
3.3.1对于纵向的焊接:
焊工号应离焊缝熔合线区域大约.(13mm)处打标记。
焊工号应位于焊缝端部约(50mm)处。
焊工号应每不大于(1米)间隔处至少打一个。
3.3.2对于周向焊缝:
焊工号应离焊缝熔合线区域大约(13mm)处打标记。
焊工号应沿周向每不大于(1米)间隔处至少打一个。
3.3.3对于焊接封头:
焊工号应打在外凸起的表面上,并且应与焊缝平行。
焊工号的位置应远离封头的裙边和曲面处,并离焊缝熔合线大约1/2in.(13mm)。
两个焊接符号之间的间距应不大于3ft.(1米)。
3.3.4对于压力容器上的接管和检验孔:
焊工号应尽量打在压力容器表面与焊缝平行处,并离焊缝熔合线大约1/2in.(13mm)。
3.3.5对于法兰与接管焊缝:
焊工号应尽量打在接管表面与焊缝平行,并离焊缝熔合线大约1/2in.(13mm)。
3.3.6对于在压力部件上的非承压部件:
焊工号应尽可能打在非承压部件上,且应与焊缝平行。
焊工号应离焊缝边缘越2in.(50mm)处。
两个焊工号之间的间距应不大于3ft.(1米)。
3.3.7如果打钢印被禁止,焊工号用记号笔写上并将其记录在焊逢识别卡上。
焊工号的位置应按3.3.1到3.3.6段的要求执行.
3.3.8对于焊接工艺评定、焊工考试的试板:
焊工号应在焊接完成后立即打在试样上。
4焊工号的记录
4.1除了P-No.1Gr.1and2外,对于在容器上的焊接,当钢板厚度小于.(5mm),或管子的称厚度小于(3.91mm),,或当有色金属板的厚度小于.(6.32mm),或当有色属管的公称厚度小于(3.37mm),或当顾客有规定焊工标识被禁止打在容器上时。
焊工标识应按3.3.7的要求执行。
4.2检验员应将焊工号记录在焊逢识别卡上。
4.3每个焊工都应在临近或平行的已完工的焊缝上用记号笔或油漆清楚地标记他的焊工号。
5其它
5.1如果临时点焊最终需熔入产品焊缝中,也应根据以上要求进行标识。
5.2如果大量的焊接出现在同一个部件上,例如管板
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