閥門堆焊焊接工藝評定的差異及思考

劉瑩

河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院洛陽分院 河南洛陽 471000

1 序言

在石油、化工、冶金和能源工業中，閥門是得到廣泛應用的流體控制設備之一。作為管道系統的重要組成部分，閥門的規格和種類很多，作用也不同。閥門的制造工藝將直接影響到管道設備的安全運行，閥門密封面堆焊在整個制造過程中是關鍵工序之一。閥門密封面堆焊就是在閥門密封位置基體材料上焊接一定厚度的金屬材料，以滿足閥門的使用性能，如耐磨性和耐蝕性，因此閥門制造的堆焊分為耐蝕堆焊和耐磨堆焊。堆焊需要編制焊接工藝文件，而焊接工藝文件最重要的就是焊接工藝規程（以下簡稱WPS），WPS的編制由焊接工藝評定報告（以下簡稱PQR）支撐。

目前，我國關于壓力管道與元件制造有關的焊接工藝評定標準、規范比較多，主要有NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》[1]、GB 50236—2011《現場設備工業管道焊接工程施工及驗收規范》[2]、GB 50369—2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》[3]、SY/T 0452—2012《石油天然氣金屬管道焊接工藝評定》[4]，SY/T 4103—2006《鋼質管道焊接及驗收》[5]、GB/T 31032—2014《鋼質管道焊接及驗收》[6]、DL/T 868—2014《焊接工藝評定規程》[7]和GB/T 22652—2019《閥門密封面堆焊工藝評定》。國內外針對閥門密封面堆焊采用的工藝評定標準大致有歐盟的EN 15614-7—2016、美國的ASME IX以及我國的NB/T 47014—2011和GB/T 22652—2019。本文基于實施堆焊的目的，主要從試樣的準備、檢驗檢測的要求和評定的覆蓋范圍幾個方面分析國內NB/T 47014—2011和GB/T 22652—2019之間的一些差異，為閥門企業同行掌握理解相應標準，順利實現堆焊工藝評定、成功完成合同訂單提供幫助。

2 堆焊工藝評定的目的和一般要求

NB/T 47014—2011和GB/T 22652—2019在一般要求中都明確了工藝評定的一般過程，工藝評定的目的是驗證施焊單位擬訂的焊接工藝是否正確，評價是否焊出符合有關要求的堆焊層，但對于工藝評定的焊工，兩個標準要求有所不同，見表1，標準都強調了使用本單位的熟練焊工，而GB/T 22652—2019明確了使用本單位設備完成。另外，GB/T 22652—2019包括耐蝕堆焊和耐磨堆焊，而NB/T 47014—2011只有耐蝕堆焊。

表1 NB/T 47014—2011和GB/T 22652—2019總要求比較

3 工藝評定覆蓋范圍的區別

焊接工藝評定的覆蓋范圍與焊接的基本變素密切相關，基本變素是焊接方法的主要參數。如果其變化超過一定的限值，就必須制定一項新的焊接工藝。在NB/T 47014—2011和GB/T 22652—2019的體系中都確定了一些基本變素，這些基本變素包括焊接方法、堆焊層厚度、母材種類及厚度、填充金屬、焊接位置、熱處理、焊接工藝措施等，它們必須寫入焊接工藝規程（WPS）中，并注明每一變量的范圍。試驗條件記錄于另一份文件——工藝評定報告（PQR）。一份PQR可能對應著一系列的WPS文件，或反之。但在GB/T 22652—2019中規定了焊條、合金粉末或焊絲要求應符合GB/T 984—2001、JB/T 4744—2006和NB/T 47044—2014，與NB/T 47014—2011不同。

（1）焊接方法 閥門密封面堆焊方法包括等離子弧堆焊、氧燃料氣堆焊、焊條電弧堆焊、鎢極氣體保護堆焊、熔化極氣體保護堆焊和埋弧堆焊等，NB/T 47014—2011包括電渣焊堆焊，無論任何工藝評定標準焊接方法都是重要變素，焊接方法改變時要重新做工藝評定。

（2）填充金屬 在堆焊焊接工藝評定標準中，NB/T 47014—2011和GB/T 22652—2019中關于所有的焊接方法共列出了變更焊劑型號、送粉速率和填充金屬體積改變等12個因素，但在NB/T 47014—2011中焊接材料沒有分類，焊條標準型號發生變化要重新評定，GB/T 22652—2019對焊接材料進行分類，變更焊條類別號要重新評定。

（3）基體材料 對基體材料分類和分組的目的是減少焊接工藝評定的數量，為此將化學成分、力學性能及焊接性能接近的鋼材歸納在同一類中，而對具有沖擊韌度要求的鐵基金屬母材，在類別號下再指定組號。這種分組是根據母材的特性，例如成分、焊接性、可釬接性和力學性能等類比來進行。這種分組并不意味著對于評定試驗中所采用某一母材可以不加區別地用別的一些母材來代替，而不從冶金性能、焊后熱處理、設計、力學性能和使用要求等觀點來考慮其適配性。NB/T 47014—2011對材料進行了分類、分組，規定改變基層材料的類別號需要重新進行焊接工藝評定， GB/T 22652—2019也根據基體材料的化學成分、力學性能和堆焊性能對基體材料進行分類、分組，規定基體材料的類別號要重新評定，并對組別號的評定規則也進行了規定。

基體材料的厚度都是重要因素，NB/T 47014—2011和GB/T 22652—2019中關于基體材料厚度的覆蓋范圍相同。

（4）焊縫試件 焊縫試件形式可以分為板狀與管狀兩種，NB/T 47014—2011和GB/T 22652—2019兩種形式都可以，見表2。兩個標準對試樣的準備要求基本一致，只是表述方式稍有不同，NB/T 47014—2011更詳細一些。

表2 試樣的準備

（5）焊接位置 焊接位置也是焊接工藝評定因素，立焊雖然電流減小，但焊接速度也降低很多，焊接熱輸入大幅增加。NB/T 47014—2011和GB/T 22652—2019中，對于堆焊工藝評定的規定是一致的，標準都規定除橫焊、立焊或仰焊位置的評定適用于平焊位置外，還可改變評定合格的焊接位置。NB/T 47014—2011針對管狀試件5G和6G的評定進行了說明，5G評定合格堆焊工藝適用于平焊、立焊和仰焊，6G評定合格堆焊工藝適用于所有焊接位置。

（6）預熱和焊后熱處理 焊后能改變焊接接頭的組織、性能或殘余應力的熱過程稱焊后熱處理。按NB/T 47014—2011規定，熱處理類別分為：不進行；低于下轉變溫度；高于上轉變溫度；先在高于上轉變溫度、再在低于下轉變溫度和在上下轉變溫度之間等。

NB/T 47014—2011規定預熱溫度比評定值降低50℃以上，最高層間溫度比評定記錄值高時，需重新評定焊接工藝；改變焊后熱處理類別，或在焊后熱處理溫度下的總時間增加超過評定值的25%時，需重新評定焊接工藝。

GB/T 2265—2019中將熱處理類別分為兩類：不進行和低于下轉變溫度。GB/T 2265—2019規定預熱溫度比評定值降低50℃以上、最高層間溫度比評定記錄值高250℃以上時，需重新評定焊接工藝；改變焊后熱處理類別，或在焊后熱處理溫度下的總時間增加超過評定值的25%時，需重新評定焊接工藝。GB/T 2265—2019對焊后熱處理要求進行規定，并對低于下轉變溫度熱處理的保溫時間提出了要求。

（7）保護氣體 在NB/T 47014—2011和GB/T22652—2019中對于等離子弧堆焊和氣體保護焊堆焊規定，當變更保護氣體種類、流量，變更混合保護氣體配比，以及取消保護氣體時，都需要重新評定。

（8）焊接電特性和焊接工藝措施 兩個標準中焊接的電特性要素相同，主要包括變更電流的種類或極性，堆焊首層時，熱輸入量或單位長度焊道內熔敷金屬的體積增加超過評定值的10%，對于等離子弧焊還有電流改變10%、電壓改變10%、功率改變10%，以及對于焊條電弧焊電流增加10%等要素的變化時，均需重新評定。

兩個標準中焊接的工藝措施要素相同，主要包括多層堆焊變更為單層堆焊、取消焊接熔池磁場控制、變更同一熔池的電極數量、增加或取消電極擺動，對于等離子弧焊還有擺動改變10%、電弧類型改變和電弧噴嘴直徑改變等8個要素的變化，均需重新評定。

4 焊接工藝評定試驗

試驗的目的是用來評估焊接工藝的影響、母材和填充金屬的相容性。堆焊工藝評定中使用的常規的試驗有：外觀檢查、滲透檢測、硬度檢測、化學成分分析及彎曲試驗等。焊接工藝評定試驗項目和方法原則上應完全按照焊接工藝評定標準，不得任意增減試驗項目，也不得任意改變試驗方法，否則就失去了焊接工藝評定的合法性和合理性，NB/T 47014—2011和GB/T 22652—2019規定的評定試驗方法和評定的合格判據區別見表3。從檢測的要求看，兩個標準的要求有所不同。在實際應用中，各標準相應的試驗方法和工藝都有一定細微的差異，這里不展開論述。

表3 評定試驗方法和評定的合格判據區別

5 結束語

壓力管道的焊接工藝評定標準執行NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》，而壓力管道閥門卻執行專用的GB/T 22652—2019《閥門密封面堆焊工藝評定》，二者主要不同體現在如下幾個方面。

1）NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》中堆焊工藝評定明確的是耐蝕堆焊，GB/T 22652—2019《閥門密封面堆焊工藝評定》明確堆焊是耐磨、耐蝕和沖蝕，或者都有，因此采用哪個工藝評定標準應根據設計文件來定。

2）兩個標準適用的焊接方法基本相同，NB/T 47014—2011有電渣焊焊接方法，但焊接方法的覆蓋規則基本一致，但對厚度覆蓋、位置覆蓋和重要變素的規定略有不同

3）兩個標準在工藝評定的試樣、檢驗檢測類型和取樣位置規定上略有不同，NB/T 47014—2011中描述的取樣規定比較詳細，檢驗主要包括滲透檢測、化學成分分析和彎曲試驗等，但GB/T 22652—2019中描述的試樣取樣規定比較簡單，檢驗主要包括外觀檢查、滲透檢測、硬度檢測和化學成分分析等，建議應根據堆焊的目的來決定檢驗要求。