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国际标准ISO 15614-1:2017打包认可及自动覆盖ASME IX的思考 压力容器 [复制链接]

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国际标准ISO 15614-1:2017打包认可及自动覆盖ASME IX的思考 压力容器

这篇文章写了很久,在别的帖子里面也提到要写论文,终于正式发表了,不忘初心,分享在这里供大家一起探讨。


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只看该作者 沙发  发表于: 08-27



国际标准ISO 15614-1:2017打包认可及自动覆盖ASME IX的思考
段凯扬 张帅
利丰海洋工程天津有限公司,天津市经济技术开发区汉沽现代产业园区嵩山路29号 邮编300480
摘要:
分析新版标准变化的原因, 通过分析对比各种标准和国外专业学会TWI、AWS资料,进行了ISO 15614-1与ASME IX的对比,和AWS B2.1与ASME IX对比,结果发现作为通用型焊接评定标准无论是ISO15614-1还是AWS B2.1,都比专用型标准ASME IX更严格,覆盖面更广。结论:打包认可是基于外因,即国际化、全球化焊接标准体系的潮流发展;自动覆盖基于内因,即专用型焊接评定标准不如通用型标准规定严格。国内对于ASME IX的标准的认识应该更新,并大力发展通用型标准。

关键词:欧洲焊接标准、焊接工艺评定、焊接标准体系、专用型焊接评定标准、通用型焊接评定标准;

Think about Europe’s welding standard ISO 15614-1:2017 harmonies and designed lower level ASME IX
-Follow up and understand the international welding standards new situation
Kaiyang Duan
Richform Engineers & Constructors (Tianjin) LTD. No.29 Songshan Road, Modern Industry Park, Hangu, Tianjin, P. R. China 300480
Abstract:
•    This article analysis the conclusion of ISO 15614-1:2017 harmonies the ASME IX and ASME IX lower grade is more international and extent the greater ranges of qualification is a direction, and due to less restrictive, the ASME IX was designated lower grade than Europe standard ISO 15614-1 and American standard AWS B2.1.
•    We designation the CODE/Standards like ISO 15614-1 and AWS B2.1 are general type welding qualify CODE/Standard, and ASME IX 、AWS D1.1 as special type;
•    China becomes world’s factory quickly; at the same time, soft power still have a gap with developed country. A sign that show Chinese welding CODE/standard system less professional is the general type one size for all still pending; there isn’t a Chinese welding CODE/standard can through various industries. If this system set up was done, it can go through everywhere, then one size for all will lead to resources integration; it will be better for China’s welding industry up grade.

Keyword:Europe’s welding standard、welding procedure qualification、off shore、welding standards system、Special type、General type;

概况:
ISO 15614-1:2017对ASME IX认可的意义
新版ISO 15614-1:2017 金属材料焊接工艺规程及焊接工艺评定试验 第1部分:钢的电弧焊和气焊及镍和镍合金的电弧焊接 [1] ,现行版本为第2版,标准制定者是ISO/TC44(焊接及相关工艺技术委员会)SC10分技术委员会(现场焊接质量管理)。
美国国家现行版本为ASME BPVC.IX-2017 ASME锅炉压力容器规范IX-《焊接、钎接和熔接评定》[2], 该标准在国内锅炉压力容器行业广为人知。
ISO 15614-1:2017最引同行注目的变化是将焊接工艺评定标准分为两个级别,第1级别是ASME IX,第2级别是ISO 15614之前版本, 级别2自动覆盖级别1,反之不可。该变化堪称国际标准一体化中的风向标,及时跟踪、掌握国际权威焊接标准的动态,可以促进焊接行业产品质量的提高和焊接行业技术进步,有助于国内焊接行业发展与国际接轨乃至最终弯道超车。
借鉴发达国家先进的焊接标准体系设计思想,提高中国焊接标准的水平,国内焊接行业尚未建成运行通用型焊接工艺评定标准的统一体系,不利于打破行业壁垒,优化、整合资源。国内如果能够跟随ISO 15614-1:2017升版通用型焊接工艺评定标准,同时可以考虑模仿AWS B2.1建立标准焊接工艺指导书(SWPS),满足所有焊接评定标准的限制条件,从而打通一切行业壁垒,对于跨行业的焊接资源优化整合,以及焊接产业的升级将起到推动作用。
以下讲分为5个部分阐述:  
1. ISO 15614-1:2017对于ASME IX打包认可的原因分析和意义
2.ISO 15614-1:2017自动覆盖ASME IX的的原因分析和意义
3.ISO与美国焊接标准体系下的通用型焊接工艺评定标准的比较
4.美国标准体系内ASME IX低于通用型焊接评定标准AWS B2.1一个级别
5.中国的焊接制造业产业升级需要先进标准引领

一、   ISO 15614-1:2017对于ASME IX打包认可的原因分析和意义:
ISO 15614-1:2017对于ASME IX认可的原因是国际标准一体化的趋势所致,而分2个级别打包认可,是因为两者的差别太大,无法直接从细节上合并。
ISO 15614-1:2017对于ASME IX(钢与镍合金的焊接工艺评定)打包认可的意义很明显,即通过欧洲与美国流行焊接标准的一体化,可以进一步整合相关焊接产业的资源,打破行业壁垒,增加ISO标准焊接产品在美标环境下的适应性(美标在相当大国际市场上被认可),而ISO标准的焊接产品可以借此变化更容易进入美标为主的市场。本质上讲,标准一体化,就意味着相关产品的通用性增加,流通性增加,认可度增加,市场占有率增加,因此也就意义非凡。这也就是为什么欧洲方面会推进一切通用(“one-size-fits-all”)的标准。

1     TWI英国焊接研究所对ISO 15614-1:2017新变化的原因分析
TWI(The Welding Institute)即英国焊接学会或英国焊接研究所,在其官网公布了一篇相关文章 [3],该文述及国际标准一体化的趋势下,ISO 15614-1:2017升版的过程涉及广泛且漫长,与先前版本格式显著不同,负责升版的单位是ISO/TC 44/SC 10委员会。 文章的3名作者中有2人属于编制标准委员会成员增加了文章权威性;作者中Marcello Consonni兼任ASME IX委员会特殊贡献成员,其ASME IX委员与ISO/TC 44/SC 10委员的双重身份也说明:ISO 15614-1自动覆盖ASME IX,得到了ASME IX重要成员的承认。但是注意:尚不能认为ASME官方已经认可钢印产品可以使用ISO 15614-1进行评定。
在该文章中,明确指出了“近些年来,不同的工业门类和标准发展组织在推动协调和汇合国际标准,包括焊接工艺评定标准。在标准升版的初期,相关的ISO委员会进行了ISO 15614-1与ASME IX的比照以评估其可能性,即“one-size-fits-all”(一切通用)的标准,这次实践显示这些不同点如此悬殊,以至于这两个标准无法合成一体,因此决定了包括两个级别的解决途径”划线部分原文如下:“At the start of the revision process, the relevant ISO subcommittee carried out a comparison between corresponding requirement in ISO 15614-1 and ASME IX to evaluate the possibility to develop a ′one-size-fits-all′ standard. This exercise showed that the difference were such that these two standards could not be merged into one, hence the decision to include a two-level approach.”。

(1)    ISO 15614-1:2017对于ASME IX打包认可的原因及型式:

①ISO 15614-1:2017对于ASME IX打包认可的原因表述:
ISO 15614-1:2017的介绍(Introduction)中说出了最主要的新变化,即:焊接工艺评定试验分为两个级别…级别1是基于ASME IX的要求,级别2是基于ISO 15614-1之前版本的要求,这就相当于对ASME IX进行了打包认可。
ISO 15614-1:2017的介绍(Introduction)中给出的原因是:“分为两个级别的目的是为了允许焊接制造应用于更大范围内”。原文是:“Two levels of welding procedure tests are given in order to permit application to a wide range of welded fabrication.”

②ISO 15614-1:2017对于ASME IX打包认可的型式:
ISO 15614-1:2017 对ASME IX进行了打包认可之后,ISO 焊接标准体系中的焊接工艺评定(以下简称PQR)将以2种形式出现:
-第一种型式:ASME IX对于钢和镍合金的焊接工艺评定,今后将以ISO 15614-1:2017级别1的型式出现在ISO焊接体系中。
-第二种型式:以ISO 15614-1:2017级别2型式,相当于之前的ISO 15614-1版本的PQR。

(2)    TWI 2012年公开承认ISO 15614-1旧版与ASME IX区别过大,无法直接合并
英国焊接学会TWI于2012年在其官网公布的文章 [4] 从宏观概括的视角,比较全面的总结了两者不同之处11点:

ASME IX与ISO 15614-1 职能范围、覆盖的工艺、材料均不同:
ASME IX的范围包括:焊工和焊机操作工,焊接工艺评定,钎焊操作者和钎焊工艺评定,材料范围有铁基和非铁基工程金属(钢,铜,镍,铝,钛和锆及合金),焊接方法包括氧乙炔焊接,电弧焊,电子束焊接,电阻焊和固相焊接工艺。ISO 15614-1只有电弧焊和气焊,材料只有钢和镍合金。其它合金和焊接工艺被ISO 15614系列标准覆盖。

ASME IX有附加重要变素与ISO 15614-1只有重要变素:
两个标准都明确了重要变素对应的覆盖范围。一个重要变素的变化超出范围就会导致焊接工艺重新评定。ASME IX增添了附加重要变素和非重要变素,附加重要变素只有当规格书和标准(比如ASME VIII或者ASME B31.3)要求冲击韧性时才起作用。非重要变素,正如其名称,被认为不影响焊接接头的力学性能的变素,包含有焊接准备,保护气体流量,背面清根方法,保护气体喷嘴尺寸等等。虽然这些变素不重要,但是它们应该在焊接工艺评定中出现。
ISO 15614-1不提任何非重要变素;当变素被认为不重要的时候,就不出现在该标准中,有几个变素在两个标准中都没有覆盖范围;例如:制造商,焊接工艺、做或不做焊后热处理。

ASME IX与ISO 15614-1材料分组理念不同:
为了减少评定试验的数量,两个标准都将金属材料的成分与性能进行了简化合并。一组中的一种金属材料焊接被评定,该组中的其余同类金属材料也就被焊接评定。
ASME IX把钢分类号码分成P1类到P15F类/组材料;一个未分组材料的焊接工艺评定只能覆盖该材料自身。直到最近,只有符合ASME和/或ASTM(美国材料试验协会)材料或有UNS号码的材料才被赋予P分组号码。
ISO 15614-1也对钢材和镍合金分组,根据相似性进入相同性能的组别,但是不像ASME标准那样限制,提供相近的合金成分和力学性能,材料标准可以不同-------比如一种碳钢板,碳含量小于0.25%并且最低的标称屈服强度低于460MPa,会分入第一组,不管是压力容器钢材还是结构用钢材,或者按照欧标供货,还是ASTM材料标准。决定分入哪个组参照标准ISO/TR 15608《焊接-金属材料分类体系指南》 [5],这个标准列出了铁基和非铁基材料并且给了分类分组号码。

其它明显的区别在两个标准的电弧焊工艺评定方面:
ISO 15614-1的试验项目远多于ASME IX:
ASME IX只要求拉伸和弯曲试验来评定试件,而ISO 15614-1要求远多于此,除外观检验外,还要求射线或者超声波检测,外加表面探伤、拉伸和弯曲还有宏观试验。一定情况下还要求V型缺口冲击试验和硬度试验。

试板无损检测:ISO 15614-1强制要求ASME IX不强制要求:
ASME IX要求的拉伸强度最低要求符合该标准规定的母材抗拉强度下限值,弯曲试验不允许存在3mm以上的不连续。ISO 15614-1要求了这些力学性能试验,而且附加规定了无损检测的合格标准;当需要时,(ISO 15614-1)还要求冲击试验的结果匹配母材的韧性以及要求硬度值的限制。

冲击试验:ISO 15614-1强制要求ASME IX不要求:
ISO 15614-1要求V型缺口冲击试验,材料有冲击要求的时候,适用于所有厚度超过12mm的钢材。ASME 只在相关标准要求的时候才做冲击试验,在ASME IX中热输入作为附加重要变素,但是在ISO 15614-1中作为重要变素。只要母材有冲击韧性要求,厚度≥12mm,ISO 15614-1一律要求焊接工艺评定进行冲击试验,这一点与ASME IX差别很大。笔者认为ISO 15614-1的考虑是作为通用型焊接评定标准,要满足最苛刻条件下,需要焊缝与母材一定要韧性匹配,几乎所有ISO 15614-1评定的PQR,都要通过冲击试验;ASME IX只是有业主或标准规定时才要求冲击试验,所以很多ASME IX评定的PQR都不要求冲击试验。

试样硬度试验:ISO 15614-1强制要求ASME IX不要求:
ISO 15614-1要求所有最低屈服强度大于275MPa铁素体钢都做硬度试验,无论焊态还是焊后热处理状态,限制接头最大硬度值。ASME IX不要求硬度试验。

预热温度要求:ISO 15614-1比ASME IX严格:
ASME IX允许预热温度降低55℃以内不用重新评定,ISO 15614-1不允许预热温度低于焊接评定试验件焊接时候的预热温度。

角焊缝评定要求:ISO 15614-1比ASME IX严格:
ASME IX要求承压角焊缝应该使用对接焊缝试件评定,非承压角焊缝可以只做一个角焊缝试件来评定。ISO 15614-1要求角焊缝在承压的时候由对接焊缝试件来评定。另外,当使用对接焊缝试件评定角焊缝的时候,如果焊接是角焊缝,那么角焊缝试件也要评定。

熔滴过渡型式要求:ISO 15614-1比ASME IX严格:
熔敷金属过渡形式,在ISO 15614-1和ASME IX中都是变素,但是在ISO 15614-1中作为重要变素,在ASME IX中是附加重要变素。

从手工焊变成自动焊:ISO 15614-1比ASME IX严格:
从手工焊接变为自动焊接 在ISO 15614-1中是重要变素,但是在ASME IX中是非重要变素。

(3)    中国焊接标准体系借鉴ISO 15614-1:2017对于ASME IX打包认可意义的思考
ISO 15614-1:2017的发展方向可以概括为增加标准的通用性,使依照此标准的焊接产品获得更广泛的认可。
在2017年以后ISO体系下的PQR文件,会涵盖整合之前ASME、ISO两种不同标准体系下的PQR,从而极大的节约资源:以ISO 15614-1:2017级别1认可ASME IX评定的PQR,以ISO 15614-1:2017级别2的型式,认可旧版ISO 15614-1评定的PQR,从而统一整合了国际上两种最流行的焊接工艺评定标准ASME IX、ISO 15614;
今后的ISO 体系国际项目会出现这种情况,制造商不仅可以使用ISO 15614评定的PQR,还可以使用以前ASME IX评定的PQR,这也会使ISO 15614-1:2017被更加广泛的接受。
中国焊接标准体系的发展相当程度上是引入了ISO的大量标准,那么尽量早的认识到“最大限度的增加标准的通用性”这一趋势,主动引领中国的焊接标准体系向增加通用性的方向发展,甚至超前认识,从顶层的标准体系设计就考虑到引领趋势,进而实现弯道超车,产业升级才是最终目的。

二、 ISO 15614-1:2017对于ASME IX的自动覆盖的原因分析和意义:
   在新版标准ISO 15614-1:2017中明文规定了ASME IX低于ISO 15614-1一个级别,也就是说,ISO 15614-1:2017 对ASME IX进行的打包认可并不是平等的,而是自动覆盖,详见以下条文:
ISO 15614-1:2017 “introduction” 介绍部分中明确了级别1是基于ASME IX的要求,而级别2是基于本标准旧版的要求的同时在正文第1部分“scope”(范围)指出:级别2评定试验的覆盖范围更大,限制比级别1更严格。依照级别2进行的评定试验自动覆盖级别1,反之不可。(原文如下:“Procedure tests carried out to level 2 automatically qualify for level 1 requirements, but not vice-versa”下面一句也表达了同样的意思:“当合同和规格书中没有明确规定时,所有要求执行级别2”。
  ISO 作为国际标准化组织,作出自动覆盖ASME IX的规定,必然是有多方面专业评估与考量之后的决定。标准中给出的原因只有一句话:“级别2评定试验的覆盖范围更大,限制比级别1更严格”,这比较简略,以下笔者将从以下3个角度展开,分析自动覆盖的内在原因以及意义。

1  ISO 15614-1(旧版)为什么限制条件明显比ASME IX严格的思考
ISO 15614-1(旧版)对于焊接工艺评定的限制条件,明显比ASME IX严格。根据本文1.3条引用的TWI官方资料[4],列出了7处典型的区别中,ISO 15614-1明显比ASME IX的要求更严格。而苛刻的实验要求在提高焊接品质的同时,必然带来更高的成本,那么其要求更高品质焊接质量的原因是什么呢?由此引发以下几个方面的思考:
内因分析是ISO 15614-1 作为通用型焊接评定标准(覆盖至高端产品)与ASME IX作(覆盖至中端产品)为锅炉压力容器标准体系 的专用型焊接评定标准内在要求不同,通用型标准比专用型标准更苛刻:

(1)焊接产品从低端、中端直至高端的界定标准ISO 3834标准

               能够界定焊接产品高中低段划分的标准,目前影响最大的是国际标准ISO 3834:
ISO 3834是ISO焊接标准体系中的核心标准,规范了焊接产品的质量控制水准,也就是综合质量要求依照ISO 3834-2[6](完整质量要求)、ISO 3834-3[7](一般质量要求)、或者ISO 3834-4[8] (基本质量要求)分为3个等级。
通俗的说法:
-高端焊接产品质量要求依照ISO 3834-2
-中端焊接产品质量要求依照ISO 3834-3
-低端焊接产品质量要求依照ISO 3834-4
证明这个说法的依据是欧洲教育与文化终身学习计划的一份公开资料[9],该资料明确依照以上思路对于焊接产品的高端中端进行划分, 比如该资料指出压力容器焊接质量要求属于ISO 3834-3,属于一般质量要求焊接产品,其质量水平低于ISO 3834-2,也就是完整质量要求的焊接产品,比如:高铁中的转向架,以及恶劣海况下的海洋工程钢结构


(2)ISO 15614-1作为通用型焊接评定标准覆盖焊接产品全领域:从低端、中端直至高端
作为通用型焊接评定标准:ISO 15614-1覆盖焊接产品的全部领域:从低端钢制焊接产品到中等水平的承压设备再到高端的焊接产品比如海洋工程钢结构,因此该标准的条款设计时要满足最苛刻的高端产品限制条件,所以该标准的条款比产品定位于中等水平的承压设备焊接的ASME IX要苛刻:换句话说:欧洲各个领域的产品焊接工艺评定都统一执行ISO 15614,不论高、中、低端,不论领域;
另外,ISO标准中没有压力容器的设计标准,ISO 15614-1也并不服务于某一特定设计标准,而是服务于ISO标准体系内的所有焊接产品。
需要说明的是,对于材料的覆盖,ISO 15614-1只能包含钢和镍合金,其它材料由ISO 15614系列的其它标准完成。
从GB/T 19866-2005 《焊接工艺规程及评定的一般原则》(等同采用ISO 15607:2003)[10]标准中的表格.《焊接工艺规程及评定方面的国际标准体系》(参见表1),可见,ISO 15614-1在国际标准体系中的地位。



(3)ASME IX作为专用型焊接评定标准覆盖锅炉压力容器焊接产品属于中端焊接产品;
作为专用型焊接评定标准:ASME IX作为锅炉压力容器等中端焊接产品的标准,不能覆盖更高端的焊接产品例如海洋工程钢结构类产品(通常执行AWS D1.1[11]与 API标准)。
欧洲的焊接标准体系包括ISO和其它欧洲标准,定位压力容器属于中等水平的焊接产品(下文中会详述);同理:ASME IX服务于ASME体系下的焊接产品,并不能被AWS标准体系认可,例如高端的海洋工程领域钢结构,ASME IX就不适用,很多特殊的TYK型管接头,只能执行AWS D1.1, 而ASME IX无法覆盖这类高端焊接产品的制造工艺问题。基于以上条件,ASME IX限制就比ISO 15614-1宽松的本质原因也就在于此,因为更加高端的焊接产品质量要求由其它标准承担。

(4)ASME IX的相关ASME设计标准并没有引进ISO:
ASME IX在ASME标准体系中有配套的设计标准比如ASME VIII-1, 但是ISO标准中没有锅炉压力容器设计标准,这样作为锅炉压力容器的专用型焊接评定标准是无法在ISO标准中正常使用的,这也是ASME IX 在ISO 15614-1:2017中被定为级别1的原因之一,只有根据ASME设计标准设计的产品使用ISO 15614-1:2017 级别1(ASME IX)才是妥当的,这也是该更新后标准在将来值得关注的要点。


三、 ISO与美国焊接标准体系下的通用型焊接工艺评定标准的比较
ISO焊接标准体系下的焊接工艺评定标准第一版ISO 15614-1诞生于2004年,因为产生时间比较晚,所以该标准设计思想就是覆盖所有焊接产品,其标准范围内的所有设计标准,均指定ISO 15614系列标准为焊接工艺评定标准,所以ISO 的焊接标准体系设计就是用通用型焊接工艺评定标准解决一切焊接工艺评定问题。
美国的焊接标准体系因为诞生比较早,目前影响比较大的焊接标准体系主要有3个,美国焊接学会简称AWS(1928年)、美国机械工程师学会ASME(1914年)、美国石油学会API(1919年),3个标准体系同时存在,各自覆盖相关领域的焊接产品,这一历史原因导致美国很长时间都没有类似ISO 15614的覆盖一切领域的通用型焊接工艺评定标准,但是内在的需求推动了通用型焊接工艺评定标准的诞生,那就是AWS B2.1[12],该标准诞生于1984年,并且在1990开始推出一系列的美国国家级别“标准焊接工艺指导书”,这些美国国家标准WPS(以下简称SWPS),随着该标准不断升版以及美国焊接学会大力推广,该标准逐渐发展为美国焊接评定标准体系内,通用型焊接评定标准是AWS B2.1,地位相当于ISO 15614-1在欧洲焊接体系的核心地位。
         由此可见:ASME IX虽然影响很大,但是适用范围有限,例如ASME IX不能适用于钢结构、桥梁、机械设备,类似产品均执行AWS D系列标准。

四、 美国标准体系内ASME IX低于通用型焊接评定标准AWS B2.1一个级别;
   在美国的焊接专业领域,通用型焊接评定标准公认是AWS B2.1(焊接工艺与焊工评定),该标准限制条件比ASME IX苛刻,还附属了一系列的SWPS(注意:ISO和EN欧洲焊接标准中并没有国家标准级别的SWPS),不需要制造商再做焊接工艺评定,因为这些SWPS都是由美国焊接学会用许多符合AWS B2.1要求的PQR支持,由美国焊接研究会的焊接工艺评定委员会发起,同时被各种美国焊接标准认可,是适用性最广泛的美国焊接评定标准,类似ISO 15614-1的定位,只是国内较少见到介绍此标准的公开资料以及译本,鉴于此标准日益重要的作用,以下将占有较大篇幅介绍此标准。
  说明一下:国内的WPS/PQR 都是不能引进也不能转让,例如NB/T 47014-2011 承压设备焊接工艺评定, 就规定:“…焊接工艺评定应在本单位进行。…由本单位操作技能熟练的焊接人员使用本单位设备焊接试件。”所以国内的焊接同行不容易理解SWPS可以被任意承包商直接使用而不需要做焊接工艺评定,而在美国的标准体系下这样做是可以的。
以下分为4条论述:

1  ASME IX规定承认(AWS B 2.1)SWPS优先
            ASME IX-2017 的第V章QW-500总则中提到:附录E所列SWPS可用于ASME锅炉和压力容器规范制定第IX卷要求的产品。产品卷中无冲击试验的要求时, SWPS的适用性优先于第IX卷,而当产品卷对WPS有冲击试验要求时,则不许使用SWPS。
  ASME IX-2015[13]的附录E一共列出了33个AWS B2.1的SWPS,但是在ASME IX引用时,会对名称进行简化,例如第一个被引用的SWPS, 完整代码是AWS B2.1-1-016-1994(R2005),但是在ASME IX附录E引用时的编号简化为:B2.1-1-016-94(R05),不熟悉AWS B2.1的国内焊接同行,因为很少使用SWPS,会因此容易忽视被省略掉的“AWS”,很少人知道其实SWPS的全称是AWS B2.1 SWPS,从而不知道AWS B2.1高于ASME IX一个级别的事实,也不知道AWS B2.1才是美国焊接行业的通用型焊接评定标准,以下图1为ASME IX-2015中一页截图及局部放大可见AWS B2.1 系列SWPS编号:

图1  ASME IX 强制性附录E 许用的SWPS(节选)


2  AWS B2.1标准条文明确说明比所有美国焊接标准更严格包括ASME IX
             AWS B2.1-2014标准明确说明其编制SWPS的限制条件比所有相关美国国家标准和文件都更严格,附录E中对SWPS做出了说明:“AWS B2委员会的对于SWPS的编制方针就是其叠加全部B2.1允许的相关文件的条件和变素之后,更严于所有B2.1文件允许的文件应用的条件和变素,或者其它的美国国家标准(例如AWS D1.1(钢结构焊接)直至AWS D1.6(不锈钢结构焊接)或者 ASME IX), 这个方针的目的就是限制WPS使之能够成功用于一切客户的高可能性。”原文如下:“It is the policy of the AWS B2 Committee that the range of conditions and variables listed for and SWPS be more restrictive than permitted by application of the full range of conditions and variables allowed by the B2.1 document or by other American National Standards (such as AWS D1.1 through AWS D1.6 or ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section IX). The purpose of this policy is to restrict the WPS to a high probability of successful application by all users. ”
               AWS B2.1标准在 “总的要求”就开宗明义的说明:“本标准目的即为被其它文件引用,比如:规范、规格书、合同、质量控制或者质量保证手册”。该标准在工艺评定一章中规定焊接工艺指导书分成两个级别,级别1:SWPS(SWPS迄今为止一共有66个, SWPS成为美国国家级别标准WPS,也就是美国国家级别“标准焊接工艺指导书”)。级别2:焊接工艺指导书(以下简称WPS),由依照AWS B2.1进行评定的PQR支持。
要说明的是SWPS的用户虽然不需要再做PQR,但是SWPS本身是由一组PQR支持的,AWS B2.1的附录E中也做出了说明:“所有的SWPS都由PQR支持,这些PQR符合AWS B2.1的要求并且同时有意识的满足主要的标准要求,例如:AWS 钢结构标准(D1.11,D1.2,D1.3等等),AWS 薄板焊接(D1.9),ASME IX,美国海军技术出版物S9074-AQ-GIB-010/248的焊接及钎焊工艺评定和焊工考试要求(NAVSEA);美国海军技术出版物S9074-AR-GIB-010/278焊接制造及检验(NAVSEA),和铸造检验以及机器、管道、压力容器修理的要求; MIL-STD-1689(美国军用标准),船结构制造、焊接和检验;美国海军技术出版物S9074-AR-GIB-010/688潜艇结构焊接制造和检验要求(NAVSEA) ;美国船检局(ABS);海军船标(NVR)”

3  AWS公开出版物明确说明AWS B2.1比所有美国焊接标准更严格包括ASME IX
美国焊接学会的出版物《Welding Journal》(焊接杂志)上也时有关于AWS B2.1权威性的说明,推广AWS B2.1,并说明AWS B2.1认可的PQR,ASME IX也认可,典型的比如2014年,2015年的两期杂志 [14]、 [15],两篇文章均提到:  
---AWS B2.1评定的PQR, ASME IX也认可;
---AWS B2.1有力的一个延伸是发展了SWPS,…,这些SWPS被几个AWS 标准认可就如同ASME IX一样,而且也被美国国家检验标准认可;
--- AWS D1.1 和AWS D1.3  (钢结构焊接-薄钢板)、AWS D9.1(钣金焊接规范)、AWS D14.2(金属切割机床焊接件规范)、AWS D14.3(土方和建筑用设备焊接规范)、AWS D14.8(防止冷裂纹的标准规范)、AWS D17.1(航天领域熔化焊规范)也都直接或者通过工程师批准认可了AWS B2.1;
       ---焊接工程师应尽可能用AWS B2.1标准来进行焊接工艺评定,以期获得最大范围的认可和最高效率的评定。

4  AWS B2.1作为通用型焊接评定标准,其地位和权威性是高出ASME IX一个等级的;
基于以上对比,在美国的焊接标准体系中,ASME IX与AWS D1.1、AWS D1.3、AWS D1.6、AWS D9.1、AWS D14.2、AWS D14.3、AWS D14.8、AWS D17.1等诸多标准都属于专用型焊接评定标准,而AWS B2.1作为通用型焊接评定标准,其地位和权威性是高出一个等级的。

五、 中国的焊接制造业产业升级需要先进标准引领
   学习国外先进标准的最终目的还是提高自己,中国的焊接产业升级也需要先进的标准来引领。根据以上的思考与学习,对于中国的焊接工艺评定标准的发展或许有以下借鉴意义:

1   中国的制造业同行有必要重新评估ASME IX标准的地位
ASME IX由于在国内的承压设备行业中影响比较大,被国内同行所熟知并且广泛的引用,有同行把ASME IX视为最权威的焊接评定标准,来与其它标准进行比对。从焊接工艺评定标准这个专业角度来看,ASME IX虽然最流行,但是其实是一个专用型焊接评定标准,由于内在的作用与使命不同,权威性与技术性是不及通用型焊接评定标准的。而ISO 15614-1以及AWS B2.1同属于各自标准体系内的通用型焊接评定标准,都比ASME IX具有更加苛刻的限制条件,因此就有了更加广泛的覆盖范围,也因此能够支持更加高品质的焊接产品。
在欧洲标焊接准体系中,压力容器的焊接制造属于一般质量要求或以上。更高等级的焊接品质产品,有更加苛刻的制造标准。理解了这一点,就比较容易理解ASME IX为什么在欧洲与美国的焊接标准体系中都不属于焊接标准体系中的最高等级的标准。

2   国内焊接标准体系概况和问题-通用性差、水平不高
国内的焊接行业标准经过几十年的发展和积累,已经形成了承压设备、造船交通、核电、电力、铁路、建筑、石油天然气、航空航天8个行业共有331个关于焊接的标准和规范[16]。根据最新的资料统计[17] [18],GB,GB/T焊接标准已经增加至105个,大多参考引入欧美标准。
但是,整体分析下来,情况又非常不乐观,对比欧美的焊接标准的通用性,国内的焊接标准体系的通用性是落后的,由于历史的原因,各个行业发展并不一致,各自为政,各自形成自己的标准系统,很多时候互相不认可,形成了严重的行业壁垒。根据资料[19]2008年统计的257个行业焊接标准中,分类情况简化为:国标GB 12个,监察规程3个,规则1个,JB标准21个,CB标准56个,EJ标准34个,SL标准2个,DL标准16个,SD标准6个,TB标准26个,JG标准8个,SY标准20个,HB标准51个,现在情况有变化,但是基本状态没有改变。
通用性差也导致了焊接行业大量的资源被浪费在重复性的工作上,全国的9大焊接行业标准资源有待整合,各个行业间的壁垒导致了国内焊接行业标准很多内容都是重复,整体水平不高。

3    中国的焊接制造业产业升级需要完善通用型焊接工艺评定标准体系
(1) 国内现在已经引进了通用型焊接评定标准
如前说述,国内现在已经开始等效采用焊接评定国际标准GB/T 19866-2005 《焊接工艺规程及评定的一般原则》(等同采用ISO 15607:2003),并且有意识的将焊接工艺评定标准体系分成了通用部分和专用部分,《焊接手册 第3卷 焊接结构》第3版(修订本)[16]在焊接工艺规程及评定8.2.2指出了ISO 15614系列标准的前身-为ISO 9956,其来源出自欧洲的EN 288系列标准,并且特别定性为“该系列标准作为通用的焊接工艺评定标准…”,并且将相应的转化后标准归类为“一般要求”。

(2)国内引进转化的ISO标准与ASME IX标准存在不协调问题
《焊接手册 第3卷 焊接结构》第3版(修订本)在第8章 标准与法规中也指出:“就我国现行的通用性焊接标准体系总体而言,各类标准的发展尚不均衡,采标对象、采标方式及侧重点有所不同。…焊接工艺部分的标准则基本采用AWS及JIS标准… ”。这也造成了一个问题,国内的通用型焊接评定标准源自ISO标准,但是国内现行的焊接工艺评定标准大多来源于美国标准,在承压设备行业基本上引用ASME IX,在钢结构行业基本上引用AWS D1.1。两者的差别容易造成通用型的焊接评定标准并不能通用,也就在相当程度上造成了国内焊接标准体系内的不畅通。
例如现行的NB/T 47014-2011(JBT 4708) -《承压设备焊接工艺评定》[20] 的编制说明中就列出了12种锅炉、压力容器、压力管道行业中的焊接工艺评定标准,除SY/T4103外,都是参照ASME IX。
现行的钢结构标准《GB 50661-2011 钢结构焊接规范》[21]以及已经废止的《JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程》[22]均主要参照AWS D1.1。

(3) 国内通用型的焊接评定标准有待强化
这样摆在国内通用型的焊接评定标准面前的一个难题就是,国内的通用型的焊接评定标准并不能覆盖国内的专用型焊接评定标准。根据之前的1.2条的讨论,得知由于体系不同,多方面差别,ISO 15614-1并不能覆盖ASME IX,但是现在ISO 15614-1:2017降级打包认可ASME IX,并且已经把ASME IX关于钢和镍合金的焊接工艺评定部分内容引入了这一新版本,就给这道难题找到了第一个解决途径。ISO 15614-1:2004的等效标准GB/T 19869.1-2005/ISO 15614-1:2004《钢、镍及镍合金的焊接工艺评定试验》[23],如跟随ISO 15614-1:2017升版继续等效采标,则其对于国内参照ASME IX的标准无疑具有了更大的兼容性。可以说在焊接工艺评定方面,ISO 15614-1:2017在钢和镍合金材料上已经可以替代ASME IX,这相比与之前已经是个大的进步。

(4)借鉴AWS B2.1的SWPS建立中国自己的SWPS
根据上述对于AWS B2.1的讨论,还可以考虑第二个解决途径,就是套用AWS B2.1的格式,引入SWPS这种方式,编制适合中国国情的一套“标准焊接工艺指导书”(SWPS)。理由是:国内现有焊接工艺评定标准不是参照ASME IX,就是参照AWS D1.1,而这两部美国标准在美国焊接评定标准体系下都被AWS B2.1使用SWPS的方式打通了,两部标准都认可AWS B2.1的SWPS,这也就打通了钢结构与承压设备之间的壁垒。以此类推,引入AWS B2.1格式的SWPS,在国内也一样可以打通钢结构与承压设备之间的壁垒。SWPS在美国甚至还打通了包括潜艇军舰制造的军用标准,军民焊接产品的通用性也得到一定程度的解决。

(5) 借鉴ISO 15614-1的通用性强制推广GB/T 19869.1
国内标准已经引入苛刻的通用型焊接评定标准GB/T 19869.1-2005/ISO 15614-1:2004《钢、镍及镍合金的焊接工艺评定试验》,但是目前只是推荐性标准,并没有在各个行业执行,相关的配套ISO标准也并未全部引入,各种配套标准尚未健全,假如自上而下的大力推动完善相关系统并强制执行,据此也可以打通各种行业。

结束语:
通用型焊接评定标准的执行,面对的任务是要打通各行业焊接标准的技术壁垒,制造商依据这种通用型焊接评定标准进行评定的焊接工艺指导书,就可以支持更高等级的焊接产品制造,也当然会获得国际上的更高的认可。当然,其中涉及的因素众多,涉及的标准数量之多也将是国内焊接评定标准中空前的,所要突破的壁垒也将涉及到焊接相关各个行业,没有来自跨行业的高层支持,没有相当程度的行业进步普遍需求,这样的标准体系很难快速进步。
但是,也正因为如此,才更需要推广先进理念,为中国焊接制造产业升级做好超前的引领,并最终实现这一梦想。

参考文献:[23]
1.    BS EN ISO 15614-1:2017. Specification and qualification of welding procedures for metallic materials-Welding procedure test — Part 1: Arc and gas welding of steels and arc welding of nickel and nickel alloys [S].
2.    ASME BPVC.IX-2017 . ASME Boiler and Pressure Vessel Code SECTION IX Welding, Brazing, and Fusing Qualifications [S].
3.    Andy Brightmore, Marcello Consonni,Professor Bill Lucas. What’s new in ISO 15614-1:2017? [EB/OL]. http://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-whats-new-in-iso-15614-1-2017/, December 2017.
4.    TWI. A comparison of ISO 15614 part 1 and ASME IX [EB/OL]. https://www.twi-global.com/news-events/connect/2012/may-june-2012/comparison-iso-15614-part-1-asme-ix/, June 2012.
5.    ISO/TR 15608:2017. Welding — Guidelines for a metallic materials grouping system [S]. Switzerland: ISO, 2017.
6.    GB/T 12467.2-2009/ISO 3834-2:2005. 金属材料熔焊质量要求 第2部分:完整质量要求[S].北京:中国标准出版社,2009.
7.    GB/T 12467.3-2009/ISO 3834-3:2005. 金属材料熔焊质量要求 第3部分:一般质量要求[S].北京:中国标准出版社,2009.
8.    GB/T 12467.4-2009/ISO 3834-4:2005. 金属材料熔焊质量要求 第4部分:基本质量要求[S].北京:中国标准出版社,2009.
9.    Education and Culture lifelong learning programme LEONARDO DA VINCI. EUROPEAN TRANING PROGRAMME FOR COMPLETING THE REQUIREMENTS FOR QUALITY WELDING UNDER STANDARD SERIES EN ISO 3834 Best practice for implementation of ISO 3834 GOOD PRACTICES GUIDE REV.1 [R]. 2011.
10.    GB/T 19866-2005/ISO 15607:2003. 焊接工艺规程及评定的一般原则[S].北京:中国标准出版社,2009.
11.    AWS D1.1-D1.1M-2015. Structural Welding Code-Steel [S]. USA: American Welding Society, 2015.
12.    AWS B2.1B2.1M-2014. Specification for welding procedure and performance qualification [S] . USA: American Welding Society, 2014.
13.    ASME锅炉及压力容器规范国际性规范IX 2015版. 焊接、钎焊、和粘接工艺,焊工、钎接工和焊接、钎焊和粘接操作工评定标准 [S].北京:中国石化出版社,2016.
14.    RICHARD L.HOLDREN. Making Sense of Welding Procedure Qualification [J].Welding Journal, 2014(5):50-52.
15.    RICHARD L.HOLDREN. Key to Success for a New Welding Engineer [J].Welding Journal, 2015,(6):66-70.
16.    中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册.第3卷 第3版 [M].北京:机械工业出版社,2007,362-372.
17.    苏金花. 我国现行有效的焊接标准应用分类简介1 [J].机械制造文摘-焊接分册.2015,(4):42-48;
18.    苏金花. 我国现行有效的焊接标准应用分类简介2 [J].机械制造文摘-焊接分册.2015,(5):45-47;
19.    中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册.第3卷 第3版(修订本)[M].北京:机械工业出版社,2015,295-301.
20.    NB/T 47014-2011(JB/T 4708). 承压设备焊接工艺评定 [S].北京:新华出版社,2011.
21.    GB 50661-2011. 钢结构焊接规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
22.    JGJ 81-2002. [建筑钢结构焊接技术规程] 北京:中国建筑工业出版社,2003.
23.    GB/T 19869.1-2005/ISO 15614-1:2004. 钢、镍及镍合金的焊接工艺评定试验[S].北京:中国标准出版社,2009.


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只看该作者 板凳  发表于: 08-28
謝謝分享

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只看该作者 地板  发表于: 08-28
昨天拜读了,好文章

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厉害了!

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只看该作者 5楼 发表于: 08-29
任督二脉终于被打通了 连接一带一路 焊接先行 段老大V5
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认真地读了,感谢分享,没想到老大也在天津

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