焊接工艺评定标准DL/T868与NB/T47014在超临界电站锅炉安装过程中转化分析

　　焊接工艺评定是为了验证所制定的焊接工艺正确性而实行的试验及评价过程, 为了解电力行业执行标准DL/T868-2014转化为符合NB/T47014-2011的焊接工艺评定可行性, 本文对焊接工艺评定内容的差异进行了简要概述及分析[1-2]。

　　超临界电站锅炉的安装过程中, 对于焊接方面, 绝大多数的焊接接头为同种钢材等厚对接接头, 一般超临界电站锅炉常用的材料有15CrMoG、P12、12Cr1MoVG、T23、T/P91、T/P92、Super304H、HR3C、TP347H等, 焊接方法主要为焊条电弧焊SMAW和钨极氩弧焊GTAW。因此根据上述情况, 针对两个标准在超临界电站锅炉安装过程中, 对焊接工艺评定内容上的差异进行比较与分析。

　　1 焊接方法评定因素

　　对于焊接方法的焊接工艺评定因素, NB/T47014与DL/T868都将评定因素分为重要因素、补加因素 (附加重要因素) 以及次要因素三类, 但是在评级上存在区别, 从而影响焊接工艺评定的结果。因此为探究此差异对标准转化过程的影响, 表1列举了两个标准在相同评定因素下的不同评级。

　　不同的评级定义, 在转化过程中会出现不同的评定要求。例如, 当取消背面保护气时, 根据NB/T47014标准, 钨极氩弧焊定义为次要因素, 而DL/T868中为重要因素, 在改变此因素下, NB/T47014无需重新制定焊接工艺, 而DL/T868需要重新评定。综合分析表1可以发现DL/T868相比于NB/T47014在评定因素的评级方面要求更加严格。由此, 对于相同的评定因素, 焊接工艺评定由DL/T868转化为NB/T47014时, 不需要其他处理。两个标准还存在互不相同的评定因素, 如表2所示。由于次要因素对评定结果影响较小, 表2中主要列举了重要因素及补充因素。

　　综合表1和表2可以发现两个标准在接头形式、预热与后热、填充金属、保护气体、技术措施等方面评级区别不大。而比较两个标准中, 焊接位置为区别最大的因素。根据DL/T868进行焊件工艺评定时, 焊接位置的替代原则有着详细的规定, 管件对接焊缝6G的适用范围最大, 适用于管件焊缝对接位置1G、2G、5G, 而管件对接焊缝1G或2G或5G的情况下只能适用于管件对接焊缝1G及自身位置, 而NB/T47014主要为次要因素及部分为补加因素。由此, 焊接工艺评定由DL/T868转化为NB/T47014时, 只需考虑表2中评定因素改变而增加的冲击试验。

　　2 焊接工艺代替原则

　　2.1 材料

　　根据材料的化学成分、金相组织、力学性能以及焊接性能, 两个标准对焊接材料都存在自身的分类方式。DL/T868将电站常用钢材分为A、B、C三个类别, 每个类别又细分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个级别。NB/T47014由于针对承压设备所制定, 材料的分类不仅存在钢材, 而且拓展到了铝、钛、铜、镍等金属材料, 并且将承压设备用的母材分类为“元素+类别数+组别数”的形式。表3为两个标准对超临界电站锅炉常用钢材的分类。

　　注:*为当经高于上转变温度的焊后热处理或奥氏体母材焊后经固溶处理时不作为补加因素。

　　表4 材料互替原则

　　可以看出, DL/T868针对铁基材料, 分为碳素钢和普通合金钢 (A类) 、热强钢 (B类) 和不锈钢 (C类) , 每一类又单独分为3个组别, 而NB/T47014对钢材的分类较详细。针对标准中没有列入的钢材 (包括国外钢材) , 两个标准均规定根据相似性原则进行归类, 无法归入某一类别的应当按金属代号分别评定。

　　在当重要因素及补加因素不变的情况下, 焊接工艺评定可以根据材料替代原则而适用于不同材料。而两个标准在替代原则上也存在差异, 如表4所示。由于材料分类方式与替代原则的不同, 材料的替代性存在差别。分析表3及表4可以发现, 当15Cr Mo G的钢材在焊接工艺评定合格时, DL/T868规定此焊接工艺评定可以适用于B-I中的12Cr1Mo VG、12Cr Mo G等钢材。而NB/T47014中规定, 15Cr Mo G为Fe-4-1类, 根据替代原则只适用于同类别同组别间, 所以并不适用于12Cr1MoVG (Fe-4-2) 、12Cr1MoV (Fe-4-2) 等钢材。针对上述情况, 电厂在标准转化过程中应注意材料分类及替代原则上的差异, 避免所制定的焊接工艺评定不能覆盖超临界电站锅炉用钢材料的焊接。

　　2.2 对接焊件/焊缝厚度适用范围

　　在厚度适用方面, 两个标准在对接焊件试件适用厚度的规定也存在不同。NB/T47014在试件母材厚度及焊缝金属厚度的取值范围规定就与DL/T868存在差别, 而且适用焊件厚度及焊缝金属厚度范围的上下限规定也不同。表5归纳了两个标准在厚度适用范围上的差异。

　　对于超临界电站锅炉的安装过程, 除特殊的结构外, 如管板角接头, 焊接技术一般要求为全焊透, 则试件母材厚度与试件焊缝金属厚度相等。对表5进行厚度适用范围差异分析可以发现, 当试件母材厚度在0～40mm范围内, NB/T47014标准适用于焊件母材的厚度以及焊件焊缝金属厚度能够完全覆盖DL/T868标准;当试件母材厚度在≥40mm范围内, NB/T47014标准在最大值上存在一定的限制, 而DL/T868并无限制, 则在转化过程中需要注意厚度最大值是否超过NB/T47014的适用范围;而规定要求冲击试验时, NB/T47014中规定的焊件母材厚度最小值变大, 适用范围变小, 此时需要注意DL/T868转化过程中最小值超限问题。

　　两个标准还存在各自不同的规定, 如:当返修焊、补焊试件母材厚度>38mm时, NB/T47014对焊件母材厚度适用范围进行了规定, 而对于小于的情况未做明确规定, DL/T868则未有涉及;当对管状对接接头进行评定时, NB/T47014对焊件管子直径的适用范围无限制, 而DL/T868进行了详细规定:试件管子外径D≤60mm且采用氩弧焊时适用的焊件管径不限, 其他情况适用的焊件管径的适用范围为≥D/2。

　　综合分析, 焊接工艺评定由DL/T868转化为NB/T47014时, 需要注意当试件母材厚度在≥40mm范围内最大值以及要求冲击试验时最小值的厚度适用范围超限问题, 而对于管径无限制。

　　3 焊接工艺评定试验

　　在检验项目方面, 两个标准都涉及到外观检测、无损检测、力学性能及弯曲试验, 但DL/T868在以此规定以外还包含了硬度检验 (有热处理要求时) 、焊缝断面微观金相试验 (B类钢、C类钢) 和晶间腐蚀试验/δ铁素体含量测定 (有腐蚀倾向环境部件的C类钢) 。

　　在无损检测方面, 焊接工艺评定过程中两个标准采用的检测标准也存在差异。

　　超临界电站锅炉的安装焊接一般为管状试件对接焊接, 两个标准执行的检测标准完全不同, 则在标准转化过程中存在无损检验技术要求及评判结果不一致的情况。

　　在力学性能试验和弯曲试验方面, 在不考虑采用整管拉伸、横向弯曲时, 两个标准对于取样数量的规定也存在一定的差异。

　　当整管拉伸代替剖管的两个试样时, NB/T47014对管径没有限制, 而DL/T868限制为管径≤76mm。可以看出, 两个标准对于力学性能试验和弯曲试验取样数量的规定差别不大, DL/T868的要求相对较高, 特别是对冲击试验由焊缝和热影响区各3个试样提高到各5个试样, 去掉最小及最小值, 所以基本不影响转化过程。

　　两个标准关于拉伸试件的尺寸规定存在差异, 特别是试件受拉伸平行侧面宽度以及长度。在标准转化过程中, 在50mm

　　两个标准对于试样厚度、试样长度、弯心直径、支撑距离和弯曲角度的规定一样, 但是对于试样宽度的规定却各不相同, 则所制定的试样形状存在差异, 测试结果不一致, 转化较难。

　　对于冲击试验方面的规定, 除了在取样位置存在差别, 试样形式、尺寸及方法都根据GB/T229的规定进行。两者主要差别为检验对象方面, DL/T868规定A-Ⅲ、B-Ⅲ类以及标准中表2的II-4～II-8类钢需要进行;而NB/T47014规定是按《锅规》规定进行, 即A级锅炉锅筒、合金钢材料集箱类部件和管道, 如果双面焊壁厚大于或者等于12mm (单面焊壁厚大于或者等于16mm) 应当做焊缝熔敷金属及热影响区夏比V型缺口室温冲击试验[3]。可以看出, NB/T47014对大径管要求严格, 而DL/T868对高组别钢材要求严格。而且经现场监检发现, 针对管道和集箱类部件而言, 大多数超临界电站锅炉安装单位按照DL/T868进行焊接工艺评定时, 基本未按照《锅规》要求进行冲击试验, 所以转化时需要增补, 例如:15CrMoG、12Cr1MoVG、T/P22或T23等材质的管道。

　　对于检验项目评定合格指标方面, 两个标准对于钢材拉伸试验和弯曲试验的评定标准相同。对于冲击试验, 均规定平均值应符合相关设计文件或相关技术文件的规定, 至多允许1个试样冲击功低于规定值但不得低于70%。但DL/T868补充规定了9%～12%Cr马氏体型耐热钢的冲击吸收能量不得小于41J, NB/T47014则针对不同类别材料额外规定了冲击功最低值。

　　综合比较焊接工艺评定的评定试验方面, DL/T868与NB/T47014存在较多差异, 虽然主要的检验项目一致, 但在无损检测执行标准, 力学性能、弯曲试验的试样尺寸、试样宽度等方面的规定以及要求冲击试验的试样材质的规定都存在较大区别, 所以转化较为困难, 推荐据NB/T47014重新进行试验。