核电钢结构国内外焊接工艺评定标准对比分析

【摘要】针对核电钢结构焊接工艺评定用国外标准和国内标准的差异和特点进行了对比。通过对这些标准使用特点、评定规则和试件检验等方面的分析，对核电钢结构焊接工艺评定实施过程中的重点注意事项进行了讲解。

【关键词】核电钢结构；焊接工艺评定标准；对比分析

引言

钢结构以其质轻高强、安装周期短等特点在核电建设中得到了广泛的应用，焊接作为钢结构最为常用的一种连接方式，在核电钢结构制作安装中起着非常重要的作用。因不同技术路线核电建设标准不同，导致了核电钢结构焊接工艺评定标准各异。本文通过对目前国内在建核电钢结构用焊接工艺评定标准进行对比分析认为，我国的钢结构焊接工艺评定标准与美国以及欧洲标准有很大的兼容性，在实施核电钢结构焊接工艺评定时应根据不同的标准特点选择正确的评定程序，从而为核电钢结构焊接质量提供保证。

1、对比焊接工艺评定标准简介

我国目前引进的三代核电主要是法国阿海珐集团的EPR以及美国西屋公司的AP1000堆型，其钢结构焊接工艺评定标准分别是EN288、AWSD1.1/D1.1M，因此本文主要介绍我国的钢结构焊接工艺评定标准JGJ81与EN288、AWSD1.1/D1.1M的差异性。三种焊接工艺评定标准的名称以及颁布机构如下：

JGJ81为建筑行业标准，包括总则、基本规定、材料、焊接节点构造、焊接工艺评定、焊接工艺、焊接质量检查、焊接补强与加固、焊工考试9部分内容，在编写、修订时参考了有关的国际标准。

AWSD1.1/D1.1M是由美国焊接协会（AWS）编制的美国国家标准，包括通用要求、焊接连接的设计、WPS的免除评定、评定、制作、检验、螺柱焊、现有结构的补强与修理、附录9部分内容，是一部被广泛应用的国际性经典典范。

EN288是由欧洲标准化委员会（CEN）颁布的欧洲标准，包括熔焊总则、电弧焊的焊接程序技术规范、钢材电弧焊的焊接程序试验、铝和铝合金电弧焊的焊接程序试验、利用认可的焊接耗材进行电弧焊鉴定、与经验有关的鉴定、利用电弧焊的标准焊接程序进行鉴定、利用生产前的焊接试验进行鉴定8部分内容。

2、使用特点

JGJ81中明确规定施工企业具有同等条件焊接工艺评定资料时，可不必重新进行相应项目的焊接工艺评定，即同一个施工企业的焊接工艺评定可在本企业承担的不同项目间进行应用，但若是在国内首次应用的钢材或焊材应重新进行焊接工艺评定。JGJ81中共规定了四大类级别钢材9种焊接方法的评定，标准中未规定的新材料按其化学成分、力学性能和焊接性能归入相应的级别。

在AWS规范中，把常规的、符合标准规范的钢种、焊接方法、坡口、位置、匹配焊接材料的组合进行规范化，视为已通过评定或预评定合格，施工企业使用规范化的、预评定合格的焊接工艺，可以免除或不重新进行焊接工艺评定。而对于非规范化的焊接工艺，需根据合同要求，重新实施焊接工艺评定。

在EN288中包括钢材电弧焊以及铝和铝合金评定两部分内容，除可以使用标准化的试件进行焊接程序的认可，还可以通过焊接消耗品的使用、以往的焊接经验、标准焊接程序、生产前焊接试验四种方法进行焊接程序的认可，每种方法的认可都有特定的要求。随着欧洲国际化进程，EN288标准已逐步被IS015614取代，只是在少数几个欧洲国家仍在使用。

通过以上分析可看出，三种标准规范都对成熟应用的焊接工艺作出了免除评定的规定。而JGJ81的这种免除评定明确规定了是限制在同一个施工企业内；AWS将规范化的焊接程序作为附录同标准一同，提供了一套标准的焊接程序，对焊接工艺的实施具有极大的参考意义；EN288对焊接程序的认可不仅包括标准的焊接程序，还可以通过对焊材、焊接经验、模拟试验的认可达到对焊接程序认可的目的。

3、评定规则

3.1JGJ81评定规则

JGJ81标准对评定规则进行了分条表述：主要包括以下几部分内容：

1）不同焊接方法评定结果不得相互代替；

2）Ⅰ、Ⅱ类同类别钢材中高级别钢材的评定结构可代替低级别钢材，Ⅲ、Ⅳ类同类别钢材评定结果不能相互代替，不得用单类别钢材的评定结果代替组合钢材的焊接工艺评定；

3）接头形式改变应重新进行评定，十字形评定结果可代替T形接头评定结果，全焊透或部分焊透的T形或十字形接头对接与角接组合可代替角焊缝评定结果。

4）评定厚度符合下表规定：

5）焊后热处理条件改变需重新进行评定；

6）焊接工艺参数变化不超过一定范围时可不重新评定。

3.2AWS评定规则

AWS标准评定规则中引入了基本变素以及补充基本变素的概念，基本变素指的是影响焊接接头力学性能的焊接工艺因素，当变更基本变素时需重新进行焊接工艺评定；补充基本变素指影响焊接接头补充的力学性能（冲击）焊接工艺因素。依据焊接方法可分为3大部分内容：

3.2.1 SMAW、SAW、GMAW、FCAW、GTAW基本变素

1）通用要求

通用要求中包括评定位置，母材直径及厚度、母材评定、立焊、坡口类型、衬垫及清根、预热温度、道间温度及焊后热处理改变的相关评定要求。

2）填充金属

填充金属要求中针对不同焊接方法对填充金属强度级别、焊丝-焊剂组合级别、增加或取消填充金属、冷丝及热丝、焊丝直径等基本变素的改变对评定的要求作出了规定。

3）电参数

针对不同焊接方法，对电流、电压、送丝速度、焊接速度的变化范围以及极性、恒流恒压等的改变作出了详细的规定。

4）保护气体

针对GMAW、FCAW、GTAW三种焊接方法对气体类型改变以及气体流率的改变范围作出了规定。

5）SAW参数

针对SAW焊接方法，对其参数的改变单独进行了详细规定。

3.2.2SMAW、SAW、GMAW、FCAW、GTAW补充基本变素（CVN试验）

针对SMAW、SAW、GMAW、FCAW、GTAW焊接方法，对于要求进行夏比冲击试验（CVN）的焊接工艺评定，除基本变素改变需重新评定外，对于补充基本变素改变也需重新评定，补充基本变素主要包括母材、填充金属、位置、焊后热处理、电特性以及其他变素。

3.2.3ESW/EGW基本变素

电渣焊（ESW）或气电焊（EGW）基本变素主要包括：填充金属、填充金属摆动、填充金属添加物、焊丝/填充金属直径、焊丝电流、电弧电压、焊接过程特征、送丝速度、焊接速度、焊丝保护（EGW）、焊接位置、坡口类型、焊后热处理。

3.3EN288评定规则

EN288的通过对制造商、材料、焊接程序通用规定以及特殊规定的认可范围对评定规则作出了规定。

3.3.1 制造商

由制造商得到的一个焊接工艺规程在制造商同样的技术及品质管理的条件下的车间焊接或现场中均可有效。

3.3.2 材料

1）母材金属

依据强度级别以及化学成分将母材金属分为11组，每组一种金属的评定可覆盖同组其他金属的评定，对异种金属接头的评定，标准中给出了认可范围的规定。

2）母材金属厚度及管子直径

对接焊接及T型对焊接头厚度认可范围满足下表：

对于角焊缝的认可，除满足母材厚度要求外，还应满足对焊喉的认可，即对焊喉厚度为a的角焊缝，其焊喉的认可范围为0.75a～1.5a，对10mm以上的焊喉的认可，其范围为所有10mm及以上的焊喉。

3.3.3 焊接程序通用规定

1）焊接工序

单焊道与多焊道之间不得相互代替，每个焊接工序可单独或与其他工序联合应用于某一焊接过程。

2）焊接位置

当无冲击及硬度要求时，任何一个焊接位置均可认可所有焊接位置；当即规定冲击又规定硬度要求时，在最高热输入的焊缝进行冲击试验，在最低热输入的焊缝进行硬度试验后可认可所有焊接位置。

3）接头形式

将接头形式分为板件对焊、管件对焊、T型板件对焊、角接，分别对每种接头形式的认可范围进行了规定。

4）填充金属

对填充金属分型号以及牌号两个方面的认可。当无冲击要求，以屈服强度以及抗拉强度对填充金属进行型号分类时，一种填充金属的认可可覆盖至本组其他填充金属；以化学成分对对填充金属进行型号分类时，一种填充金属的认可可覆盖与其化学成分相近的填充金属；当有冲击要求时，填充金属需按制造牌号单独进行评定。

5）电流形式

焊接生产过程中的采用的电流形式（直流、交流、脉冲电流）和极性应与评定中相同。

6）热输入

有冲击要求时，认可的热输入的上限是大于25%的焊接试件时的热输入；有硬度要求时，认可的热输入的下限是小于25%的焊接试件时的热输入。

7）热处理要求

要求预热时，评定的下限值是工艺评定试验开始前施加的预热温度；道间温度评定的上限值是工艺评定试验过程中达到的最高道间温度；不允许增加或减少焊后热处理，温度认可的范围是焊接程序试验中保持的温度±20℃。

4、试件检验规则

为判定所采用的焊接工艺是否合格，需对焊接试件进行无损及破坏性检验。

4.1无损检验

三个标准都要求对焊缝进行目视及超声或射线检验，并且给出了相应的验收准则。

4.2破坏性检验

三种标准都针对不同的焊接接头给出了破坏性检验的类型以及数量，并且给出了相应的判定标准。试验类型以及数量对比如下：

二、接头部分熔透坡口焊缝

从表格对比分析可看出，在管材、板材对接试验中，JGJ81、EN288都要求进行横向拉伸、弯曲、冲击试验，AWS中未对冲击做强制性规定；JGJ81标准与其他两个标准不同之处是还增加了T型与十字型接头的弯曲试验。

5、结论

通过以上的对比分析可看出，三种标准之间没有原则性的矛盾，且有很大的兼容性，但因不同标准的发展以及使用环境的不同，在评定规则方面有一定的差别。无论我们在核电钢结构制作中采用哪一种焊接工艺评定标准，都应该熟知标准的评定规则，再根据产品的接头形式选择合适的评定试件及焊接程序，并按检验规则进行无损及破坏性检验来对焊接程序进行验证，才能保证焊接工艺的正确性，进而保证产品的加工质量。

参考文献

[1]中华人们共和国建设部.JGJ81-2002.建筑钢结构焊接技术规程，2002年.

[2]美国焊接学会.AWS D1.1/D1.1M-2006.钢结构焊接规范（上），2005年

[3]欧洲标准委员会.EN288.金属材料焊接程序的技术规范和鉴定，1996年.