ASME规范中WPS和PQR的编制

刘思贤

中国化学工程集团公司第十一建设有限公司 河南开封 475002

ASME规范中WPS和PQR的编制

刘思贤

中国化学工程集团公司第十一建设有限公司 河南开封 475002

结合ASME第Ⅸ卷，从WPS和PQR的基本定义出发，论述了WPS和PQR的编制原则，探讨了WPS和PQR之间的关系。

ASME WPS PQR

1 前言

焊接工艺评定是机械安装工程施工中焊接的指导性文件，没有焊接工艺评定任何焊接都可以认为是不可以接受的。但是怎么样根据ASME规范来制定焊接工艺评定呢？笔者根据自己的实际工作经验，结合ASME规范第Ⅸ卷对WPS的编制过程进行了总结和归纳。

2 焊接工艺评定

2.1 焊接工艺规程（WPS）

焊接工艺规程（WPS）是为制造符合规范要求的产品焊缝而提供指导的、经过评定的焊接工艺文件。制造者或承包者采用的任一WPS，应是他们按ASME第Ⅸ卷第Ⅱ章规章规定进行过评定的WPS，或是按照ASME第Ⅸ卷第Ⅴ章规定采用附录E所列AWS标准焊接工艺规程（SWPS）。

一份完整的WPS应述及在WPS中所采用的对每一种焊接方法而言的所有重要变素、非重要变素和当需要时的附加重要变素，以及支持此WPS的PQR文件。

重要变素是指当改变这种变素时,焊件的力学性能就要受到影响，因此需要WPS重新评定。非重要变素是指当改变这种变素时，WPS无需作重新评定。ASME规范第Ⅸ卷中章节QW-250对各种焊接方式的重要变素、附加重要变素以及非重要变素作了详细的表述。

2.2 工艺评定记录（PQR）

工艺评定记录（PQR）是试件焊接时所用焊接数据的记录。PQR是焊接试件时记载焊接变素的记录，它同时记有试样的试验结果。记载下来的变素一般应在实际焊接生产所用变素的窄小范围之内。

一份完整的PQR应包含多项内容，对每一种焊接方法，应记载下用于试件焊接时的全部重要变素和当需要时的附加重要变素。试件焊接时的非重要变素和其它变素记载与否，视制造者或承包商的选择而定。所有被记载下来的变素，都应当是用于试件焊接的实际变素（包括变素范围）。除此之外，PQR的支持资料中还要包括试件的无损检测和机械性能实验的报告，以及母材、焊材和焊工的证明材料等。

制造者或承包者要对PQR进行确认，这项工作不允许转包给别人去做。除特殊情况外，一般PQR是不允许更改的，但对PQR进行编辑上的更改和补充则是允许的。制造商与承包商对PQR的所有变更都要进行再鉴证（包括日期）。由于PQR是支持WPS的文件，它应能被随时提供授权检验师（AI）查阅。一件WPS可能要求多件PQR支持。反之，一件PQR也可能支持多件WPS。

2.3 焊接工艺评定的范围

施焊下列各类焊缝的焊接工艺必须根据ASME第Ⅷ卷规定进行焊接工艺评定：受压件之间的焊接；非受压的承载零件与受压件之间的焊接；非受压和非承载的零件与受压件之间的焊接方法采用手工、机械或半自动者。

2.4 焊接工艺评定试验项目

焊接工艺评定试验的具体项目包括：焊缝外观检测，拉伸试验，导向弯曲试验，缺口韧性试验，射线透照检测，渗透检测等。

2.5 试件厚度与焊件厚度

进行坡口焊缝拉伸试验和横向弯曲试验的试件厚度与焊件厚度的范围要求见表1（ASME第Ⅸ卷QW-451.1）。

进行坡口焊缝拉伸试验和纵向弯曲试验的试件厚度与焊件厚度的范围要求见表2（ASME第Ⅸ卷QW-451.2）。

2.6 材料的分组

对母材指定P-No.是为了减少焊接工艺评定的数量，而对于具有规定冲击试验要求的铁基金属材料，在P-No.下再指定组号。这种分组主要是根据母材的特性，例如成分、焊接性和力学性能等进行类比来进行。在实际应用中要从冶金性能、焊后热处理、设计、力学性能和使用要求等观点来考虑其适配性。

表1 坡口焊缝拉伸试验和横向弯曲试验

表2 坡口焊缝拉伸试验和纵向弯曲试验

根据ASME第Ⅸ卷QW-420,将材料按表3所示进行了分组。

表3 材料的分组

2.7 WPS和PQR的格式及填写

ASME第Ⅸ卷非强制性附录B焊接和钎焊附表中QW-482及QW-483分别给出了WPS和PQR的推荐格式，但是WPS和PQR没有固定的格式，只要ASME第Ⅸ卷中QW-250中所要求的每一个重要变素、非重要变素和当需要时的附加重要变素都被包括无遗或被提及即可。

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根据试验的过程及结果填写WPS和PQR。

3 产品焊接工艺的编制

焊接工艺是承压设备焊接的规定性工艺文件，带有一定的强制性，其一般要求是：

（1）正确性：焊接工艺的正确性是指焊接工艺本身的各项要求，如坡口形式及尺寸、焊接方法选用、焊材选择、焊接顺序、焊接工艺参数、预热温度、焊后消氢、焊后热处理、工艺装备、操作要点等，均应符合焊接的基本规则，符合工厂的生产实际；

（2）完整性：焊接工艺的完整性有两层含义，一是对某一产品而言，应包含受压元件之间的焊缝，以及与受压元件相焊的焊缝均应制定焊接工艺，否则就认为不完整。另一含义是对某一工艺卡而言，对某个节点所需的焊接工艺参数、施焊要点、工艺装备等均应列出；

（3）有效性：焊接工艺有效性，就是能够指导焊接施工，在施焊过程中得到贯彻。

3.1 焊接坡口的确定

（1）焊接坡口包括坡口形式和尺寸。通常坡口形式有V型、U型等；

（2）坡口尺寸包括坡口角度、钝边、根部间隙。设计焊接坡口的类型必须符合产品设计的有关标准规范，还要考虑母材的厚度、焊接特性、结构的刚性、焊接应力、焊接方法的特点及其熔深。对于奥氏体不锈钢的焊接，还要注意坡口形式和尺寸对抗腐蚀性能的影响。

3.2 填充金属的选用

填充金属的选用原则：应根据母材的化学成分、力学性能、焊接性能，并结合压力容器的结构特点、使用条件及焊接方法综合考虑选用填充金属,必要时通过试验确定。填充金属的性能应高于或等于相应母材标准规定值的下限或满足图样规定的技术条件要求。

3.3 焊前预热

（2）不同钢号相焊时，预热温度按预热温度较高的钢号选取。

3.4 焊接参数

影响材料焊接工艺性的主要参数有：焊接电流、焊接电压及焊接速度等，它们对焊接过程的稳定性、稀释率、焊道形状和熔敷效率、焊缝化学成分及组织的稳定性有直接影响。

焊接电流增大时（其他条件不变）,焊缝的熔深和余高均增大，熔宽没多大变化（或略为增大）。这是因为：

（1）电流增大后，工件上的电弧力和热输入均增大，热源位置下移，熔深增大。熔深与焊接电流近于成正比关系；

（2）电流增大后，焊丝熔化量近于成比例地增多，由于熔宽近于不变，所以余高增大；

（3）电流增大后，弧柱直径增大，但是电弧潜入工件的深度增大，电弧斑点移动范围受到限制，因而熔宽近于不变。焊缝成形系数则由于熔深增大而减少。熔合比亦有所增大；

（4）在其他条件不变的条件下，增加电流即增加了热输入量，从而使熔深增加。在焊缝中心晶粒因缓冷而形成粗大的柱状晶，降低了焊缝金属的塑性，并因晶粒粗大导致焊缝金属的韧性降低，强度也随之降低，同时伴随着一些合金元素的烧损，飞溅大，使得焊缝易出现焊接缺陷，例如烧穿、咬边。焊接电流过小，电弧不稳定，容易造成一些焊接缺陷，例如未焊透、未熔合、夹渣，且降低生产效率；

（5）电弧电压随弧长而异。电弧电压增大后，电弧功率加大，工件热输入有所增大；同时弧长拉长，分布半径增大，因此熔深略为减少而熔宽增大。余高减少，这是因为熔宽增大，焊丝熔化量却稍有减少所致。母材的熔合比亦有所增大；

（6）焊接电压对熔深、外表成形及母材稀释率的影响也很大。当其他条件不变时，增加焊接电压而热输入量增加，这增加母材的稀释率。但当电压过高时，焊接电流值不能保证，电弧失去稳定，溅渣量激增，同时会造成空气入侵，这时会形成夹渣等缺陷；电压过低，焊丝存在粘连母材现象，且焊接过程变得很不稳定，易产生焊瘤。一般情况下应控制弧长不超过焊条直径；

（7）焊接速度提高时热输入量减少，使熔深、熔宽有所降低，余高也减少。焊速太快，会造成咬边、未熔合；焊速太慢，会造成漫溢；

（8）焊接速度的高低是焊接生产率高低的重要指标之一。从提高焊接生产率考虑，措施之一是提高焊速。要保证给定的焊缝尺寸，则在提高焊接速度时要相应地提高焊接电流和焊接电压，这三个量是相互联系的；

（9）大功率电弧高速焊时，强大的电弧力把熔池金属猛烈地排到尾部，并在那里迅速凝固，熔池金属没有均匀分布在整个焊缝宽度上，形成咬边。这种现象限制了焊速的提高。采用双丝焊或多弧焊可进一步提高焊速，并可防止上述现象的产生。

3.5 焊后热处理

（1）受压容器及其部件，根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束程度、容器使用条件，当符合ASME C分卷的有关篇中要求进行焊后热处理者，应当按UW-40的规定进行焊后热处理；

（2）不同钢号相焊时，焊后热处理规范应按焊后热处理温度要求较高的钢号执行，但温度不应超过两者中任一钢号的下临界点。非受压元件与受压元件相焊时,应按受压元件的焊后热处理规范。

（3）焊后热处理温度以在焊件上直接测量为准，在整个热处理过程中应当连续记录。

4 WPS和PQR之间先后关系的探讨

WPS是ASME规范产品焊接工艺的规定，在制作ASME规范产品时，WPS必须分发到施工现场，提供给有资格的焊工，指导他们按ASME规范的要求施焊，制作出满足ASME规范要求的焊接接头。PQR是按某一WPS焊制工艺评定试板以及继后的力学性能试验结果的实况记录。PQR不与焊工见面，但它记录了试验实况与结果，证实了按某一WPS施焊能够得到是否具备预期力学性能的焊件。由此可见，如果WPS没有PQR的支持，焊接接头的力学性能就没有保证，而没有PQR支持的WPS绝不可用于ASME规范产品的焊接。所以在ASME体系中，WPS与PQR密切相关，相辅相成，是不可分割的两部分。只有当二者有机地结合在一起时，才能有效保证规范产品的焊接质量。

在实际的工作中，笔者根据自己的实际工作经验对WPS和PQR产生的先后关系进行了总结，主要由两种情况：

（1）先有WPS后有PQR。即首先按照规范编制WPS，然后通过PQR来验证WPS的正确性；

综上所述，不能简单地说先有WPS还是先有PQR，而应具体情况具体对待。此外，无论是按程序1或2得到的WPS中均可根据产品的实际情况，对诸如坡口、位置等非重要参数加以修改。

1 ASME第Ⅸ卷，中国石化出版社，2007版.

2 颜京民.《ASME规范产品焊接评定中五个值得注意的问题》，压力容器，第8卷第5期.

3 姚钦.《ASME规范的焊接工艺评定在我国的应用探讨》，机械工人，2006年第5期.

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1672-9323（2011）06-0049-03

2011-09-11）