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核电技术中ASME 规范
第IX 卷1998版至2010版的对比研究
李哲，白林，王宇欣
中国核电工程有限公司 北京 100840
摘要：通过对ASME 规范第IX 卷1998版至2010版进行对比研究，分析不同版本内容的差异，尤其是常用核电焊接方法焊接变量的变化，对核电项目中焊接技术的应用具有实际指导意义。关键词：核电项目；ASME 规范；焊接工艺评定；焊接变量 1 序言
A S M E 规范在我国核电项目上应用广泛，例
如，在国内引进、消化的三代非能动核电项目AP1000中，其核岛设备的设计、制造采用的标准均为ASME 规范1998版至2000补遗（1998版+1999补遗+2000补遗）。而目前ASME 规范公开发行的最新版为2015版，实施应用的为2010版。另外，在我国自主研发设计的乏燃料运输和贮存容器设计中，设计标准也主要采用不同版本的ASME 规范。在核电焊接技术中，焊接工艺评定是焊接质量控制中最复杂、最核心的工作。因此，对于采用ASME 规范设计的项目及设备，亟需比较ASME 第IX 卷1998版[1]与2010版[2]在结构和内容上的差异，并对差异进行分析研究，以便后续相关项目的应用。
2 ASME 规范第IX 卷
ASME 第IX 卷《焊接和钎焊评定标准》规范是对焊接和钎焊工艺、焊工、钎焊工，以及焊接和钎焊机械操作工的评定标准。该规范分为两大部分：焊接评定篇（PART QW-WELDING ）和钎焊评定篇（P
ART QB-BRAZING ）。其中，“PART QW-WELDING ”分为5个章节：焊接总要求、焊接工艺评定、焊接技能评定、焊接数据及标准焊接工艺规程。在AP1000核电项目中，焊接工艺评定的制定主要参照焊接评定篇。
ASME 第IX 卷在焊接评定篇中，对所评价的每个焊接方法都列出了重要变量、附加重要变量和非重要变量。通常，焊接工艺规程（WPS ）为每个包含在特定工艺规程中的焊接方法列出了所有重要和非重要变量。如果变化1个重要变量，则要求再次评定工艺。当建造规范对于冲击性能有要求时，如附加重要变量改变也要求再次评定工艺。ASME 第IX 卷从1998版修订至2010版，既有增加的评定，也有减少的试验，同时还对不同方法的焊接重要变量及非重要变量有所修订，这些转变反映了技术上的进步和实际产品制造中的需求。从整体内容来说，ASME 第IX 卷的主要变化体现在以下4个方面。
1）换热管与管板的试验及评定（Q W-193，QW-202.6，2007版）。
2）回火焊道焊接技术的引入（QW-290，2004版）。
3）焊接变量的变化。
4）更多母材纳入了规范（QW/QB-422）。
3 ASME 规范第IX 卷版本分析
3.1 增加QW-193和QW-202.6：换热管与管板的试验及评定
ASME 从2007版起，增加了QW-193换热管与管板的试验和QW-202.6换热管与管板的评定，该部分内容原在第III 卷，目前统一列入第IX 卷。换热管与
基金项目：核电站乏燃料离堆干法贮存工程技术及关键设备研究。
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管板的试验主要包括QW-193.1工艺评定试样和QW-193.2技能评定试验。在工艺评定试样的规定中，模拟焊缝应进行外观检测、渗透检测和宏观检测，且必须满足相应的合格标准；技能评定试样是对焊工或焊机操作工的要求，在此不做详细讨论。节日圆舞曲
QW-202.6中规定，如果不明确要求按QW-193进行换热管与管板的模拟件评定试验，可通过坡口焊缝（QW-202.4）或角焊缝（QW-202.2.c ）进行评定。
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3.2 增加QW-191.2：超声波检测
在ASME 第IX 卷第一章中，ASME 2010版在对焊接的一般要求中增加超声波检测，而在2010年之前的版本，只规定了射线检测的方法和合格标准。由于射线检测和超声波检测都属于体积检测，因此在ASME 2010版中，QW-191的标题由之前的射线检测改为体积检测，并将下一级内容扩充为QW-191.1射线检测和QW-191.2超声波检测。
在对超声波检测合格标准的规定中，所有的裂纹、未熔合或未焊透不论长短都认为不合格。长度过1/8in （3mm ）的显示在以下3种情况下视为不合格。
1）如果焊缝厚度t 不超过3/8in （10mm ），则显示长度为1/8in （3mm ）。
湖南警察学院学报2）如果焊缝厚度t ＞3/8i n （10m m ），且＜21⁄4in （57mm ），则显示长度为1/3t 。（3）如果焊缝
厚度t ＞21⁄4in （57mm ），则显
示长度为3/4in （19mm ）。
超声波检测中产品焊缝上评定的焊机操作工的合格标准与射线检测相同。3.3 增加QW-290：回火焊道焊接
回火焊道是一类特殊的焊接工艺，已应用于核电站设备制造。在ASME 2010版中，增加“回火焊道焊接”的规则，但该部分规则是从2004版[3]开始新增的，见QW-290。其内容为：QW-290.1基本的评定和对已有的WPS 进行升级；QW-290.2焊接方法的限制；QW-290.3 回火焊道焊接评定的变量；QW-290.4回火焊道工艺评定的焊接变量；QW-290.5试件准备和试验；QW-290.6焊接过程中的返修焊。
QW-290.4为回火焊道工艺评定的焊接变量表，表中的焊接变量QW-410.10在ASME 2001版[4]中已有，QW-410.65为ASME 2007版[5]新增，其余焊接变
量均在ASME 2004版中增加。同时，QW-610.61、QW-410.62和QW-610.63在ASME 不同版本中还存在一些更改。
（1）QW-410.61 在ASME 2004版中，该焊接变量指从表面回火焊道的边缘到焊脚的近似距离的改变，为非重要变量。ASME 2007则规定表面回火焊道的边缘到焊脚的距离S 应限于在试件±1/16i n （
±1.5mm ）的距离上测量，或者S 的范围可以通过从焊脚开始横过回火焊道不同距离上的硬度变化或冲击试验来确定。不允许回火余高焊道接触焊缝的焊脚。此外，QW-409.29关于热输入的规定应用于回火焊道。与ASME 2004版相比，2007版对这一变量进行了测量说明和限制说明，并由之前的非重要变量调整为硬度试验和冲击试验重要变量。
（2）QW-410.63 在ASME 2004版中，此焊接变量指焊道层搭接的宽度。ASME 2007则规定邻近母材金属的每个回火焊道层的焊缝焊道，其焊道宽度b ，与原先焊道搭接相关的宽度a ，应规定于WPS 上。搭接率在25%~75%之间时不要求评定。
1）搭接率＞75%时，应使用期望的搭接率焊接一个试件进行评定。其评定的搭接率最大为评定试件的搭接率，最小为50%。
2）搭接率＜25%时，应使用期望的搭接率焊接一个试件进行评定。其评定的搭接率最小为评定试件的搭接率，最大为50%。
ASME 2007版将这一焊接变量带来的影响分成3种情况，通过搭接率的大小来决定是否进行评定，以及评定的合格标准，减少了一定的工作量。此变量在ASME 2004中为非重要变量，在ASME 2007中修改为硬度试验和冲击试验重要变量。
（3）QW-410.65 在ASME 2007中增加的QW-410.65指清理表面或除去较小表面缺陷时，打磨的增加或取消，这一焊接变量为硬度试验和冲击试验的重要变量。
3.4 3种常见焊接方法焊接变量的变化
焊条电弧焊（SMAW ）、埋弧焊（SAW ）和钨极惰性气体保护焊（GTAW ）是核电焊接中最常见的焊接方法，其焊接变量变化如下。
SMAW ：ASME-IX （2010版）相对于ASME-I X （1998版+1999补遗+2000补遗），取消两个重要变量(QW-403.7和QW-403.13)，增加一个重要变
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量（QW-410.64），增加一个补充重要/非重要变量（QW-410.9）。
SAW ：ASME-IX （2010版）相对于ASME-IX （1998版+1999补遗+2000补遗），取消两个重要变量(QW-403.7和QW-403.13)，增加一个重要变量（QW-410.64）。
GTAW ：ASME-IX （2010版）相对于ASME-I X （1998版+1999补遗+2000补遗），取消两个重要变量（QW-403.7和QW-403.13），增加一个重要变量（QW-410.64），增加一个非重要变量（QW-404.50）。
（1）QW-403.7 焊接变量QW-403.7在ASME 2007版中取消，之前版本中Q W-403.7规定，对于多道焊的SMAW 、SAW 、GTAW 和GMAW ，当评定试件为1.5in （38mm ）或更大时，覆盖的最大厚度为8in （203mm ）。对于评定试件厚度超过8in ，其覆盖的母材厚度范围T 和焊缝厚度范围t 为1.33t 。在QW-451.1的厚度覆盖范围中，其评定试件厚度的最高一档为1.5in （38mm ）或更大，规定与QW-403.7一致。
在ASME IX 2007版和2010版中，重新改写了QW-451.1，见表1。
表1 QW-451.1
焊接试件的厚度T
/in
母材评定厚度T 的范围/in 焊缝熔敷金属评定厚度t 的最大值
/in
Min.Max.T ＜1/16T 2T 2t 1/16≤T ≤3/81/162T 2t 3/8＜T ＜3/43/162T 2t 3/4≤T ＜3/2
3/16
2T
2t 当 t ＜3/4时2t 当 t ＜3/4时3/2≤T ≤6 3/168 (200)
2t 当 t ＜3/4时8 (200) 当 t ≥3/4时T ＞6
3/16 1.33T
2t 当 t ＜3/4时1.33t 当 t ≥3/4时
注：1in=25.4mm
在2007版和2010版中，评定试件增加了1.5~6in （38~150mm ），最高一档为超过6in （150mm ），其覆盖的母材厚度范围T 和焊缝厚度范围t 为1.33t 。可见，在2007版和2010版中，关于大厚度的评定试
件的母材和焊缝厚度覆盖范围在QW-451.1中进行了严格和明确的规定，从而不必保留QW-403.7。民法杨立新
（2）取消Q W-403.13 Q W-403.13在A S M E 2010版中取消，A S M E I X(1998版至2000补遗)Q W-403.13规定，从P-N o.5改为另一P-N o.5（例如P-N o.5A 到P-N o.5B 或P-N o.5C ，或相反），从P-No.9A 改为P-No.9B ，从P-No.10改为另一P-No.10（例如P-No.10A 改为P-N0.10B 或P-No.10C 等，或相反）。这是一个重要变量。
P-No.5A/5B/5C 是不同含量的Cr-Mo 耐热钢，P-No.9A/9B 是不同合金含量的低温用Ni 钢，P-No.10则很复杂，包括低合金钢(10A 、10B )、碳素钢(10C)、双相不锈钢（10H ）、高纯高Cr 第3代铁素体不锈钢（10I/10J/10H ）。
在ASME IX 2010版中，去除QW-403.13后，关于P-N0.5/9/10内的覆盖范围，需要符合QW-424的规
定，即评定试验中需要使用同样的P-No.（如同为P-No.5A ，9A ，10I 等），例如和原规定相比，不允许P-No.9B 覆盖P-No.9A 。
（3）QW-410.9 QW-410.9在ASME 2001版中增加，其内容为每一面的多道焊改为单道焊。这一变量对于经历上转变温度以上的PWHT ，或者不锈钢经历固溶热处理时不适用。
在多道焊中，焊道对与之相邻的已焊接焊道有回火作用，从而可以提高焊缝的韧性，而在单道焊中则无此作用。因此，SMAW 中增加QW-410.9是完全合理的。实际上，在ASME IX (1998版至2000补遗）中，GTAW 和SAW 都有该要求，而SMAW 缺失，可能是编辑错误。
（4）增加Q W-410.64 A S M E I X (2007版和2010版)Q W-410.64规定，对于P -N o.11A 和P-No.11B ，厚度＜5/8in （16mm ）时，如果产品制造中采用热加工制备坡口，那么工艺评定中也需要采用热加工手段。上述坡口制备，包括使用热加工进行背面清根或去除有缺陷的焊缝金属。
张博树使用热加工手段会产生焊接热影响区，可能会对后续焊接操作产生一定影响。但是为何限定材料牌号为P-No.11A 和P-No.11B ，厚度限定在5/8in （16mm ）以下，还需要继续研究。但不管原因如何，ASME IX 2010版较1998版至2000补遗在这方面增加了要求是确定无疑的。
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