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中图分类号: TG422
0 前言
在经济全球化的背景下,国外大型石油企业如壳牌、美孚等公司都非常重视企业信息化的工作,把信息化作为加强国际竞争能力,提高公司内部管理水平和降低跨国协作成本的重要手段[1]。
国内的石油企业也在大力引入信息化系统,重点集中在ERP[2]、供应链和仓储管理系统[3,4]、数字油田[5]、CAE辅助钻井工程[6]和石油化工设施建设领域。随着诸多信息化系统的引入,使得企业的运作流程得到了优化[7] ,同时信息化能够使企业数据信息及时收集和分析,对于企业决策提供有力的依据。
焊接作为石油化工建设领域的重要一环,信息化的水平还较为落后,大部分石油化工企业的焊接工艺评定文件管理还处在纸质文件管理阶段,本文将这些复杂的管理流程进行合理的设计,开发基于Web的焊接工艺评定管理系统,系统采用C语言和Silverlight技术进行开发,搭建了工艺评定数据库。本文将传统石油企业的焊接工艺评定的编制、审核、领用和作废等流程通过互联网进行操作,实现无纸化办公,极大地提高了工作效率。
1 系统设计
大型石油化工建设企业焊接管理工作面临诸多实际的问题:
(1)施工项目遍布世界各地,往往由于地域原因造成沟通不畅、任务交办缓慢低效、文件传递不及时。
(2) 工艺评定编制工作量大。由于涉及pWPS(预焊接工艺规程)、PQR(工艺评定报告)和WPS(工艺卡)的编制,需要花费大量的时间,耗费人力物力。
(3) 工艺评定的审核流程复杂。审核流程的流畅运转需要涉及到诸多焊接工作人员,纸质流程的审批过程效率低下。
(4) 工艺评定领用和作废等管理工作复杂。总公司对各个项目部的工艺评定文件的申请、领用和作废的管理由于地域原因,不能做到及时处理,可能耽误项目施工的顺利开展。
本文针对这些问题,采用信息化的手段,开发基于B/S(Brower/Server)结构的Web应用程序,结合企业中实际的焊接管理流程进行了软件的设计。只有通过互联网进行在线管理,才能克服上述管理上的缺陷。
系统总体活动图如下图1所示。
pWPS/PQR/WPS编辑是工艺评定系统的基础,用户在此功能页面对预焊接工艺规程和焊接工艺评定报告文件进行添加和编辑。本功能以标准化,智能化,高效率为目的进行设计,系统在编辑界面提供了大量智能编写规则,并且会对于错误的输入格式给予提示。
系统对于焊接方法、机械化程度、类别和组别等栏目进行了优化,提供下拉框的方式进行选择。同时,本系统提供了对于复合金属材料的支持,当工艺文件选择复合金属材料时,通过选中对应的复选框,这时用户可以录入覆层金属厚度和基层金属厚度等参数。
为了方便用户离线使用,系统提供了导出Word版工艺卡功能。本文采用了COM库:Microsoft Word 11.0 Object Library中的函数,使用向模板文件写入文件的方法实现了导出预焊接工艺规程、工艺评定及工艺卡功能,导出Word速度迅速,文件格式规范工整。
1.2 审批流程功能设计
工艺评定审批流程是焊接工艺评定管理系统的核心功能,该流程包括申请新作PQR的审核,pWPS文件编制后的申请与审核以及PQR文件编制后的申请与审核。工艺评定审批流程如下图2所示。
新作PQR申请管理模块,技术部管理人员负责审核各个分公司提交的新作工艺评定申请,查看相应的申请书文件和委托书文件,如果确实有必要进行新作焊评,那么管理人员需要在线批准通过该申请,同时提交审批文件。
当新作PQR申请通过后,相应的人员需要开始编制pWPS文件,编制完成之后提交申请。此时进入pWPS的审核阶段。
pWPS审核流程涉及四种角色:焊接培训中心技术负责人(一审);技术部焊接主管(二审);压力管道质保工程师(三审);总工程师(批准)。
具体审批流程为:一审人员审核通过后交由二审人员审核。二审人员审核时需要对pWPS类型进行判断:若是压力管道的pWPS则将其交给压力管道质保工程师批准;若不是压力管道的PQR则可直接交给总工程师批准。压力管道质保工程师批准后,最终还需要将pWPS交给总工程师做最终批准。
审批人员在审批前,可以查看pWPS的具体编制信息。如果有审批人员驳回了文件的申请,需要提交审核意见,这个审核意见对于所有的用户是公开的,编制人员可以查阅审核意见进行修正。审核意见功能能够使得所有参与审核的管理人员和申请新作评定的用户看到审核信息,及时进行修改。
1.3 工艺评定目录设计
工艺评定目录是系统中所有焊接工艺评定的集合。该功能基于本文的工艺评定数据库实现。其中包括了工艺评定的存档编号、母材材质、焊接方法、评定日期等各种参数信息。
工艺评定目录维护功能可以查看并且修改系统中所有焊接工艺评定的内容。该功能模块可以使用模糊搜索快速找到合适的工艺评定文件,同时系统提供了方便的导出Excel功能,能够按照大类将所有的工艺评定导出为3个Excel文件,每个Excel表格按照NB/T47014标准中的组别号分为不同的Sheet,大大方便了用户的文件归档和整理。
1.4 工艺评定领用与作废管理设计
工艺评定领用包含两个部分:
(1)提供给项目部焊接工程师的工艺评定申请领用功能。项目焊接责任工程师通过使用本功能,可以查看系统中的工艺评定目录列表,对于需要的工艺评定进行申请。
(2)提供给相应的技术负责人方便的PQR领用和作废管理功能。
技术负责人可以在线审核公司所有项目部的领用申请。在管理界面用户可以查看到提交申请的项目部名称,PQR文件编号,归档号,大类号,申请时间以及审核状态。并且可以下载申请人提交的申请文件。
工艺评定作废管理提供给系统的管理人员对于系统中工艺评定的审查机制,对于系统中已经失效的焊接工艺评定,可以进行作废,为了更好地管理防止出现意外,系统作废备查机制需要用户提交作废备查的审批文件,通过在线系统进行记录保存,这样可以保证评定作废的准确性,防止意外情况的发生。
2 功能实现
2.1 权限控制与用户管理
权限控制是任何在线办公系统的基础,只有有效严格的权限控制,才能实现不同岗位人员的协调合作,保证系统的正常运转。对于本文的WEB系统来说,如果不建立权限管理系统,那么一个“非法用户”可以轻而易举通过浏览器访问Web应用项目中的所有功能。因此需要权限控制系统进行权限检测,让经过授权的用户可以正常合法地使用已授权的功能,而将那些未授权的非法用户拒之门外。
本系统中的每个角色对应具有固定的多个权限值的工作岗位。根据企业的实际需求,我们设置了9个不同的角色,它们分别是:系统管理员、压力总工程师、压力管道质保工程师、焊接主管(技术部)、焊接主管(焊培中心)、技术负责(焊培中心)、项目部焊接责任工程师、项目部总工程师和普通用户。
通过对于权限控制和角色的设计,我们系统的用户管理更加高效,管理员可以新增用户,并且赋予其相应的角色,同时选择他所在的部门,这样该用户就具有了该角色的所有权限。对于存在的用户,也可以对他的个人角色与所属部门进行更改,这种设计充分发挥了系统的灵活性,可以根据各个用户在公司中不同的岗位分配不同的权限。
2.2 功能展示
工艺评定在线编制界面如图3所示。
工艺评定编辑界面分为多标签页显示,提供了方便的下拉框选择方式,用户可以选择两种方式调用坡口图片:一种是直接从本地上传图片;另一种是从系统的坡口图中选择合适的坡口图来使用。考虑到网络稳定性的问题,系统提供自动保存功能,用户在输入过程中会进行定时保存,防止因为网络原因导致丢失数据。
工艺评定目录界面如图4所示。
可以看到,系统界面中提供了工艺评定目录,提供了详细文件查看和目录编辑的功能,同时,系统还提供了模糊搜索、更新目录和导出Excel等实用功能,使得在线的工艺评定目录的实用性大大增强。
3 结论
根据企业的实际焊接管理规定和工作流程,整合权限控制与工艺评定在线编制,实现了完善的焊接在线办公系统的功能。
(1)通过对于权限的控制,使得企业中不同角色的工作者可以很好地在线处理工作,并且通过灵活的权限分配机制,使得每个人在系统中的权限可以更改,实现灵活的工作。
(2)实现了焊接工艺评定编制系统,方便工艺评定编制人员使用,实现工艺文件数字化,为在线审核、在线领用提供了查阅的途径。
(3)在线焊接工艺评定申请和领用管理、在线工艺评定作废备查等功能使得公司对于焊接工艺评定的管理更加系统化,实现了工艺文件管理审核的在线办公。
参考文献
[1] 张矛胜,秦彦斌,余永东. 石油装备制造企业ERP构建与风险分析[J]. 石油工业技术监督,2011(1):22-25.
[2] 庞玉东. 我国石油行业ERP实施能力分析[D]. 吉林大学,2007.
[3] 赵元旭,谷钰龙. 利用车间信息监控物料平衡[J]. 数字石油和化工,2009(Z1):56-60.
[4] 冯留雷,李海明, 吴彩霞. 石油化工企业的供应商管理信息系统的设计与开发[J]. 计算机与应用化学,2013(8):907-911.
现今焊接技术发展十分迅猛,现代承压设备结构也已发展成全焊型。焊接技术是机械制造中最主要的一个环节。例如很多机械工业产品以及冶金行业、化工工程、海洋工程、航天技术等等,焊接质量直接影响承压设备的质量。焊接工艺评定是国家质量技术监督机构进行取证、复证时必检的项目,是保证焊接工艺正确和合理的必经途径,是保证焊件的质量、焊接接头的各项性能必须符合产品技术条件和相应的标准要求的重要保证。
本文就对焊接工艺评定标准的理解,结合生产制造过程中的实际情况对在焊评过程中遇到的若干重要因素进行了分析。
1承压设备焊接工艺评定中的若干重要因素
1.1焊后热处理的评定规则
原文中“当规定进行冲击试验时,焊后热处理的保温温度或保温时间范围改变后要重新进行焊接工艺评定。试件的焊后热处理应与焊件在制造过程中的焊后热处理基本相同,低于下转变温度进行焊后热处理时,试件保温时间不得少于焊件在制造过程中累计保温时间的80%”,这句话中的保温温度的范围和时间范围就不易理解的透彻,而应该理解为是指相应标准或技术文件所规定范围,例如JB/T1613-1993《锅炉受压元件焊接技术条件》即对锅炉焊后热处理的温度范围和时间范围作了规定,“技术文件”则指经过评定合格后而编制的焊接工艺指导书,例如评定中的实际温度为620℃,温度范围就为620±20℃。标准上保温时间一般只有个最小值,如果做的焊接工艺评定只满足最低标准,这样就容易造成保温时间覆盖不了,例如接管与筒体的角焊缝上(接管为6mm,筒体为40mm),产品上该焊缝是按较厚的筒体焊缝进行热处理的,覆盖接管6mm的焊接工艺评定保温时间如果只满足标准的最低要求或2倍时间,这样接管的焊接工艺评定就覆盖不了了。若焊缝检测不合格经过返修后,热处理的保温时间还会更长。
考虑上述情况,在制定焊接工艺评定任务书时,最好选取公司在制造过程中可能遇到的较长保温时间,避免因热处理保温时间覆盖不了,重新再做一个保温时间长的评定。建议热处理保温时间至少为2~3小时或为200mm厚度的需要的保温时间(因为评定的最大厚度能覆盖到200mm),甚至更长。
1.2焊接工艺评定的检验项目
锅炉和压力容器的焊接工艺评定的按NB/T47014-2011(JB/T4708)的标准制作,NB/T47018中只提到三个检验项目:拉伸、弯曲、冲击。如果我们焊接工艺评定也只作这三个项目,在其它重要因素一样的情况下,对于压力容器是能够覆盖的,而要是遇到A级锅炉的话就不一定覆盖到,A级锅炉还有金相检验及全焊缝拉伸的要求。所以在做焊接工艺评定时,还应考虑到锅炉上的实际情况。
1.3组合评定
组合评定即采用两种以上的焊接方法完成的焊接试件。如果采用组合评定试件进行焊接工艺评定时,冲击试验、面弯、背弯时应考虑到每种焊接方法的情况。例如采用氩弧焊打底,焊条电弧焊的焊接工艺评定;做冲击试验时,试样应包含两种焊接方法,取样时就要注意是两种焊接方法用一个试样,还是两种焊接方法分别取样。面弯、背弯也是如此,受拉面应包含两种焊接方法,即氩弧焊要2个面弯和2个背弯,焊条电弧焊也要2个面弯和2个背弯。
1.4焊接工艺评定的项目
由于承压设备产品的标准要求不同,焊接工艺评定是有针对性的,很多承压设备厂焊接工艺评定虽多,却覆盖不了产品,并且覆盖重复的项目也很多,造成了不必要的浪费。
为了减少焊接工艺评定的项目,对产品覆盖能够达到最大化,本人根据实际生产情况,如何能够使焊接工艺评定覆盖范围广,列出了一下几点:(1)做Fe-1-1材料的评定时,最好采用Fe-1-2的材料,因为Fe-1-2不仅能覆盖Fe-1-2的,还能覆盖到Fe-1-1的以及Fe-1-2+Fe-1-1的。(2)母材厚度采用4、8、38mm基本上就能覆盖全部的厚度了。(3)焊接工艺评定中的检验项目应考虑到实际产品的情况,例如冲击、金相检验、全焊缝拉伸应都要采用。(4)尽量采用向上立焊。(5)焊接工艺评定时不进行预热,因为不预热能够覆盖预热的工艺。(6)道间温度采用实际生产中可能的最高温度。(6)线能量也应为实际生产中的最大值。(7)试件采用一面多道焊、一面单道焊。(8)采用对接焊缝的试件进行评定,因为对接焊缝能覆盖角焊缝。
2结语
本文只分析了焊接工艺评定中的一些常见问题,要能够彻底的理解焊接工艺评定标准绝非一朝一夕的事,只有焊接工艺人员在生产过程实践中遇到才能够真正的理解标准,这样焊接工艺评定才能够保证覆盖范围广、经济性好。
参考文献:
[1]NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》.国家能源局,2011.
[2]TSG R0004-2009《 固定式压力容器安全技术监察规程》.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,2009年.
[3]GB150-2011《压力容器》.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,2012.
[4]NB/T47015-2011 压力容器焊接规程 国家能源局,2011.
[5]TSG G0001-2012《锅炉安全技术监察规程》.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,2012.
1、概 述
压力容器产品承压类焊缝在施焊前应当进行焊接工艺评定,其焊接工艺评定所依据的标准为NB/T47014《承压设备焊接工艺评定》。焊接工艺评定是为了验证施焊单位所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程并对结果进行评价。在NB/T47014标准中,焊接工艺评定是对试件焊接接头的力学性能、弯曲性能或堆焊层的化学成分进行检验,判断检验结果是否符合规定,是对预焊接工艺规程进行的验证性试验和对结果进行评价的过程。
2、焊件工艺评定的目的
焊接工艺评定是判断焊接工艺正确与否以及施焊单位能力的一项试验工作,是保证压力容器产品焊接质量的前提。为焊接工艺人员编制产品焊接工艺文件提供可靠的依据,产品施焊前承压类焊缝的焊接工艺须经过焊接工艺评定。
3、焊接工艺评定的要求
压力容器产品施焊前,承压类焊缝以及返修焊缝的焊接工艺都应按照标准进行焊接工艺评定或者施焊单位有经过评定合格的焊接工艺规程支持。压力容器的焊接工艺评定应当符合NB/T47014标准的要求,驻厂监检人员对焊接工艺评定的整个过程进行监督。在焊接工艺评定完成后,焊接工艺评定报告和焊接工艺规程等文件资料应由评定单位的焊接负责人审核,单位技术负责人批准,监检人员签字确认后生效,存入单位技术档案。焊接工艺评定技术档案根据需要应保存至该工艺评定实效为止,焊接工艺评定试样应至少保存5年。
4、焊接工艺评定的一般工作程序
焊接工艺评定工作应在符合本单位的质量管理体系和管理制度下完成的,因此焊接工艺评定的过程是严谨的。其一般工作程序如下:
a.由编制焊接工艺人的技术员根据产品设计图样、制造工艺要求等立项,提出“焊接工艺评定任务书”,经审批后下达执行。
b.由焊接工艺人员根据“焊接工艺评定任务书”编制评定用的“预焊接工艺规程”,经审批后组织实施。
c.根据“预焊接工艺规程”指导文件,在本单位技术人员、检验人员监督下,由本单位技术熟练的焊工施焊评定试件。焊接评定试件时不允许返修,但允许道间清理修磨。
d.焊后对试件进行外观检查、无损检测不得有裂纹等缺陷,制取试样进行力学性能试验和弯曲性能试验或分析堆焊层的化学成分,根据规定进行冲击试验。
e.所有检验符合要求后汇总资料,填写“焊接工艺评定报告”,经审批后把所有记录资料报第三方监检人员签字确认后生效,作为编制产品焊接工艺文件的依据。如果经评定不合格,则需要修改工艺参数,重新评定,直到合格为止。
f.经第三方确认合格的焊接工艺评定资料存入单位技术档案保管,焊接工艺人员根据评定合格的焊接工艺评定报告编制产品焊接工艺文件,指导压力容器焊接生产。
5、焊接工艺评定需注意的问题及建议
a.专用焊接工艺评定因素按对焊接接头力学性能的影响分为主要因素、补加因素和次要因素三类。变更重要因素须重新进行焊接工艺评定。当规定进行冲击试验时,需要增加补加因素为评定因素。变更补加因素需增加相应的冲击试验。变更次要因素不需要重新评定。
b.焊工考试用焊接工艺应参照NB/T47014标准经焊接工艺评定合格。如果本单位产品焊接工艺评定能够覆盖焊工考试的范围,则可作为编制考试用焊接工艺文件的依据。否则就需参照NB/T47014标准进行焊接工艺评定,指导焊工考试。
c.焊接工艺评定标准要求“当规定进行冲击试验时”,需增加补加因素为评定因素,且影响对接焊缝的评定规则。“规定”一般是指三种情况:当压力容器的安全技术规范、产品标准要求进行焊接接头冲击试验时;当压力容器设计文件或相关技术文件规定进行焊接接头冲击试验时;压力容器产品所选的材料,其材料标准规定要做冲击试验时,焊接接头就按材料标准做冲击试验。
d.在碳钢和低合金钢埋弧焊多层时,改变焊剂类型(中性焊剂、活性焊剂),需要重新进行焊接工艺评定。中性焊剂是当电弧电压有很大变化时,并不引起焊缝金属成分的显著变化的焊剂,中性焊剂用于多道焊,特别适用于厚度大于25mm的母材的焊接。活性焊剂是指熔敷金属的元素取决于焊接条件(主要是电弧电压)的焊剂,活性焊剂中加入少量锰和硅脱氧剂,提高抗气孔能力和抗裂性能。在埋弧焊焊接工艺评定时要依据技术要求选择焊剂类型,施焊产品的焊剂类型应与评定选用的焊剂类型一致。焊接工艺评定选用活性焊剂时,应注意焊接参数的影响,在埋弧焊施焊产品时不但要控制焊接线能量而且还要控制其电弧电压。
e.存档焊接工艺评定文件资料应记录清晰、明确。“预焊接工艺规程”文件应包括采用的焊接方法、所有的通用焊接因素和专用评定因素中的重要因素、补加因素和次要因素,NB/T47014给出了推荐表格,需要注意的是该推荐表格并没有包括多种焊接方法的全部焊接工艺评定因素。焊接工艺评定报告是记载评定过程试验及其检验结果并进行评价的报告,是焊接工艺评定试件焊接时所用的焊接数据的实际记录,报告由评定单位审批后经监检人员签字确认后存入档案,一份焊接工艺评定报告可以支持多份焊接工艺规程用于产品焊接。焊接工艺规程是根据产品设计图样并依据合格的焊接工艺评定报告编制的,焊接工艺规程中的次要因素变更,不需要重新进行评定。
6、结 语
在压力容器制造行业焊接工艺人员只有经过不断的理论学习、实践经验的积累,才可以提高焊接工艺人员执行焊接工艺评定标准的能力,有利于编制严格合理的焊接工艺,为提高压力容器产品的焊接质量提供技术保证。
参考文献
[1]NB/T47014-2011.承压设备焊接工艺评定[S].北京:新华出版社,2011
[2]史维琴主编.特种设备焊接工艺评定及规程编制[M].北京:化学工业出版社,2012
金属焊接是起重机生产和后期维护中的重要组成部分,金属焊接的质量好坏直接关系着起重机的使用性能。并且在出厂检验的程序中,金属焊接技术已经是一项重要的检验指标。起重机的使用关乎着我们的生产和生活,为重型土木建设等工程作出了巨大的贡献,为了保证起重机的质量,延长起重机的数量,在生产环节要对起重机的金属焊接技术进行严格的把关,并在后期的维护中加强管理。
一、起重机械制造的焊接工艺评定
(一)评定依据
国家质量监督检验检疫总局特函[2006]50号文件《关于有关实施要求的通知》中要求,必须进行焊接工艺评定的焊缝,主要是指起重机的主要受力结构部件,应对其原材料、焊接材料、接头的平面度对接错边等进行严格的检验与测定,尽可能地把焊接的缺陷降到最低限度。
(二)评定使用标准
各企业可参照《蒸汽锅炉安全技术监察规程》中的“焊接工艺评定”,制定适合本企业的科学的、合理的起重机械的焊接工艺评定标准。严格制定各项工序的评定标准。
(三)评定程序
1.评定立项:工艺技术部门应根据各个生产单位的起重机械的设计方案的不同,依据焊接的原材料,接头形式,焊接方法以及钢板等的不同,确定企业自身所须评定的项目。2.下达工艺评定文件。3.制定工艺评定的执行方案,方案的内容应有为成功制造起重机械须实行的所有焊接工作,无论是事先的备料还是施焊之后的热处理等工序,都应包括在内。4.试件的贮备工作和焊接:试件的焊接应由具有操作资格证书且经验丰富的焊工来实行,同时,应有工程师全程式的监督,记录好工艺的实测数据。5.试件的检验:试件施焊完毕之后,首先要进行表面的检验,其次检查其是否无损探伤,最后对其接头的性能做力学性的实验。6.填写好工艺的评定报告:第一部分,记录试验的环境条件,第二部分,记录各种项目的检验结果。7.评定保管:有关部门对报告进行审批之后,将报告一式两份,分别交与质量管理部门和焊接工艺部门。
二、起重机械焊接常见的质量问题
(一)气孔
焊接气孔是焊接技术中的常见质量问题,通过对不合格的焊接金属部位观察后我们可以发现,存在焊接气孔的金属连接处,焊接不平整,表面存在凸起,由于焊接气泡的大小,致使凸起内部中空,并大小形状不一,通过外力击打后,焊接处很容易裂开。产生焊接气孔的主要原因具有多种,焊条受潮、焊接部位不洁净、电流过大和运棒速度过快等,但其主要的原理相同,都是汽包在焊接后没有及时的逸出产生的。因此,这就要求技术人员要根据焊接的标准,对焊接的注意要点和工艺流程进行专业的学习与应用。
(二)裂缝
1.刚性裂缝:这种裂缝是指通身的纵裂缝,产生的原因是焊接的应力作用,比如被焊的起重机械的结构部件的刚性太大,或者焊接时的电流过大等等,都会造成焊接的应力过大。2.隙裂缝:起重机械的焊接裂缝具有明显和不明显的特性,这主要是由于焊接工艺引起的,除了肉眼能看到的明显裂缝外,还有细微状的裂痕,并具有发散的特性,虽然在机械表面较难发现,但是存在较大的质量隐患。技术操作中要控制金属的冷却温度,避免隙裂缝的发生。3.未焊透:在一些较厚的金属材料的焊接中,极易产生未焊透的现象,尤其在焊接的根部和钝边处,经常出现焊条未融透致使金属部件连接不紧密的现象。将未焊透的金属材质与完好的金属相比,裂缝处的抗疲劳能力有限,在未焊透的金属连接处由于容易出现裂缝等现象,避免这一现象的主要措施是,在焊接根部采用短电弧的焊接工艺,同时严格规范焊接流程,检验焊接处的灰尘清理,并采用电流值较大的技术操作进行焊接。
三、起重机械焊接质量的控制策略
(一)焊工水平的控制
焊接技术是近几年来兴起的行业,但是,在焊接行业中人员的专业素质值得思考。较多焊接人员不仅没有进行过专门的训练,对焊接工艺流程掌握的更是粗略,很多从业人员是为了谋生,在别人的简单指导下就进行了技术的操作,可见焊接质量一般。而焊接技术分为不同的等级,起重机在焊接中要求技术较高,应聘用资质和经验较高的技术人员,严格执行焊接工艺技术,将质量控制在允许的范围内,保证起重机的有效施工运行。
(二)工艺参数的控制
焊接过程中的一整套技术规定。包括焊接方法、焊前准备、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、工艺参数以及焊后热处理等。只有工艺过程得到保证,才能获得优质的起重机械。
(三)焊接原材料控制
焊接材料的选择是起重机械焊接质量的影响因素之一,在原料的采购上,技术人员要根据工艺的需要,查看原材料的标识、出厂地、生产日期和合格标准的数据认定等,对焊条和焊剂等,通过外观的观察确定质量问题。
(四)焊接设备的控制
焊接设备除了有焊条和焊钳外,更重要的是电焊机。电焊机是实现整个电焊过程的能量来源,重型机械焊接质量的的好坏与电焊机的工艺参数具有直接的联系。电焊机主要是通过电源的接通为工艺提供一定的电流和电压,根据工艺的焊接情形,通过调节电流大小和电压的控制,实施具体的焊接工艺。
(五)施焊温度和湿度环境的控制
在重型机械的焊接过程中,焊接 环境对工艺质量有着较大的而影响。在工艺操作中施工人员主要注意温度和湿度的控制,避免在阴雨天气和潮湿的天气中作业,将焊接湿度控制在90%以下。氢气是焊接过程中的保护气,在焊接处由于温度过高,金属容易被氧化,通过氢气的连通,将被氧化的物质进行化学还原反应,再次变为金属单质,而氢气是水分的组成化学元素,避免水分进入熔池影响焊接质量。
中图分类号: P755 文献标识码: A 文章编号:
自80年代初我国实行改革开放政策以来,通过引进国外先进制造技术,已逐步将焊接工艺评定作为企业保证焊接质量必不可少的重要环节,对控制产品焊接质量取得了十分显著的效果。但同时也必须看到,生产企业在完成焊接工艺评定工作中也还存在着不少值得重视的问题。由于焊接工艺本身可变参数繁多。对焊接质量的影响因素也十分复杂。因此,在企业中既要使焊接工艺评定工作不流于形式,使其成为控制产品焊接质量的有效手段,又要避免耗资可观的重复评定,使企业能在最经济的条件下完成必要的焊接工艺评定,确实是一项相当困难的任务。加之,我国现行的几种焊接工艺评定标准还不尽完善和合理。并且随着国际项目的不断增多,国际监理公司的介入,对产品的焊接质量提出了更为严格的要求。而外方在工程的技术协议中更多的会提出要依照用户所在国家或国际上知名的焊接标准执行,例如美国焊接协会的《AWS D1.1/1.1M钢结构焊接规范》(以下简称《规范》)等等,又进一步加大了这项工作的难度。下面简要介绍一下AWS D1.1焊接标准中焊接工艺评定的一般流程及注意事项。
焊接工艺评定就是对事前拟订的焊接工艺规程能否焊出合乎质量要求的焊接接头进行评价。基本做法是利用所拟订的焊接工艺规程对试件进行焊接,然后检验所焊接头的质量。凡符合要求的,评为合格,该焊接工艺可用于生产,否则为不合格,须重新拟订焊接工艺规程,再次评定,直至符合要求为止。
焊接工艺评定一般流程为:
1.焊接工艺评定立项。通常由生产单位的设计或工艺技术管理部门跟据新产品材料、接头形式、所采用的焊接方法和钢板厚度范围,以及老产品在生产过程中因材料或焊接工艺的重大改变,需重新编制焊接工艺规程时,提出需要焊接工艺评定的项目。
2.下达焊接工艺评定指导书。所提出的焊接工艺评定项目经过一定审批程序后,根据焊接标准和产品的技术要求编制焊接工艺评定指导书。其内容包括: 标识编号、接头形式、母材焊材金属牌号与规格、对接头性能要求、检验项目和合格标准等。
3.编制焊接工艺规程。由焊接工艺工程师按照焊接工艺评定指导提出的条件和技术要求进行编制。
4.编制焊接工艺评定试验执行计划。计划内容包括为完成所有焊接工艺评定试验的全部工作。从试件备料、坡口加工、试件组焊、焊后热处理、无损检测和理化检验等的计划进度、费用预算、负责单位、协作单位分工及要求等。
5.试件的准备和焊接试验计划经批准后即按焊接工艺规程,领料、加工试件、组装试件、焊材烘干和焊接。试件的焊接应由考试合格的熟练焊工。按焊接工艺规程规定的各种工艺参数焊接。焊接全过程在焊接工程师监督下进行。并记录焊接工艺参数的实测数据。如试件要求焊后热处理,则应记录热处理过程的实际温度和保温时间。
6.试件的检验。试件焊完后先讲行外观检查,然后进行无损探伤,最后进行接头的力学性能试验。如检验不合格,则分析原因,重新编制焊接工艺规程。重焊试件。
7.编写焊接工艺评定报告所要求评定的项目经检验全部合格后,即可编写焊接工艺评定报告。报告内容大体分成两大部分:第一部分是记录焊接工艺评定试验的条件,包括试件材料牌号、接头形式、焊接位置、焊接材料、保护气体、预热温度、焊后热处理制度、焊接能量参数等;第二部分是记录各项检验结果,其中包括拉伸、弯曲、外观检验、冲击、宏观金相、无损检验等。报告由完成该项评定试验的焊接工程师填写并签字,内容必须真实完整。
中图分类号:TH49 文献标识码:A
目前,压力容器焊接工艺评定是众多压力管道施工单位所经常遇到的问题,但由于对焊接工艺评定标准认识和理解上的偏差,经常会遇到焊接工艺评定覆盖范围问题,或覆盖范围重叠,导致评定项目重复,或覆盖范围断档,造成评定项目空缺,不能覆盖当前所遇到的压力容器产品。鉴于此,很有必要对焊接工艺评定的项目进行合理优化和整合,在确定焊接工艺因素的情况下,克服覆盖范围重叠和断档问题,减少焊接工艺评定数量,同时也为企业节省相关费用。
《承压设备焊接工艺评定》NB/T47011-2011于2011年10月1日起实施,在取代原有《承压焊接工艺评定》JB/T4708-2005基础上,对压力管道焊接工艺评定进行了重新修订,结合《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG R0004-2009要求,根据金属材料的化学成分、力学性能和焊接性能, 将钢制压力容器母材分为20余类,其中最常用的可以分为两类:一类是碳钢和低合金钢(Fe-1、Fe-2、Fe-3、Fe-4、Fe-5A),另一类是铬镍奥氏体不锈钢(Fe-8);焊接方法有以下几种:气焊(OFW)、焊条电弧焊(SMAW)、埋弧焊(SAW)、钨极气体保护焊(GTAW)、熔化极气体保护焊 (GMAW 和 FCAW)、电渣焊(ESW)、等离子弧焊(PAW)、摩擦焊(FRW)、螺柱焊(SW)和堆焊。其中焊条电弧焊(SMAW)、埋弧焊(SAW)和钨极气体保护焊(GTAW)为最常用的三种焊接方法。
和原来《承压焊接工艺评定》JB/T4708比较,《承压设备焊接工艺评定》NB/T47011-2011主要修订内容如下:
一、范围
1、适用范围从压力容器扩大到锅炉、压力容器与压力管道;
2、金属材料从钢扩大到钢、铝、钛、铜、镍 ;
3、焊接方法增加了等离子弧焊、摩擦焊、气电立焊和螺柱电弧焊;
4、评定曾加了复合金属材料、换热管与管板和螺柱电弧焊;
5、撤消了型式试件的评定。
二、术语与定义增加了8个内容
1、焊接工艺评定
2、预焊接工艺规程(pWPS)
3、焊接工艺规程WPS
4、焊接作业指导书(WWI)weldingworkingstruction
5、焊接工艺附加评定
6、在焊件和试件中加入了堆焊层。
7、螺柱电弧焊
8、缺欠
三、工艺评定因素及通用评定规则
评定因素分为通用和专用两部分,其中通用分类包括焊接方法、金属材料(母材)、填充金属、焊后热处理和试件厚度。专用部分包括重要、补加和次要三个类型。
按照《承压设备焊接工艺评定》NB/T47014-2011要求,焊接工艺评定流程为:拟定pWPS—评定pWPS—形成PQR—编制或制定WPS,此WPS中所记录的焊接工艺评定因素应是一个在将来焊接生产时可能使用的范围,生产作业时根据WPS编制用于各特定产品的具体的焊接作业文件即WWI,作为指导焊工施焊的操作性文件。
下面,从常用的母材和焊接方法,在不进行焊后热处理(AW)状态下,对钢制压力容器焊接工艺评定的完成提出以下优化意见,供大家参考:
(1)、碳钢和低合金钢
为充分利用工艺评定的覆盖范围,在拟定预焊接工艺规程(pWPS)时,选择焊接工艺评定时间的厚度分别为4mm、8mm和38mm,评定合格后,则他们的焊接母材厚度范围将分别为2~8mm、8~16mm和16~200mm。这样只用三个焊接工艺评定项目即可不间断地覆盖2~200mm的所有厚度。具体如表1所示:
表1
序号 焊接方法 热处理
类别 试件母材厚度
(mm) 焊件母材厚度覆盖范围(mm)
1 SMAW、
SAW和
GTAW AW 4 2~8
2 8 8~16
3 38 16~200
根据排列组合原则,每个厚度的母材根据焊接方法不同各有三个不同的焊接工艺评定,但实际操作中,对于中厚度(如8mm)和厚板(如18mm),可以采用两种或三种不同的焊接方法的组合评定来代替分别评定,以减少焊接工艺评定的数量。
(2)、铬镍奥氏体不锈钢
铬镍奥氏体不锈钢压力容易,一般不进行焊后热处理,而对于温度大于或等于-196℃的铬镍奥氏体不锈钢母材可免做冲击试验。但GB150.4-2011《压力容器 第4部分:制造、检验和验收》7.2.3规定“当设计温度低于-100℃且不低于196℃的铬镍奥氏体不锈钢制容器在相应的焊接工艺评定中,应进行焊缝金属的低温夏比(V型缺口)冲击试验,在不高于设计温度下的冲击吸收功(KV2)不得小于31J(当设计温度低于-192℃时,其冲击试验温度取-192℃)”。故对于铬镍奥氏体不锈钢制压力容器,其焊接接头的焊接工艺评定项目,则需要分为不要求焊缝金属进行冲击试验和要求焊缝金属进行低于-100℃的低温冲击试验两种情况(详见表2、表3)。
表2
序号 试件母
材类别 焊接方法 热处理类别 试件母材厚度(mm) 焊件母材厚度覆盖范围(mm)
1 不要求焊缝金属进行冲击试验) SMAW、
SAW和
GTAW AW 6 1.5~12
2 38 5~200
表3
序号 试件母
材类别 焊接方法 热处理类别 试件母材厚度(mm) 焊件母材厚度覆盖范围(mm)
1 要求焊缝金属进行冲击试验) SMAW、
SAW和
GTAW AW 4 2~8
2 8 8~16
3 38 16~200
根据《承压设备焊接工艺评定》NB/T47011-2011和《承压焊接工艺评定》JB/T4708要求,按照常用母材组别种类,在不考虑焊后热处理的情况下,钢制压力容器常用焊接工艺评定项目具体明细如表4所示:
表4
试件母材组别 焊接方法 试件母材厚度(mm) 焊件母材厚度覆盖范围(mm) WPQ项次
Fe-1 SMAW 4 8 16 38 2~200 4
SAW 8 16 38 8~200 3
GTAW 4 8 16 38 2~200 4
Fe-3 SMAW 4 8 16 38 2~200 4
SAW 8 16 38 8~200 3
GTAW 4 8 16 38 2~200 4
Fe-8(不要求焊缝金属进行冲击试验) SMAW 6 38 1.5~200 2
SAW 38 5~200 1
GTAW 6 38 1.5~200 2
Fe-8(要求焊缝金属进行低于-100℃低温冲击试验) SMAW 4 8 38 2~200 3
SAW 8 38 8~200 2
GTAW 4 8 38 2~200 3
合计 35
结论
综上所述,在《承压设备焊接工艺评定》NB/T47014-2011实施后,钢制压力容器施工企业可以在理解新的标准的基础上按照本文所述内容,对钢制压力容器的焊接工艺评定进行优化。在常用母材和焊接方法、不考虑焊后热处理(AW)状态下,只需完成表中所列35个焊接工艺评定项目即可做到既不出现过多重叠,又能保证全部覆盖范围,同时又能节省企业相关费用的优化效果。
参考文献:
1、《承压设备焊接工艺评定》NB/T47014-2011;
中图分类号:C93文献标志码:A文章编号:1673-291X(2011)09-0313-02
随着社会的发展,起重机械的应用越来越广泛。据统计,目前中国已成为世界起重机械制造、使用大国,并以每年15%左右的速度递增,事故率居八类特种设备前列且呈高发态势。因焊接质量问题发生纠纷及事故,占整个起重机械制造环节的70%左右。因此,焊接对起重机械的产品质量至关重要。通过实际工作来看,焊接工艺评定工作做得差距较大,存在的问题较多。现选定某经济发达中等地区10家桥门式起重机制造企业,其中A级3家,B级3家,C级4家,就焊接工艺评定工作进行调查研究。通过调查分析来看,A级制造企业有两家对焊接工艺评定有一定的认识,执行较好,一家对此没有认识,认为必要性不大;B、C级制造企业对此全部没有认识,或者说不懂什么是焊接工艺评定。本次调查80%的制造企业都存在较多问题。通过分析,导致问题发生的原因:一是起重机制造在中国起步较晚,基础薄弱;二是制造企业重视程度不足,认识错误;三是中小制造企业技术力量不足,邯郸学步,依赖大企业;四是缺乏专门的规范、标准。为更好地保证起重机焊接质量经分析研究提出以下对策。
1.制造企业应充分认识进行焊接工艺评定是整个焊接工作的前提。焊接是制造桥门式起重机的重要工艺,对产品质量起决定作用。起重机焊接质量包括诸多方面的内容:焊缝外观、焊接缺陷、焊接变形与应力、焊接接头的使用性能和焊接接头外型尺寸等。对焊接质量,焊前需要在试件上进行验证,并评定施焊单位的能力,这就是焊接工艺评定。只有评定合格,才能施焊产品。否则,焊接质量就难以得到保证。所以,各制造企业管理层,尤其是法人代表、质保工程师和焊接系统责任人,必须高度重视起重机械的焊接工艺评定工作。
2.焊接工艺评定不允许从外单位输入,必须依靠自己。焊接工艺评定应在本单位进行,不允许“照抄”或“输入”外单位的焊接工艺评定。调查中,制造起重机械的法人代表,特别是B、C级企业,往往知识水平不高,对销售工作特别关注,对焊接工作则不重视。还有很多人认为,焊接工艺评定没有必要,是实际生产条件的机械重复,这种认识是非常错误的。究其原因是对焊接工艺评定的目的不清楚,对焊接不重视。当用到焊接工艺文件时,依赖性太强,一般通过正常或非正常渠道从外部索取。这种从外单位得到图纸或工艺,特别是通过非正常渠道获得,难免会有错误,直接造成产品焊接质量下降,甚至是发生事故。如某制造企业在焊接一台QD80/20-
22.5A5通用桥式起重机箱型主梁时,由于是第一次制造没有经验,所以照搬借用一老企业的图纸,自己也没有做焊接工艺评定。因此,在接近端梁1/4处,不等厚板连接时,采用的焊接电流过小,导致严重未焊透,充其量是“热贴”,幸亏在设备出厂前发现了这一缺陷,在制造厂返工两次,终于合格。我们知道1/4处受剪应力是最大的,如果设备投入使用,会酿成主梁折断事故,损失惨重。桥门式起重机的端梁、小车架开焊,导致产品质量事故,更是多见。在调查中60%的制造企业的起重机械焊接工艺,小企业照搬大企业、新企业照搬老企业,设计文件是别人家的,焊接工艺文件是别人家的,自己根本不会计算,真正自己的东西很少,出现“有证无能”的现象。久而久之形成制造企业不像一个企业,而只像一个生产车间的局面。对此,制造企业稀里糊涂,根本不知道怎样去改进,错了甚至还振振有词、理直气壮,一错再错。
3.焊接工艺评定与焊工技能评价不能混为一谈,必须明确二者的根本区别。对焊工技能评价的目的是要求焊工按照评定合格的焊接工艺焊出没有超标缺陷的焊缝。焊接工艺评定的目的在于验证焊接工艺指导书的正确性及本单位的施焊能力,焊接工艺正确与否的标志在于焊接接头的使用性能是否符合要求,若符合要求,则证明所拟定的焊接工艺是正确的。对于合格焊缝而言,一是接头性能应符合要求,二是焊缝没有超标缺陷,这就很好地说明了焊接工艺评定与焊工技能评价之间的关系。换句话说,一条焊缝如果合格焊工遵循经评定合格的焊接工艺,那么焊接质量就得到了保证;如果不遵循经评定合格的焊接工艺,不管焊工技能多高,则焊接质量就得不到保证。因此,焊接工艺评定与焊工技能评价不能混为一谈。调查中,60%的制造单位认为,只要焊工有证,焊接工艺评定没有必要。这种认识是非常错误的。
4.桥门式起重机焊接工艺评定的重要因素、补加因素和次要因素不清,必须区别对待。重要因素是指影响焊接接头抗拉强度和弯曲性能的焊接工艺因素,如焊接方法、母材类别、焊条牌号、保护气体种类等。补加因素是指影响焊接接头冲击韧性的焊接工艺因素,如焊接电流的种类和极性等。次要因素是指对要求测定的力学性能无明显影响的焊接工艺因素,如坡口形式等。当变更任何一个重要因素时都必须重新进行焊接工艺评定,当变更次要因素时不需要重新进行焊接工艺评定。当有冲击要求时,补加因素上升为重要因素,否则,就成为次要因素。当同一条焊缝使用两种或两种以上焊接方法或重要因素、补加因素不同的焊接工艺时,可按每种焊接方法或焊接工艺分别进行评定;亦可使用两种或两种以上焊接方法、焊接工艺焊接试件,进行组合评定。通过调查分析来看,桥门式起重机用所涉及到的焊接方法是焊条焊、气体保护焊、埋弧焊、自动焊四种;所涉及到的母材是Q235、Q345。通过与承压类设备对比,结合实际分析来看,预热和焊后热处理对桥门式起重机不适用;其他重要因素如果发生变更,则必须重新做焊接工艺评定,如母材从Q235变为Q345,厚度超出覆盖范围,焊接方法从SMAW变为GMAW等等。桥门式起重机对焊接接头无冲击要求,因此,补加因素降为次要因素。
5.桥门式起重机主要受力构件的对接焊缝与角接焊缝应区别对待。桥式起重机的主梁、端梁、小车架、吊具横梁及门式起重机的主梁、支腿为主要受力构件;主要受力结构件的焊接应当符合相关焊接标准的要求(参见TSG Q0002-2008及TSG Q7001-2006)。这就要求主要受力构件受拉区、受压区的对接焊缝均必须首先做焊接工艺评定。TSG Q0002-2008规定:冶金桥式起重机,对偏轨箱形梁及带副桁架的单腹板梁,其上翼缘部分应当优先采用T型钢,否则主腹板与受压翼缘板的连接应当采用双面连续焊缝,并且焊透。那么,这种情况下,角焊缝必须做焊接工艺评定。
对于其他类型的角焊缝(如箱型梁四条角焊缝、大小筋板及水平拉筋角焊缝)如果标准规范和技术文件中规定必须焊透,那么必须要做焊接工艺评定;如果不要求焊透,那么是否需要做焊接工艺评定呢?通过分析研究,参照JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》和《蒸汽锅炉安全技术监察规程》,得出结论:可以不用重新做焊接工艺评定,仅参照腹板对接接头对接焊缝的焊接参数即可。如:SAW四条角焊缝,腹板δ =6mm 盖板δ =8mm,可以借用板厚为δ =6mm的对接焊接的参数制定焊接工艺指导书,如:I=340A,V=24V,焊接速度=300mm/min。
6.执行的规范、标准滞后。起重机械目前尚无专门的焊接工艺评定标准和规范,各制造企业可与监检机构商议,参照1996年8月19日劳动部劳部发[1996]276号《蒸汽锅炉安全技术监察规程》附录Ⅰ“焊接工艺评定”,制定本企业的起重机械焊接工艺评定准则(参见质检特函 [2006]50号文)。专门正式的起重机械焊接工艺评定的规范和标准,直到现在也未见颁布。这样就给桥门式起重机的焊接工艺评定工作带来一定的混乱。所以,急需出台专门关于起重机的焊接工艺评定的规范、标准。在规定中应明确:哪些焊缝需要做焊接工艺评定?不要求焊透的T型接头角焊缝、角接接头角焊缝怎样处理等等情况。
桥门式起重机焊接工艺评定工作,实际情况较差,而焊接工艺评定全部采用锅炉、压力容器的标准、规范,又有些过于严格。本着科学、合理、实效的原则应折衷处理。尽快出台一部关于起重机焊接工艺评定规范或标准,以规范和约束起重机的制造焊接行为,保障设备的安全运行。
参考文献:
[1]钢制压力容器焊接工艺评定[Z],JB4708-2000.
计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning)是将产品设计信息和加工条件,通过计算机借助于工艺数据库,转换成加工工艺规程。通过应用计算机来辅助焊接工艺设计的过程。在此过程中,计算机对焊接工艺设计过程的各项数据进行采集、存储并打印出规范的报告书,并可对信息进行归纳、设计、运算和分析。其速度快,信息存储量大,可实现焊接工艺文件的优化设计。在确保焊接质量的前提下,可以快速选择既经济又合理地焊接工艺,并同时体现科学性和先进性[1]。
要提高焊接结构的质量和性能,一个至关重要的因素就是合理地选择焊接工艺参数,制定正确的焊接工艺,并严格执行焊接工艺。但由于焊接过程本身的复杂性、多因素性、经验性,使得焊接工艺参数的选择困难,其步骤多而繁杂。因此决定了焊接工艺参数的确定是计算机辅助焊接工艺设计中至关重要的一环,其逻辑关系的确定决定了辅助工艺设计系统的成败。
1 辅助焊接工艺设计
在进行焊接工艺设计时,焊接工艺设计向导根据工艺设计人员所选择的初始条件运用知识库中的知识,进行逻辑推理,在与设计人员的交互过程中最终实现焊接工艺的设计。具体工艺设计步骤如下:
1.1 选择初始条件
在焊接工艺设计中需要的选择初始条件包括母材牌号、母材组合方式、母材规格、母材状态、焊接结构类型、焊接位置等。系统这些初始条件作为下步工艺设计的基础。
1.2 焊接方法和材料
系统根据初始条件中选择的母材种类和母材规格来给出可以选用的焊接方法。在选择焊接方法后,工艺设计人员根据所选的焊接方法在材料以及焊材规格中做出选择。
1.3 焊接接头与坡口设计
系统根据前面选择的条件给出可采用的接头形式供选择。本系统涉及的焊接接头形式有三种:对接、搭接、角接。在用户做出选择以后,系统自动给出可选用的坡口形式,然后系统从坡口图形库中调出并显示相应的坡口图供工艺设计人员选择、修改或设计。
1.4 焊前清理及预热
系统根据所选择的母材牌号、母材规格、母材状态和焊接方法自动给出推荐的和可用的焊前处理类型及方法、预热温度、层间温度和中间热处理制度供用户选择,或由工艺设计人员进行定制设计。
1.5 焊接工艺参数设计
系统根据母材种类、母材规格、焊接方法和焊材规格给出了较优的工艺参数供工艺设计人员选择或修改使用。不同的焊接方法工艺参数的确定也不同,如点焊,焊接工艺参数根据焊件的材料种类和厚度来选择,首先确定熔核直径及电极的端面形状和尺寸,然后根据电极端直径选定电极压力、焊接时间和焊接电流。
1.6 焊后处理
系统根据上面设计的结果给出推荐的参数,以选择焊后热处理温度、加热方式、焊后消氢处理温度和时间、焊缝处理以及焊缝质量检验要求等。确定以上工艺设计流程之后,就要具体到每一步骤地实现,并且要使其方便于程序的设计。整个工艺设计的重点放在工艺参数的确定。
2 工艺参数逻辑关系确定
焊接工艺参数(焊接规范),是指焊接时为保证焊接质量而选定的各项参数(如焊接电流,焊接时间,焊接速度等)的总称。合适的规范参数是实现优质焊接的重要条件。焊接工艺参数的确定具有如下特点:
2.1 与焊接工艺评定标准和工艺标准密切相关
在制定焊接工艺时,要依据焊接工艺标准进行工艺参数设计,然后按工艺评定标准进行工艺评定,以验证所设计的工艺参数是否合理。
2.2 需要考虑的各种影响因素比较多,涉及的相关信息量大
诸如焊接方法、材料种类、接头厚度、焊材种类、焊后热处理制度等都是必须加以考虑的因素。而各种因素包括的具体内容也相当多,比如焊接材料,就有焊条、焊丝、焊剂、钨极、保护气体等五种,每种焊材又包含若干个子类,而每个子类又包括若干具体的焊材。
下面以点焊为例探讨程式化确定工艺参数逻辑关系:
点焊规范参数的选择主要取决于金属材料的性质、板厚及所用设备的特点(能提供的焊接电流波形和压力曲线)。点焊的工艺参数主要有焊接电流Iw、焊接时间tw、电极压力Fw、和电极工作面尺寸等,它们之间密切相关,而且可在相当大的范围内变化来控制焊点的质量。点焊工艺参数的选择就是确定出焊接每个焊点所需的电极直径、焊接电流、通电时间、和电极力等。选择的基本出发点是保证获得满足强度要求的焊点。这种焊点必须没有内外缺陷,且具有与厚度相适应的熔核直径和焊透率。选择的主要依据是焊件的材料特点、产品结构特点、和焊接设备特点。确定点焊工艺参数的一般程序是:第一步初选各参数,第二步现场工艺试验并进行调整与修正,最后确定出最佳参数。初步选择工艺参数是关键。有多种初选方法,目前热计算方法困难很大而没有被采用,更多的是理论分析与经验相结合进行初选。任何初选方法的工艺参数都要经现场工艺试验进行检验,达不到技术要求的必须进行调整与修正。
初选工艺参数方法主要有三种:(1)简易图表法;(2)近似资料换算法;(3)查表法。
点焊工艺参数通常应根据焊件的材料种类和厚度来选择,首先并按所要求的熔核直径确定电极的端面形状和尺寸,然后根据电极直径选定焊接电流、电极压力和焊接时间。而在编程过程中,关键需解决的地方是给出未知中间值时工艺参数确定。即给出中间值时如何根据初选方法确定其具体工艺参数。为方便编程的需要,在此我们选择近似资料换算法进行参数确定工作。近似资料换算法是当一种材料某一厚度的焊接工艺参数已知,欲选材料相同或相近,但厚度不同的工艺参数时,可用下式进行换算:
Ix=I0(dx/d0)0.8; tx=t0(dx/d0)1.2; Fw=F0(dx/d0)1.3
d0 、I0 、t0 、F0-----已知某一厚度点焊时的电极直径、焊接电流、焊接时间和电极力
dx 、Ix 、tx 、Fw -----材料相同或相似,厚度不同时待选的工艺参数(dx按dx=5√d求出)
而对其它工艺参数的确定用到的经验公式如下[2]:
(1)d=2d+3;(2)η=30~70;(3)c’?0.2d;(4)e>8d;(5)s>6d。
d:熔核直径(mm)η:熔透率(%)c’:压痕深度(mm)e:点距(mm)s:边距(mm)(b) d:薄件厚度(mm)c:间隙(mm)。
工艺参数确定示例如下:如已知低碳钢d=2mm 确定其硬规范参数。
(1)依公式d=2d+3;得熔核直径 d=7mm;(2)依公式D=(1.1~1.2)d,得电极头端面直径 D=9mm ,即dx (3)依公式 Ix=I0(dx/d0)0.8;tx=t0(dx/d0)1.2;Fw=F0(dx/d0)1.3。
最后,可通过下面工艺参数表1查找最相近板厚工艺参数代入计算得Ix、tx、Fw
表1 低碳钢焊件点焊典型焊接工艺参数[3]
板厚/mm 熔核直径/mm 电极端直径/mm 电极直径/mm 最小点距/mm 最小搭接量/mm 电极压力/mm 焊接时间/周 焊接电流/kA
0.4 4.0 3.2 10 8 10 1.15 4 5.2
0.5 4.3 4.8 10 9 11 1.35 5 6.0
0.6 4.7 4.8 10 10 11 1.50 6 6.6
0.8 5.3 4.8 10 12 11 1.90 7 7.8
1.0 5.8 6.4 10 18 12 2.25 8 8.8
1.2 6.2 6.4 13 20 14 2.70 10 9.8
1.6 6.9 6.4 13 27 16 3.60 13 11.5
1.8 7.4 8.0 16 31 17 4.10 15 12.5
2.0 7.9 8.0 16 35 18 4.70 17 13.3
2.3 8.6 8.0 16 40 20 5.80 20 15.0
3.2 10.3 9.5 16 50 22 8.20 27 17.4
另外,在点焊工艺设计时对于是否要考虑点焊电阻(包括接触电阻、焊件内部电阻)对工艺参数,尤其是焊接电流的影响。在电阻焊中,除闪光对焊,其它电阻焊焊接方法的接触电阻在焊接过程中随温度升高而很快消失。若用常规焊接条件做点焊,其接触电阻产生的热量与总热量之比不超过10%,即占熔核形成所需热量的比例不大,但在很短的时间完成的点焊,如电容储能点焊,接触电阻在形成融合所需的热量都起决定性的作用。在这种情况下保持接触电阻的稳定十分重要,故必须保证焊件表面准备良好。对于其它点焊母材,如铝合金、低合金钢、不锈钢、高温合金、钛及钛合金、铜及铜合金、镀锌钢板、淬火钢等等,它们的工艺参数确定过程,除个别工艺参数的不同,与低碳钢是类似的过程,在此不再一一详述。焊接过程是一个多因素影响的复杂过程,要综合考虑各个条件的影响,而工艺参数的确定过程也会是一个反复检验,多次确定的过程。点焊工艺参数确定流程图1所示。
图1 点焊工艺参数确定流程图
3 参数确定程序设计分析
在确定了工艺参数的逻辑辑关系之后,下一步就是针对工艺参数的选择乃至整个工艺设计流程的程序设计阶段。在程序设计中,我们应用了Visual C++编程平台进行设计,上述的工艺参数确定过程,为程序化的软件设计奠定了基础,我们通过将设计过程中条件―结果的确定过程,转化为程序中的推断过程来进行程序设计。达到实现该辅助设计系统的目的。
4 结语
本文在研究和分析已有焊接辅助工艺设计系统的基础上,针对钢结构焊接工艺设计和生产的特点,重点研究了焊接过程中点焊工艺参数逻辑关系的确定,使其适合于编程的需要。在提高焊接质量、准确性的同时,更优化了软件的程序设计。
参考文献:
随着科学技术的发展,建筑钢结构出现各种各样的新材料,并且同种材料的类型多样化,不能对所有类型的钢结构都采取相同的焊接工艺来进行评定,因此一定要根据不同的接头形式来决定采取的是哪一种焊接工艺评定。所以建筑钢结构焊接工艺的评定内容需要技术人员不断地进行探索以及完善。
1 建筑钢结构焊接工艺评定的发展现状
1.1 建筑钢结构整体现状分析
建筑钢结构一般具有结构稳定、使用寿命长以及生产效率高的特点,因此主要被应用于工业厂房、仓库、高层建筑以及公共建设中,我国的大部分的钢企业在生产技术和生产质量方面等都取得了不错的成绩,但是在焊接水平以及焊接工艺评定两方面还比较落后。建筑钢结构的类型多种多样,在焊接工艺评定方面需要具体问题具体分析,不能把同一种焊接工艺评定内容套用在所有的建筑钢材料类型中,否则将会引起建筑物的质量不合格,带来不可估量的后果。我国国内的建筑工程在钢结构焊接工艺评定方面都不符合施工条例的规范,只有大型重点工程的钢结构焊接工艺评定在一定要求之内,小型的建筑公司一般使用通用型的钢材,虽然刚才本身不合格,但是在焊工技术过硬的情况下,就可以躲避钢材结构不足的检查,另外专业监理没有尽到相应的责任,不按照施工条例的规定要求实行严格的检查。当然大型的钢结构和重型钢结构一般都能遵守建筑钢结构焊接工艺评定的标准要求,但是试件工艺评定内容存在一定的局限性和不足,一般都是重点关注材质的焊接性,忽视了防止构件脆性的重要性。
1.2 焊接工艺评定不符合标准要求
标准要求的建筑结构焊接工艺一般包括七个工序,第一焊接;第二定位焊;第三焊件组装;第四预热;第四矫正;第五后热。而在多数施工单位中,并没有严格按照这几大步骤来执行,其焊接手法与实践焊接手法存在诸多差异,工艺评定指导书上的内容只是为了用来应付试件的。国家相关部门制定出建筑焊接工艺评定的目的就是为了使建筑焊接工艺能够满足工程钢构件的需求,保证工程建筑的质量。
1.3 钢结构焊缝出现自由伸缩现象
在焊接时,由于技术人员处理不当,易使焊接材料中的水分以及铁锈油污等杂质,在施焊时会被分解而给焊缝中带入氢,由此会使焊缝出现自由伸缩的现象。另外,在进行焊接时使用的试板尺寸太小,会导致没有约束力,让焊缝出现自由伸缩状态,其残余应力比实际构件残余应力小很多。
1.4 选用的焊件板厚不适合试件厚度
焊件板厚的选择要根据不同的试件厚度来决定,例如气保焊以及埋弧焊这些样式的试件厚度选择覆盖的范围在2t左右。一般上只要是钢件结构比较薄或者约束性比较小的都使用这种厚度的覆盖范围,而较厚的板件要选择不同的覆盖范围。
2 关于钢结构焊接工艺评定的几点探索
2.1 焊接工艺的选取要随着结构的变化而变化
相关部门规定焊接工艺一定要严格按照标准的要求来进行配置和安装焊接技术工艺,必须依照结构的样式选取,目前建筑单位在施工的设计阶段,设计人员也在焊接工艺的选取方面都对不同的结构样式做出相对的论述,但是还没有形成一定的系统以及实现专业化。为了使结构样式和焊接技术工艺评定相符合,相关工作人员可以根据施工设计的论述应用到实践操作中,经过不断的反复实验总结,形成独特的焊接技能工艺,并且对不同的焊接工艺适合不同的结构类型进行分门别类。当然要实现这个目标就必须增加实际的配备,根据安装焊接技术工艺的评定内容来来操作。
2.2 关于特殊建筑钢结构的应用
一般的钢结构都需要采用建筑钢结构焊接工艺进行评定,但是比较特殊的钢结构就不需要按照这个来进行评定,例如常规轻钢结构,这种类型的钢结构焊缝已经在技术规范里做出了相关的规定,必须要采用无损探伤的,因此验收的时候不需要添加建筑钢结构焊接工艺评定的指标和各项规定。常规轻钢结构标准的焊接技术工艺在国内外都已形成了完整的工艺体系,只要是考到了证件的焊接职工,都是基本掌握了其基本技术和能力。如今的焊接技术工艺评定普遍还需要考察焊机操作和焊接施工单位的焊接职工的真实技能。当然施工单位不需要因为参数的变化而重新评定焊接工艺技术,因为在具体的操作规程中已对焊接的技术工艺与应用方法作了详细的阐述。另外,建筑钢框架结构中如果改换了焊接电流和焊条直径,就不需要对其进行焊接工艺评定工作,以免浪费不必要的资源。
目前,施工单位以及机构在轻钢工程的焊接技能以及工艺评定中,大多数是不按正常标准要求的,所谓的评定也是表面上的形式,在此情况下,建筑钢结构焊接工艺的评定工作是否开展由业主以及监理任务的职员决定,这样职员也可以决定评定的深度,具体情况具体分析。
2.3 根据实际情况来决定特大型钢结构的工艺评定
特大型钢结构的焊接技术工业评定需要根据实际配备的焊接工艺来开展,在评定标准合格后才能落实到具体的技术工艺中,因为特大型钢构造的零部件通常在现场安装焊接接头,如果按照模拟的样式制作,可能会造成大量的材料耗费,而且可操行性也会有一定程度上的降低,影响工程的进度。特大型钢结构比较准确的评定方式主要有四点。
第一,在施工过程中一方面对焊缝进行测试,另一方面对焊接温度进行测试,结合两方面的结果开展实际检测,如果检测的结果还不能满足实际施工工作的要求,则需要进一步开展残余应力的实际测试,然后进行有效的审验,再判断焊接工艺评定方案中工艺参数正确与否,在出现工艺漏洞的情况下,必须立即采取行动进行修改。
第二,在评定特大型钢结构的零部件时,如果遇到全新的材料以及街头样式,首先需要确定接头的焊接性能,其次是明确非常规材料的焊接性能,在此基础上,可以灵活随意的抽取样本,然后在根据所选择的类型按照既定的程序开展工作。
第三,对特大型钢结构零部件进行无损坏化的探伤并不是产品本身的要求,而是建筑钢结构焊接技术工艺评定的硬性要求,因此开展无损坏探伤工作可依据焊接技术工艺评定来执行,另外,对于不具有熔透性能的焊缝也是可以依据其焊接技术工艺评定内容来进行评定的,但是要特别注意厚板的框架一定要在冷却到接近或达到室温并且经过48小时以后才能正式进行评定。
第四,在规定一套焊接工艺策略和焊接参数时,一定先要确定框架焊接接头的冷凝时间,然后最终明确接头的可约束水准,当然理论上是要严格按照这个工序开展工作的,但是在施工过程中要具体问具体分析,一定要根据实际情况而定,比如借鉴性地检测接头的韧性以及脆性,同时要检测预热焊接后的热处置以及预应力,最终制定出零部件的焊接策略以及焊接参数。
我国在建筑钢结构焊接工艺上取得一定的发展,但是建筑钢结构的整体水平还不高,特别是在焊接工艺评定这一方面更是落后,因此一定要客观地看待建筑钢结构焊接工艺评定存在的不足,不断地在实践中总结,最终探索出一套完善的工艺评定策略,为建筑钢结构事业的发展作出贡献。
参考文献:
中图分类号:TM621 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)37-0155-01
火电项目的焊接管理对于工程质量与效率有着相当重要的作用,对火电项目焊接的质量进行控制和管理就可以相应的提高火电项目的焊接管理水平。当前,越来越多的国内企业开始走出国门并参与国际火力发电厂项目的建设中,不过,在项目的焊接控制管理过程中也遇到各种亟需解决的问题。比如,电站建设焊接标准执行问题、电站焊接的工艺评定问题、焊工的资质管理问题、焊接过程控制问题等。[1]随着社会不断发展和市场不断变化,火电项目的焊接管理要逐渐的适应并且满足社会发展和科学变化的需要,在实践过程中快速的提高火电项目的焊接管理水平,从而使得火电项目的焊接质量得到持续稳定的提高,火电项目的焊接管理有着非常重要的意义。
1 国际火电项目焊接管理的特点
1.1 对构建焊接管理全过程控制体系的重视
焊接技术的管理和控制在火电项目管理中占有非常重要的地位,因此,在国际火电项目的研究过程中,其不仅应该包括从焊接项目的设计开始一直到焊接受体的使用寿命周期结束的全过程,并且还应该涵盖焊接工人的认证、焊接工艺评定及管理焊接技术过程控制管理和焊接标准选定等系统管理过程。[2]现今的国际火电项目焊接管理也对构建焊接管理全过程控制体系采取了重视,所以需要管理者要切实的对全过程合理的构建文件管理体系以及质量管理体系,并且严格的遵从《焊接质量标准》。
1.2 焊接标准执行具有一定的复杂性
在国际火电项目焊接管理中,除了雇主采用某一种特定的焊接标准,否则通常情况下采用的都是两种焊接标准一起执行的方式,由于工程分包等其他因素,在国际火电项目中汽轮机及其辅机、锅炉及其辅机以及发电机及其辅机等影响了工程速率和工程质量的关键性项目,通常情况下,都是由本国专业专业性比较强的电力施工分包商进行施工,而当地的分包商就只能得到施工BOP区域的施工项目,这种现象的形成,就导致了本国的施工分包商应用本国标准项目的所在国施工分包商执行ASME等国际焊接标准的情况的出现[3]。
1.3 焊接工艺的界定
在焊接工程开工前,要制定焊接工艺评定的一览表,其是由该项目焊接专业公司焊接专工根据工程施工图纸进行统计而得出的,然后工程焊接具体要求和情况进一步的进行申请,同时,公司工程技术质量部需要依照项目提出的焊接工艺评定一览表展开总结和分析,直到焊接工艺评定标准确定后,再向焊接专业公司培训中心发出《焊接工艺评定任务书》,评定的项目需要覆盖全过程项目焊接工程一览表,参照工程规定编制《焊接工艺评定方案》,然后,焊接专业公司培训中心进行焊接工艺评定[4]。
2 火电项目的焊接管理中的质量缺陷因素表绘制方法
本文抽取发生缺陷产品或者质量问题数据80个,进行火电项目的焊接管理中的质量缺陷因素表的绘制(只供参考分析)[5](如表1)
3 焊接施工前质量控制与管理方法探究
对于已经完成得焊接项目策划,然后需要对施工前质量准备工作进行铺垫。[6]实现焊接质量标准的运行机构组织的贯彻和标准,其主要可以分为以下的几个步骤:
3.1 对贯彻质量标准的相关工作机构进行系统科学的构建,通常情况下贯标工作机构由最高职权者担任负责,职权者代表履行副职的义务,将贯彻的工作普及到各管理层级,再由职能部门相关负责人承担机构成员的任务,对下发的任务进行进一步的实施[3]。
3.2 将焊接质量管理工作主管部门进行确定下来,并且对管理者进行任命,管理者代表在质量管理工作主管部门的合作与协助下,具体的根据贯标工作机构进行最终的决策,然后对组织落实质量管理体系进行的实践和构建。[7]
3.3 建立专门负责编写焊接质量管理体系文件的小组,对焊接工程项目中的质量管理体系的细节进行记录,以便考证和研究。
4 焊接无损检验
焊接无损检验指的是在电力工程建设施工中,对焊接质量控制和监督量问题的一种重要措施,采用无损检验结果反馈的方法,进一步的提升焊接技术和工艺,进而使得工程焊接质量得到保证。 工程施工过程中,为了令工程焊接质量受到监控,可以在焊口检验的时候构建停工待检点,在焊口焊接任务结束后当天就采用射线检验的方法进行检验,必须要检验结果符合标准后才可以继续实施焊接任务。
5 结论
总起来说,想要对国际火电项目的焊接管理达到有效的控制,必须在实际管理中不断的突破,不断地寻找合适的管理方案以及大量的培养管理人才,因为毕竟作为一个技术型领域,不应该单单只注重焊接技术的培养,如果想要有效的降低成本,在火电项目的焊接管理方面就要进行一次保质保量的提升。国际火电项目的焊接管理的失败有很多并不是技术方面的欠缺,仅仅是管理上的管理不当而导致,对于上文分析的国际火电项目的焊接管理发展对策将会大大降低管理方面的失误,使得在该项目上的管理变得更加得心应手。
参考文献
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[3]朱志前,马正良,郭鑫,李卫峰.600MW超临界火电机组焊接质量控制浅析[J].现代焊接,2011(12):15-20.
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随着金属材料的产量和质量的不断提高,发挥材料的各种性能,充分挖掘潜力,做到既合实用又节省。由于很多合金元素多,给不锈钢及耐蚀耐热合金焊接带来很大的困难。从焊接力学性能等方面来看,很多时候焊后缝残留有横向熔渣。不锈钢手工电弧焊 MIG 实心焊丝不锈钢药芯焊丝效率低 焊接接头的性能好坏,直接关系着设备使用的安全性。由于不锈钢的特殊的焊接性能,在未来的时间里对奥氏体不锈钢焊接的了解也应该越来越重视。目前对不锈钢及耐蚀耐热合金的焊接技术掌握不多,随着生产效率的提高,质量的改进,不不锈钢的焊接技术也越来越成熟起来。焊接成按规定设计要求的构件,满足预定的使用条件。同时对于不锈钢的焊接的研究已经越来越迫在眉睫。
一、焊接技术的基本要求
焊接材料多数具有良好的塑性和高温、低温性能。它在焊接热循环的作用下,焊接过程中采用小的线能量输入,加快焊缝及热影响区的冷却速度;焊接时导热系数小,容易造成热影响区的晶粒长大。在高温状态下Cr 和C 形成化合物,导致焊缝的枝晶倾向加剧。因此要求尽量选择线能觉输入较小的焊接方法。选用能量集中,热导率高,热膨胀系数小,温度分布均匀,收缩量小的焊接材料,7 焊接方法是手工电弧焊,焊完的试件需要经过48H 时效后再作裂纹的检测和解剖。首先用莹光粉检查焊缝表面裂纹。一般用裂纹率作为评定标准。焊接裂纹的总长度通过试验测得为9.8mm 试件的裂纹率小于20%。外观检查 GB1拉伸试验:焊接位置:对接焊缝位置 1G 焊接方向:(向上、向下),角焊缝位置: 焊接方向向上或者是向下,保护气体:气体种类混合比流量(L/min);技术措施:摆动焊或不摆动焊:摆动 摆动参数:焊前清理和层间清理:焊前磨削清理,碳弧气刨单道焊或多道焊:多道焊 单丝焊或多丝焊。
二、焊接工艺的有效控制
(一)有合理的焊接工艺思路。焊接工艺需要有一定的步骤,首先需要进行焊接工艺性的分析,熟悉焊接工艺评定标准,了解厚度材料的焊接工艺,焊后需不需要进行热处理。其次要去确定这种焊接方法需要什么样的焊接材料,详细记录焊接参数,检查焊接表面质量,确定是否合格。
(二)焊接工艺的步骤。
1.焊接材料的选择。选择焊接材料的依据是同成分等强度原则,就是焊缝金属强度要于母材接近,选定焊条的直径为3.2mm。
2.焊接参数的选择需要根据经验来确定范围,然后利用试板来试焊接参数,焊接板必须要有出处有理化和力学性能试验报告,将引信点燃,将燃烧 的焊接笔头部对准待焊部位,经过2~4 s 后在被焊 部位进行焊接,试板制作完成后就进行焊接,焊接过程中要求记录的数据有焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接时间。
3.焊口的选择。纵口:钢材厚度10mm,分三层焊完,焊接电流100A~110A。填充焊采用焊条电弧焊焊法。当焊接电流80A~90A,采用正月牙形运条焊法。横口采用多层多道焊。焊接电流100A~110A,采用直线运条排焊法;焊接电流为80A~90A,采用直线运条排焊法。
4、检测焊缝。焊接结束,金属冷却后,焊接厚度大于1.5 mm 的金属板时,需要焊接、立焊方式。然后进行焊缝的表面检查,表面检查主要检查焊缝。
三、焊接中的注意事项
(一)焊接时发生直接电击事故。身体的某个部位接触到电焊条的带电部分,在登高焊接时,触及和靠近高压电网,手和身体某部位碰到接线柱,身上大量出汗时,容易发生这种电击事故;电焊设备漏电,电焊机漏由于潮湿而使绝缘损坏,或者是电焊机安装方法不符合安全要求。绕组之间绝缘损坏,错接变 压器接线,手和身体某部分触及二次回路和裸导体;一些坏的金属结构、管道、吊钩或其它金属物搭接作为焊接回路而发生触电。焊接切割设备要有良好的隔离防护装置,设有独立的电器控制箱,电气控制箱外壳应设保护接地和保护接零装置。设备接头切割设备发生故障需检修 ,必须戴绝缘手套,保持干燥、绝缘可靠。身体出汗后衣服不能靠在焊件上。在光线不足的较暗环境工作,必须使用手提工作行灯。焊接切割设备的安装或维修不得自行检查和维修焊接切割设备。
(二)尽量减少不均现象的发生,虽然焊条的含碳量底,但焊接性还是不错的。但是由于热导率低,热膨胀系数大,局部加热时温度分布不均匀,收缩量大等都将使接头在焊接过程中产生交大的内应力。在焊接的时候尽量避免或减少这种受热不均显现的发生,焊接的速度快些更好。
(三)尽量缩小焊接时间。铬、镍两元素相配合组成铬镍不锈钢,可以提高其耐蚀性和工艺性,具有较好的抗晶间腐蚀性能。铬能使不锈钢在氧化介质中产生钝化现象。镍是形成奥氏体的合金元素,经过热处理,可以增强不锈耐蚀性和良好的形变性能。碳与铬有很强的亲合力,随着固溶体中含铬量降低。当热变形温度超过共晶熔点时,与硫生成的 Ni3S2 能引起冷脆。 因此,在焊接时采用较小的线能量快速的焊接完成。
参考文献:
[1] Moore T J, et al. Joining NiAl using simultaneous comstion synthesis and pressure [J]. Scripta Metallurgica et Materialia, 1994, 30(4):463-468.