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1、API培训资料-3API产品制造特殊过程的控制要点、标准协调与实施探讨焊接篇贯标培训资料2013年5月API产品制造特殊过程的控制要点、标准协调与实施探讨焊接篇焊接作为石油石化机械产品制造的一项特殊工艺过程，它是以产品标准要求为主要框架，以众多相对独立的，专用的标准为支撑，涉及设计、材料、检验等各个专业的一个专业体系。在API取/换证的审查和API产品制造的质量控制过程中一直处于非常重要而又被认为是非常难以控制实施的一个关键程序。由于我国石油/石化机械制造业的历史原因，众多制造业的整体机械加工势力不弱，已经形成了一套较为完善的管理模式，但这些企业都存在一个共同的不足：没有一个完善的焊接过程的控
2、制程序，它们有的是盲目套用压力容器焊接控制模式；有的是不加分析地采用钢结构的焊接规定；又有的是借用所谓一些已经通过认证企业的程序。对于焊接过程依据的标准运作程序、见证记录的认识和理解，以及其中的关键点的把握上都亟待明确和澄清。据不完全统计，目前国内API取/换证审查中发现的焊接过程不合格项要占到整个不合格项的40%之多。API系列、6系列、7系列的产品制造中的焊接控制的共同要求和特殊为依据，参照各自产品规范应用的焊接相关标准，就如何建立焊接文件，设定生产制造中的质量控制点，简述现行的美国和中国焊接标准的协调与参照使用，探索简炼、科学、高效的焊接管理模式，谈谈本人的一些体会和观点，以供参考。1.
3、 文件的建立1.1文件分类为帮助企业专业人员理清思路和有关人员明确职能，按照APIQ1规范（7版）和最新适用的产品标准要求，将文件分为三类，见表1焊接文件分类表。表1焊接文件分类表类别名 称必审文件（规定性）l 焊接过程控制程序（按API Q1 7th 7.5.2.1）l WPS、PQR、WPQ（按ASME IX，ASTM A488或API1104）l 焊接检验员培训大纲l 焊接记录（包括返修记录）备审文件（参照性）l 工艺评定任务书 评定试验用的设备校验记录l 母材和焊接质量证明书 无损检测设备的校验记录l 评定试验流转卡支持文件（见证性）l 评定试样取样加工图 理化试验报告（包括硬度）l
4、焊材进货验收记录 无损检验报告l 焊材烘焙记录 工序交接记录l 焊材发放记录 焊接检验员的视力测定记录上述文件的分类旨在强调文件建立过程中重要性的层次。必审文件指的是API审核员在取/换证审查时，要在检查表中作记录的文件，同时又是焊接质量过程控制的主导文件，制造企业必须精心准备。备审和支持性文件，各个制造企业可以根据自身的管理特点，以不同方式予以体现。1.2文件编制要点1.2.1焊接过程控制程序焊接过程控制程序是作为API Q1中所要求必备的程序文件之一，它的基本内容可以分为四大块：焊接工艺规程（WPS）工艺评定记录（PQR）和焊工技能评定（WPQ）的表格可采用ASME LX中的QW482、Q
5、W式483和QW484的推荐表式。在程序文件中，对它的形式、流转路线和责任人员都要作详细规定。当产品标准中有特殊要求的应在这三个表格中予以明确。如API 6A中承压件补焊焊工的技能评定要增加盲孔补焊的性能鉴定，对承压件制造焊接的工艺评定中要增加硬度试验，即四个点的测试位置。而在API 5L焊接工艺评定和焊工技能评定则应按照API 1104要求进行。关于焊接材料管理可以对照JB/T3223-96焊接材料质量管理规程的标准和ASME 卷C篇相应的焊材材料以及ASME SFA5.01焊材采购指南的规定要求。制造商在对焊接材料管理方面应注意几个关键环节是：焊材的入库验收、焊材的保存条件、烘焙记录、现场
6、（二级库）烘箱上的标志以及施工现场焊材筒的标志的规定。施焊的母材分类。制造商可以按照ASNE IX卷WQ 422的类别号和组号分类。对于国内牌号的材料，可以归入相应的类别号处理，但产品标准另有规定除外，如在API 6A中，PSL2级产品对于QW422中未列的材料作为单独的材料，分别的要进行评定。焊接施工过程与检验要求。以焊接设备管理与计量要求，制造商要按照各自产品标准上的要求来编写，这里需要指出的是，如API7K、API6A、API5L以及API6D相应的标准中，对于焊接返修的限制性条件都应在程序文件中予以规定。WPS、PQR和WPQASME规范中推荐了WPS、PQR和WPQ三个表格，API
7、1104中也推荐了相应的记录表格。在这些标准中都提供了这三个表格的填写指南。但在运作实践中，许多制造企业不适应，其中主要原因有两个：一是专业人员对规范标准理解不深，感觉表格中的许多内容是多余的，指导性不强；二是产品施工时不知道如何应用，产品焊接（补焊）的各种条件复杂多变，用这样一个通用的焊接文件作指导似乎只是纸上面的东西。笔者认为，制造商要彻底纠正这一观念和错误的运作程序，在现行的API产品标准中都把WPS、PQR和WPQ产品质量记录的重要组成部分，那些它的通用性不容置疑。对于WPS、PQR和WPQ中的重要变素、非常重要变素和补加重要变素要逐一的核对。至于有些制造商用自行编制的专用产品焊接工艺
8、指导书，也可接受，但要符合标准中关于重要、非重要、补加重要变素的组成规定。对于API产品标准中提出的那些补加要求，制造商也要注意不能遗漏，如API 6A中试样试验报告，工艺评定的实测数据记录等。 焊工上岗资格的认定（WPQ）按照ASME LX 卷要求，制造商可以自行认定。当客户有要求时（如一些外商直接采购的产品）焊工资格证书应由授权机构（如ABS、BV、DNV等机构）的授权检验师或AWS检验师签发。目前，一般可接受的方式也有：由国家质量技术监督局的地方机构签发的“锅炉压力容器压力管道焊工资格证书”，但这里要注意的是，我国新颁布的“锅炉压力容器压力管道焊工管理规则”与ASME IX卷虽然较以前有
9、了较大的改进，它们之间的基本分类方法、覆盖范围、验收准则基本上趋于一致。但在个别的细节上还是存在差别。比如弯曲角度、探伤的替代验证、GTAW材料覆盖准则等，都是不同的。不能认为持有中国资格就具备了ASME标准的焊工资格。根据多年的运作经验，笔者认为：制造商在焊工资格管理的模式上，完全可以统一，即在做一个标准评定时，同时做另一个标准的评定，数据归入一个管理体系中进行，以节约成本。焊接检验员培训大纲焊接检验员培训大纲。制造企业应按照制造的API产品特点进行编制，它的内容大致是：焊材的选用原则、常用的检测方法及特点、焊件尺寸和焊缝外型尺寸的控制方法和焊接参数的控制等。每个焊接检验员都应有书面考试记录
10、和制造商签发的上岗证书。需要说明的是：笔者在最近几次API取证过程中，有些API审核员对制造商自行签发的焊接检验员证书，不予认可，认为证书签发应是授权机构。而笔者认为这条拒收没有标准依据，因此，向API总部申诉了理由，现已得到了通过认可。1.2.4焊接施工记录与返修记录因API标准涉及的产品种类繁多，有些结构复杂，材料特殊，工序繁多。有些则是单一结构常规材料，工序简单，制造商要以实效规范可行性为原则自行编制一些记录表式，按照笔者的多年实践，拟推荐一种选项打钩和填写数据相结合的表式，这里有许多创造性的工作可以做，我们不推荐统一的记录表式。焊接现场作业记录，既不可能象写文件那样详细，又不能简单到没
11、有可追溯的信息，只写“合格”和“确认”了事。作为最低要求，焊接记录至少包括：采用的WPS号、工件号、预热状态、材料牌号、尺寸规格、焊接电流电压、焊速等参数、焊缝尺寸和表面硬度测定（如必要时），焊后保温和焊后热处理（记录编号）等。对于焊接返修记录作为最低要求，返修记录至少包括：采用的WPS号（或返修方案号），缺陷性质和尺寸（宽、深、长）和部位，工件号预热状态焊接底层和填充层的顺序，焊材牌号，规格尺寸，焊接电流电压和焊速参数，最终焊缝尺寸和表面硬度测定（如必要时），焊后保温和焊后热处理（记录编号）等。1.2.5备审文件和支持性记录在焊接程序实施过程中，制造商内部按照自身的管理模式建立了一些流转性文
12、件，它们的作用大多数是为了部门之间或个人之间的一些信息沟通，日期交接见证和责任的追溯。目前国内许多API持证企业都是从原来的国营企业派生重组出来的，一些小型民营企业也是套用了国营企业原来的运营模式，焊接控制过程流转有的是相当简单，根本无法追溯，可信度差。有的则是烦琐的，牵一发而动全身，API取证审查时，主管部门有没有清晰的思路，把一大堆记录罗列在一起，分不清主次，其结果只能造成文件管理混乱。 为了解决上述问题，帮助企业将更加科学、更加有效地做好这方面的记录文件控制，笔者曾试行过以文件流转会签形式来进行管理，这个流转会签的作用只起追溯记录和查阅的作用，得到了良好的结果。1.3 焊接控制点的设置就
13、目前国内企业的管理水平，要切实地做好焊接过程的质量控制，必须对焊接整个过程的各个细节进行分析，设置过程的关键控制点。下列是较为普遍适用控制点的设置建议：a）H点（停止点）。此过程点由指定的责任人员到现场见证，并在相应文件记录上签字认可，方可流入下一过程。b）R点（审查点）。此过程点由指定的责任人员在文件实施之前进行签字认可。H点至少应包括：焊接工艺评定记录的签发，焊接返修工艺的批准，焊接返修结果的确认等。R点至少包括：焊接工艺规程的批准，焊材进货验收，焊工资格的认可等。许多企业对产品制造检验过程中流转文件和记录，都作了H、R点的放行权的规定，值得加以推广。2. 标准协调与参照使用2.1标准介绍
14、2.1.1焊接管理方面的要求 国际上目前较为流行的标准是ISO 14731-1997Welding coordination Takes and responsibilities(焊接管理的任务与责任)焊接管理人员的质量相关职能如表2表2 ISO 14731规定的焊接管理人员的质量相关服务序号业 务1.1合同内容的确认l 从事产品制造人员的焊接能力以及相关业务1.2设计内容的确认l 相关的焊接规格 焊接接头的详情l 设计要求相关的接合处 焊接部位的质量及合格基准l 焊接、检查以及试验的调查1.3材料1.3.1母材l 母材的焊接性 母材的识别、保管及处理l 包括材料证明书种类的材料购入 追踪性l
15、 说明书中的补充要求事项1.3.2焊接材料l 适应性 包含焊接材料证明书种类的材料购入说明l 接受条件 书中的补充要求事项l 焊接材料的识别、保管及处理1.4转承包从事转承包人员的适宜性1.5生产计划l 焊接工艺规程以及焊接工艺批准 对象结构物的焊接及组对顺序记录的适宜性 焊接施工试验的要求事项l 作业指示 焊接检查的要求事项l 焊接夹具及设备 环境条件l 焊接技工的适应性以及有效期间 安全卫生1.6焊接设备l 焊接及相关设备的适宜性 安全卫生l 辅助设备及备品、识别以及处理1.7焊接作业1.7.1准备作业l 发行作业指导书 准备焊接施工试验l 破口加工、对合及清理 包含环境条件的作业现场的适
16、宜性1.7.2焊接l 焊接技工的分配及指示 焊接条件（参数）的应用l 焊接机器以及辅助机器的使用 工程内试验的应用方法或作用 预热以及焊接后热处理的应用及方法l 焊接材料以及辅助材料 焊接顺序l 定位点焊材料的应用 焊后的处理1.8检验1.8.1目视检验l 焊接完了状况 焊后的制造物形状、尺寸及允许误差l 焊接部位的尺寸 接头的外观1.8.2破坏及无损检验l 破坏及无损检测的应用 特别检验序号业务1.9焊接合格与否检查以及试验结果的评价 补焊部位的评价焊接修补 改正措施1.10文件化填写必要的记录及保存（包含转包业务）2.1.2 焊接技术方面的标准适用于API产品制造的有：ASME锅炉压力容器
17、规范IX卷焊接与钎焊评定、ASTM A488钢铸件焊接工艺及人员评定的推荐方法、API 1104管线和相关设备的焊接、ASME锅炉压力容器规范II卷C篇焊条、焊丝及填充材料，中国的参照标准有 ：JB4708钢制压力容器焊接工艺评定规则、国家质检总局压力容器压力管道焊接工资格管理规则、JB/T3223焊接材料质量管理规定。2.2参照使用探讨由于上述标准在最新版本的收集和编辑习惯和表达形式等方面的原因，我国大部分企业的技术人员在理解和查阅上都存在一定困难，希望能找到相应的中国标准予以参照执行。再者，目前国内许多企业都有许多项认证和取证要求，如阀门企业进行欧共体的CE标志的PET指令认证、中国质检总
18、局“AZ” A级或B级安全注册以及3C认证等。近几年来，通过实践运行，笔者认为：焊接控制在管理体系方面可以采用一体化的管理模式，但在技术标准的应用方面这几项认证/取证存在着许多差异。在这里推荐中国JB4708-2000版钢制压力容器焊接工艺评定规则和国家质检总局最新发布的压力容器压力管道焊接工资格管理规则（以下简称“考规”）这二个标准，现作以下探讨：2.2.1工艺评定表3罗列了中国JB4708-2000版和ASME IX卷中规定的焊接工艺评定的主要差异一览。表3焊接工艺评定的主要差异JB4708-2000ASME IX卷（01版）范围1焊接方法共有6种OFWSMAWSAWGMAW. GTAW.
19、 ESW；2适用于铁基材料（共分8类）的焊接工艺评定；3堆焊只包括耐蚀层1焊接方法共有18种（略）；2适用于铁基、非铁基材料（共分11类）的焊接工艺评定；3堆焊只包括耐蚀层和耐磨层。填充金属1 焊材不分类，没有互代性；2 焊缝金属不分类，单独评定有效；3 GTAW方法种增加或取消填充金属未作说明1 焊材按其工艺性分组F-No.(QW432)；2 对常用的焊缝化学成分进行A-No.分组（QW442），其评定覆盖范围扩大；3 QW404.14、GTAW和PAW的填充金属增减作为重要因素。母材1 评定的焊件母材厚度的有效范围按材料强度等级和冲击要求等划分，表3表6；2 表7种的焊接条件：补焊和返修焊
20、试件厚度为38mm评定适用焊接母材厚度的有效范围均按QW451，但有冲击要求时，最小厚度受WQ403.6限制。气体GTAW、GMAW中IV、VIII母材背面保护气的改变作为重要因素。QW-408.5作为次要因素，仅对P-No.5X、P-No10I、J、K作为重要因素。上述说明：JB4708-2000版中的许多条款与ASME IX相似，我们在具体操作中可以把握共同点，区分不同点，使得在一个试件上同时进行JB4708和ASME IX的工艺评定成为可能。工艺评定的互容性主要应解决的三大问题：a) 材料的分类与覆盖，尤其是国内、国外材料牌号的对等使用采用适当的方法；b) 当有冲击要求时，母材和焊缝的有
21、效评定范围的控制；c) 试验与检验标准、数据之间的区别。研究和协调了这二个标准体系的应用方式，对于企业管理效益提高的重要性不言而喻。2.2.2焊工评定焊工评定是个较为复杂的问题，它的一些基本要点与内涵可参看ISO9606-1：1994焊工的认可试验。中国“考规”与ASME规范在管理、分类、试验和检验等方面均不一致，需要分别对待。但是在具体执行时，我们注意到：ASME焊工资格管理制造厂是负全责的，而且可以有几个厂家同时评定一名焊工，焊工还可以有几个雇主，这对于制造厂，特别时工程建设单位带来了管理上的方便；焊工考试试件的准备时，可以同时考虑二个规范的共同适用部分，为以后的焊工考试项目的拓展打好基础
22、；对自动焊、有色金属和特殊材料（进口材料）的焊工评定，按中国考规规定，可由企业自行制定标准；ASME焊工技能评定可以在产品上进行。按照QW-191做RT检查合格即可。这些差别综合起来，对于我们在焊工管理创新时具有重要的指导意义。由于篇幅有限，在这里不予展开分析。2.2.3 焊材选择许多企业在产品设计和焊接工艺制定时，首要碰到的问题就是如何选择焊材。这些企业限于技术人员的专业水平，往往都是借用其他厂家的经验和一些习惯做法来选择焊材，带有很大的盲目性。正是这一原因，制造厂在焊材采购时发生牌号代用，或在国内外标准的等同采用时，或在遇到新材料进行产品设计开发时，焊材的选用往往成为一大难题。对此，笔者结
23、合ASME材料标准和中国现行的材料标准，提供下列焊材选择程序表（见表5）以供参考。表4焊接材料选择程序表步骤内容依据/方法1确定焊件的标准号、牌号设计图纸、用户要求2a查阅焊件的机性、化学成分、许用应力等参数使用的中国材料标准3a将中国材料标准与美国材料标准进行比较，找到相应的ASME或API牌号ASME II卷A、B篇API材料标准4查阅焊件的UNS-No.和P-No.以及Gr.-No.ASME IX卷QW4225确定焊接方法（工艺）工厂的设备、人员条件以及焊件的规格、接头型式等6查阅焊材的SFA标准号b焊接方法和材料分类ASME II卷C篇7初步确定使用的焊材牌号焊件UNS-No.和P-N
24、o.对应的SFA标准中的使用指南8查阅与ASME焊材对应或相似的牌号中国焊材标准焊材厂企业标准进行工艺性和实用性的试验评定，以最终确定使用焊材按照焊材标准和评定准则注：a仅适用与中国标准的焊件b常见的SFA标准见表5c在每一个SFA标准的附录中都有一个分类指南，它的主要内容包括：分类体系；验收；证明书；焊接环境；焊接注意事项；焊材说明及预期应用；改进；不再继续使用的类别。其中第项是应重点参阅的内容。表5 常用的SFA标准序号标准号标准名称1SFA-5.1碳钢手工电弧焊焊条2SFA-5.2碳钢和低合金钢氧可燃气焊接填充丝3SFA-5.3不锈钢手工电弧焊焊条4SFA-5.4低合金钢手工电弧焊焊条5
25、SFA-5.5不锈钢焊丝和填充丝6SFA-5.6镍和镍基合金手工电弧焊焊条7SFA-5.7弧焊和切割用钨和钨合金电极8SFA-5.8堆焊用实芯焊丝和焊条9SFA-5.9镍及镍合金裸填充丝和焊丝10SFA-5.10铸铁焊丝、焊条和填充丝11SFA-5.11埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂12SFA-5.12碳钢气体保护电弧焊填充丝13SFA-5.13碳钢弧焊药芯焊丝14SFA-5.14堆焊组合填充焊丝和焊条15SFA-5.15弧焊用不锈钢药芯焊丝和钨极气体保护焊用不锈钢药芯填充丝16SFA-5.16埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂17SFA-5.17碳钢和低合金钢气电焊焊丝18SFA-5.18低合金钢气体保护电
26、弧焊焊丝和填充丝19SFA-5.19药芯焊丝电弧焊用低合金钢焊丝3. 焊接评定的流程示例3.1工艺评定流程图3.2焊工技能评定流程图注：在工艺评定中，共引用8个表式，管理表式两个规范共用。ASME规范中，只增加了WPS初稿和另外编写PQR，这是考虑在接受国外公司审查或授权检验师（AI）认可时，尽可能不作“国内特点”这方面的解释。在技能评定中，焊工受审资料ASME规范要求提供WPQ，中国要求提供焊工上岗证。技能评定过程中的资料基本共用。上述二个流程图仅供那些多重认证的制造企业选用。结束语1. ISO9000标准和API规范在石油/化工机械制造业的推进，使得焊接文件的建立在规范化、标准化方面与国际
27、接轨工作得以展开。2. 中国标准与API规范对焊接控制要求，管理上存在着一些共同点，但二个规范技术上还有着许多不兼容之处，需要我们分别对待，通过实践进程协调。3. 在多年的焊接管理实践中，应在WPS、PQR、WPQ的实施方面有创新，给企业管理水平的提高带来直接的经济效益。参考文献 ISO14731焊接管理的任务与责任 ISO3834焊接质量的要求事项 ISO9606-1焊工的认可试验 焊接生产技术的地位与发展 钢铁编译焊接1999.2期 JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定 国家质检总局锅炉压力容器压力管道焊工考试管理规则 ASME 卷C篇焊条、焊丝及填材料01版A03（8）ASME IX卷焊接和钎焊评定01版A03（9）API Q1石油、石化和天然气工业质量纲要规范（10）API 5L管线钢管规范（11）API 6A井口装置和采油树设备规范（12）API 6D管线输送系统管线阀门（13）API 7旋转钻柱构件规范（14）API 7K钻井和井口作业设备规范（15）API 1104管线和相关设备的焊接