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摘要：对比分析了ASME-Ⅸ《悍接和钎焊评定》与RCC-M S篇对焊条电弧焊焊接工艺的重要变量和非重要变量方面．特别是关于焊接电流的要求，并通过实例提供了核电站中一些焊接工艺的非重要变量控制的经验。
关键词：焊接工艺：重要变量；非重要变量
引言：
焊接是核电站建造中的重要技术，它是一种特殊工艺，其显著特征就是最终产品不能仅通过对成品的检查来确定产品的质量。焊接接头的形成是一个复杂的金属熔炼过程，焊缝的性能(强度、韧性等)不是焊后无损检验能够检查的，要获得符合设计要求的焊缝质量需要有效地控制整个焊接全部过程的各个影响因素。
确保核安全是核电站建造过程中的第一要求，强制执行的核质保体系要求对于核电站中焊接结构的生产任何人都可提出质疑，如果生产者没有提供说明其质量合格的足够证明文件，都可以对产品的最终质量提出疑问，进而否定最终产品的质量。
1焊接工艺中的重要变量和非重要变量
焊接工艺是决定产品焊接质量的最关键因素。焊接工艺的取得必须进行焊接工艺评定，产品焊接过程中各项工艺参数控制必须在焊接工艺评定的覆盖范围内。
APl000先进压水堆核电大规模采用ASME(美国ASME锅炉及压力容器规范，以下简称ASME)标准，国内二代改进型压水堆核电站中应用的建造规范是RCC-M(法国压水堆核岛机械设备设计和建造规则，以下简称RCC-M)。ASME第Ⅸ卷为每个包含在特定工艺规程中的焊接方法都列出了重要变量、附加重要变量和非重要变量，如果变化一个重要变量，则要求再次评定焊接工艺。焊接工艺规程中必须给出重要变量和非重要变量，当对冲击性能有要求时，还应给出附加重要变量，如果附加重要变量变为重要变量，其改变也要求再次评定工艺。而RCC-M S篇焊接规范是按照焊接对象的不同进行编写(如$3200是碳钢和低合金钢，$3300是奥氏体不锈钢)，变量类型也没有重要和非重要的区分。可以理解，RCC-M规范中有要求的都是重要变量。ASME第Ⅸ卷(2004版)与RCC-M规范(2007版)对这些变量要求的对比。从对比中可以看出：RCC-M的焊接工艺评定中需要控制的重要变量(改变该变量的有效范围会影响工艺评定的有效性)要比ASME多。从某种意义上来说，按RCC-M进行工艺评定对于焊接工艺的控制更为严格。另一方面，ASME的某些规定更为合理，例如使用线能量作为能量参数而不是电流等。
2 ASME中焊接电流作为非重要变量对焊接质量控制的影响
关于如何确定焊接工艺评定中焊接电流的有效范围，在理论和实践中一直存在争议，有必要结合ASME和RCC-M的相关规定进行进一步说明。ASME使用线能量作为能量的补充重要变量参数，电流是非重要变量。而RCC-M从2005版起引入了线能量控制，并仍将电流作为重要变量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆RCC-M规范带有很强的堆型特性，其焊接工艺评定规范反映了法国在进行其堆型建造中的实践。根据法国核电建设实践，其规范中确定对于SMAW方法除低合金钢需要控制线能量外，其他需要在焊接工艺评定指导书中规定的电流范围内选取电流值进行工艺评定，合格后则该电流范围为有效覆盖范围。
ASME将电流作为非重要变量时，焊接工艺评定的电流有效范围是根据预WPS(焊接工艺规程，简称WPS)的规定而定，焊接工艺评定试验只需要一个验证电流，焊接工艺评定报告就可以确定预WPS中的所有电流；但对于有冲击性能要求时，焊接工艺评定报告最高电流不能超过焊接试验记录的最高值。
对ASME而言，预WPS的数据是如何来的，ASME专家的答复是在预WPS确定前厂家已做了大量的试验，有试验数据支持。此外，从ASME第Ⅸ卷认可的标准焊接工艺规程(SWPS)ANS／AWSB2．1—1—026—94可看出，其焊接电流与焊条直径适用的范围基本一致，其确定的依据也是大量PQR(焊接工艺评定，以下简称PQR)的结果。在AWSD1．1／D1．1M：2008中免除评定的WPS要求中对于电流规定：在填充金属制造商推荐的操作范围内。两个规范在不考虑焊接线能量时，控制焊接电流范围的方法是一致的，均基于前期大量试验的结果。从大趋势而言，ASME中的焊接线能量是重要变量，ASME会更加实用，更加灵活。
3非重要变量对焊接质量的影响
3.1焊接层数对焊接质量的影响
在焊接过程中，监理人员发现，产品焊接的层数与焊接工艺评定的层数不一样，焊接工艺评定的层数为13—14层，而产品焊接的层数为7—8层，主要原因是：焊接工艺评定时，施工单位为获得良好的评定结果，选用小电流，因此层数多；而产品焊接时，工人为了追求效率，采用大电流，因此层数少。由于监理的质疑得不到完美的答复，最终总包方、监理、设计方开会决定对内环板套筒的焊接做一个额外的整体拉伸试验。试验结果是断裂在母材上，从而证明了焊缝的强度满足设计要求。因为产品是对接焊缝，因此总包方、监理、设计方开会决定补做一个见证件并进行力学性能试验，最终结果是焊接工艺评定的抗拉强度为570MPa，产品见证件的抗拉强度为560MPa，虽然有所下降，但大于设计强度520MPa的要求，两者区别不大。
3.2焊接顺序对焊接质量的影响
核电反应堆厂房环形吊车钢牛腿(以下简称“牛腿”)位于安全壳第11段钢衬里上，每个牛腿由厚度为6—20mm、25mm、30mm、50mm、60mm的20HR钢板和直径为25mm、32mm、40mm的Ⅲ级螺纹钢筋焊接而成，36个牛腿结构完全相同。根据焊接工艺评定、焊接工艺卡、施工方案的要求，焊接时先焊一面的1道焊缝，再焊另一面的第1道焊缝，然后依次两面交替焊接。实际产品焊接中，该焊缝基本上是在整个构件快完成时才焊，为了保证焊工焊接位置可达，牛腿构件必须翻转180°，单个牛腿约重2．47t，翻转困难，因此焊工是焊完一面的全部焊缝，再翻转180°焊完另一面的全部焊缝，这样与焊接工艺评定、焊接工艺卡、施工方案的要求产生了差异。最终由管理方、监理、设计方开会决定做一个见证件对比试验，对比试验力学性能结果与两面交替焊接相差不大，但焊接过程中须做好焊接变形控制。
3.3焊接热影响区对焊接质量的影响
由于焊接热影响区的残余应力、晶体结构不明确，对焊缝最终质量的影响也不明确。一般认为多次在同一部位施焊导致母材热影响区的热应变脆化，对结构安全有不利影响；对于奥氏体不锈钢增加了在敏化温度区的停留时间，对晶间腐蚀产生不利影响。一般情况下，在热影响区进行补焊或返修时，应先做补焊工艺评定。在无补焊工艺评定的情况下，设备制造中遇到焊缝返修时，焊缝返修前需先采用机械方法将焊缝热影响区清除干净，再进行焊接。但实际的焊接生产中总是有一些焊接热影响区去除不干净或无法去除的情况。这就需要具体情况具体分析，对于大厚度构件和不锈钢构件来说应慎重考虑。
结束语：
焊接是核设备和核电站的建造过程中一个重要的建造技术，焊接的质量控制涉及到产品最终质量和安全，作为一种特种工艺，规范和标准不一定囊括了现场生产的全部情况，对于焊接工艺中的非重要变量的控制，一般情况下是可以不予考虑的，但对于重要构件如果超出了各类人员特别是设计人员的控制范围，通常情况下，可以要求生产单位在相同条件下做见证件，以见证件试验的数据来说明产品的质量。
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论文作者:张勇斌,于德水
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/5/15
标签：变量论文; 焊接工艺论文; 电流论文; 核电站论文; 质量论文; 产品论文; 能量论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;