焊接工程師在ASME認證過程中的工作程序

作為一名焊接工程師，在ASME認證過程中的工作程序，可按照下列步驟進行。所必須遵循的標準文章中全部列出。1．當產(chǎn)品設(shè)計圖紙完成以后，焊接工程師根據(jù)按照ASME規(guī)范編制的“壓力容器質(zhì)量手冊”的要求編寫焊接接頭識別卡。根據(jù)設(shè)計圖紙標明的按照ASME規(guī)范2001版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12001EDITION)分類的A類，B類，C類，D類焊接接頭，給每個接頭編號，規(guī)定每個接頭所遵循的焊接工藝指導書(WPS)，材料類別號或者組別號，以及焊接方法和可行的焊接位置。2．焊接工程師按照質(zhì)量手冊的要求參照焊接接頭識別卡編寫第零版焊接工藝指導書(WPSRev.0)。2．1WPS，以及后來的PQR，WPQ等等所有ASME文件的格式最好對照ASME規(guī)范2001版第九卷(ASMESEC.Ⅸ)末尾的附錄中的樣表的格式，WPS當中，必須包括對所有重要變素的描述，見QW252-260。2．2WPS當中的變素按照ASME規(guī)范2001版第九卷(ASMESEC.Ⅸ2002EDITION)QW250的敘述。QW252(OFW)燃料氧氣焊，QW253(SMAW)焊條電弧焊，QW254(SAW)埋弧焊，QW255(GMAWandFCAW)氣體保護焊及藥芯焊絲氣體保護焊，QW256(GTAW)鎢極氬弧焊，QW257(PAW)等離子焊，QW258(ESW)電渣焊，QW259(EGW)電氣焊，QW260(EBW)電子束焊。3．根據(jù)ASME規(guī)范2001版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12001EDITION)的UW-28的規(guī)定，對所遵循的每一項焊接工藝作出工藝評定(PQR)。3．1焊接工藝評定的材料與設(shè)計圖紙相同，SA662-C+SA662-C；SA662-C+SM-400。SA662-C按照ASME規(guī)范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-420材料的分組，類別屬于P-No.1，組別屬于GroupNo.2，強度等級C,亦即最小抗拉強度70-90ksi，大約相當于485-600Mpa。鋼號UNSNo.K02007。SM-400的性能接近20號鋼。工藝評定用母材與評定母材的適用范圍應(yīng)遵循QW-424的規(guī)定，并體現(xiàn)在WPS中。焊接工藝評定是在ASME規(guī)范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)QW－200各項條款的指導下進行的。3．2焊接材料的選用，根據(jù)ASME規(guī)范2001版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12001EDITION)的UCS-67的規(guī)定，焊接材料的MDMT(低溫沖擊試驗溫度)不應(yīng)高于母材的MDMT。在表UCS-66中，設(shè)計厚度取0.4375英寸，材料SA662取曲線B，得出的低溫沖擊試驗豁免溫度是–13華氏度，由于產(chǎn)品的工作溫度是100攝氏度以上，所以在焊接工藝評定中可以不進行沖擊試驗。但是焊接材料的低溫沖擊試驗溫度必須低于材料的豁免溫度。所用的焊絲AWSA5.18ER70S-6和ER70S-G的沖擊試驗溫度均為-29攝氏度，大約相當于-20華氏度。低于材料的豁免溫度。符合ASME規(guī)范不進行沖擊試驗的豁免要求。3．3焊材的分組遵循QW-430，焊絲AWSA5.18ER70S-6和ER70S-G屬于QW-432.1鋼和合金鋼范疇，屬于F-6組，同組的還有SFA-5.2釬接填絲，SFA-5.9不銹鋼焊絲，SFA-5.20藥芯焊絲等。3．4工藝評定試樣遵循QW-450，評定的熔敷金屬厚度分為10mm和20mm兩種。按照ASME規(guī)范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)QW-451.1的敘述，可以分別覆蓋20mm和40mm的厚度范圍，但是由于采用的焊接方法是短路過渡氣體保護焊(GMAW)，按照QW452.32的敘述，對于10mm鋼板，不足1/2英寸，覆蓋范圍縮小到1.1倍母材厚度，亦即11mm。20mm的熔敷金屬雖然超過1/2英寸，按照QW452.1，QW452.2和QW451.1，可以覆蓋2倍厚度，即40mm?？墒潜竟镜漠a(chǎn)品最厚的焊縫只有20mm，同時焊縫厚度超過38mm需要熱處理，會有新的要求，所以仍然限制在1.1倍母材厚度22mm，沒有超出ASME規(guī)范。3．5焊接前的預熱按照ASME規(guī)范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-406的規(guī)定。同時，在公司的質(zhì)量手冊中“壓力容器焊接控制及檢驗規(guī)程”也有明確規(guī)定。始焊溫度不低于16攝氏度。層間溫度不高于250攝氏度。3．6本公司的焊接工藝評定的試樣，按照ASME規(guī)范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-450的規(guī)定要進行拉伸試驗和橫向?qū)驈澢囼灐?0mm的試樣為2個拉伸試樣，2個面彎試樣和2個背彎試樣。20mm的試樣則為4個側(cè)彎試樣。試樣的加工符合ASME規(guī)范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-462所給出的形狀和尺寸。針對本公司的試樣形狀尺寸，板的縮截面拉伸試樣遵循QW462.1(a)，管子的縮截面拉伸試樣遵循QW462.1(和QW462.1?。橫向?qū)驈澢囼灥脑嚇幼裱璔W462.3(a)，側(cè)彎試樣遵循QW462.2。試樣從所焊接的試板上截取，取樣的順序遵從ASME規(guī)范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中的QW-463。彎曲試驗所使用的夾具尺寸符合QW-466。3．7按照QW-141.1的敘述，拉伸試樣用于評定焊縫的極限強度，考察材料和焊材的性能。按照QW-141.2的敘述，導向彎曲試樣用于評定焊縫的完好性和延展性?？疾旌傅赖膬?nèi)部質(zhì)量。亦即焊縫中不應(yīng)存在氣孔，夾渣，未熔合，裂縫等缺陷。拉伸試驗按照QW-150進行，按照QW-153拉伸試驗的合格標準和QW-153.1抗拉強度的敘述，試樣抗拉強度不應(yīng)小于母材規(guī)定的最小抗拉強度。實際的拉伸試樣均未低于焊接母材的強度數(shù)據(jù)。導向彎曲試驗按照QW-160進行。彎曲試驗合格標準按照QW-163，彎曲后的試樣在凸面上沿任何方向測量，在焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)都不應(yīng)有超過1/8英寸(3.2mm)的開口缺陷。但在試樣的邊角部位于試驗過程中出現(xiàn)的開口缺陷除外，除非有證據(jù)表明開口缺陷是由于未熔合，夾渣或者其他內(nèi)部缺陷造成的。實際的彎曲試樣均符合ASME相關(guān)要求。工藝評定合格。4．焊接工藝評定(PQR)的合格，說明第零版焊接工藝指導書可以作為正式受控文件指導生產(chǎn)。第零版焊接工藝指導書升級為第A版。亦即WPSVer.A。WPS包含了重要變素，附加重要變素以及非重要變素。當重要變素和附加重要變素發(fā)生變化時，按照QW-200.1的要求，WPS必須重新評定。亦即重新制作或者補充制作PQR。如果是非重要變素，可以不進行重評。但是修改變素的參數(shù)之后仍然要AI簽字。5．WPS-AGP-01Ver.A由PQR-AGP-01和PQR-AGP-02支持。6．WPS-AGP-02Ver.A由PQR-AGP-03支持。7．WPS-AGTP-01Ver.A由PQR-AGTP-02支持。8．在合格的A版本W(wǎng)PS的支持下，對焊工進行考核。亦即進行WPQ的工作。焊工的資格評定表現(xiàn)為焊工技能評定報告(WPQ)，WPQ是在ASME規(guī)范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-300的指導下進行的。9．1由于PQR的合格，根據(jù)QW-301.2的敘述，焊接該試件的焊工(其評定范圍按照QW-304)被認為評定合格，其評定的焊接位置按照QW-303。9．2按照QW-304的敘述，P-No.1的材料可以用射線拍片的方法作資格評定。由于采用的焊接方法都是短路過渡型氣體保護焊(GMAW)，所以不能用射線檢測的方法進行工藝評定。按照QW304.1的敘述，用目視檢驗和力學性能試驗進行評定。外觀檢驗遵循QW-302.4。評定所使用的試板厚度為10mm，按照QW-452技能評定試驗的厚度范圍和試樣表格，要作外觀檢驗，1個面彎試驗和1個背彎試驗。當試板厚度≥3/4英寸時為2個側(cè)彎試樣。不過，對于5G(水平固定管)，6G(斜45度管)的資格評定，按照QW-302.4的規(guī)定，如果采用力學性能試驗的方法進行，必須作2個面彎，2個背彎或者4個側(cè)彎。鎢極氬弧焊焊接20號鋼材料，其實也可以采取拍片的方法考取資格。拍片對焊縫長度有限制。亦即焊縫總長度必須大于164毫米。對于小直徑管，可以焊接多根，使得焊縫總長度達到164毫米。9．3正式的評定之前進行了大量的培訓。特別是氣體保護焊。由于本公司的氣體保護焊是短路過渡形式，電弧燃燒是不連續(xù)的，也就是焊接電弧存在瞬間熄滅現(xiàn)象。每秒鐘大約出現(xiàn)60-100次。但是焊絲的送進是連續(xù)的。氣體保護焊的這種工藝特性使得它具有很高的熔敷速率，生產(chǎn)效率很高。但是同時也容易出現(xiàn)未熔合和彌散的夾渣。由于缺陷的方向，有可能使得射線檢測不能發(fā)現(xiàn)焊縫中的這些缺陷。但是在力學性能試驗(彎曲試驗)中這些缺陷作為斷裂源會擴展成為裂縫。從而被發(fā)現(xiàn)。氣體保護焊的未熔合主要是焊工在擺動焊接時兩端停頓時間不夠或者擺動間距(每次擺動周期所前進的距離)太大，熔池液態(tài)金屬對坡口兩側(cè)的固體金屬浸潤不充分引起的。焊工實際操作時必須理解電弧的行為。通常當液態(tài)金屬在坡口兩端出現(xiàn)細微的波紋并且液面向下凹陷，就說明浸潤充分，液態(tài)金屬呈現(xiàn)突起狀，表示浸潤不充分。當然這是一瞬間的情況。彌散的夾渣主要發(fā)生在多層焊接的情況下。在中間層或者蓋面層焊接之前沒有把焊道清理干凈。9.4焊工除了操作技術(shù)達到ASME規(guī)范要求以外，根據(jù)本公司情況，還必須明確ASME的工作程序。例如焊接材料的領(lǐng)取，交回以及所要填寫的表格等等。因為ASME的這一套程序與本公司其他產(chǎn)品的程序有所不同。9.5焊工考核不合格，可以立即重新考試。但是必須焊接2倍的試件。2個試件當中的1個不合格，焊工仍然不合格。也可以重新培訓，但是ASME規(guī)范對培訓時間沒有限制。取決于焊接工程師的認定。9.6焊工不同的焊接方法有不同的焊接變素。見QW-350。當重要變素和附加重要變素發(fā)生變化時，焊工資格要重新評定。GMAW的重要變素是QW-355;GTAW的重要變素是QW-356;9.7母材的評定范圍，規(guī)定在QW-423.1，對于本公司采用的SA662材料，屬于P-No.1,其對應(yīng)的評定范圍也在QW-423.1當中。9.8按照QW-423.2的敘述，焊工要獲得焊接某一種材料的資格，可以使用化學成分相似的材料進行考核。9．9焊工在資格評定時的實際焊接位置(例如板的坡口焊接的3G位置)與這個位置所能覆蓋的焊接位置之間的關(guān)系在QW461.9的表格中。見本文末尾。各個位置的圖示見QW460。9．10焊工技能評定的厚度限制和試樣見QW452。10焊接之后的熱處理作業(yè)指導書根據(jù)ASME規(guī)范2001版UCS篇(ASMESEC.ⅧDIV.UCS2001EDITION)的UCS-56的規(guī)定編寫的。對于P-No.1第2組的SA-662材料：10.1標稱的最低保溫溫度應(yīng)為1000華氏度，大約相當593攝氏度。實際的保溫溫度為620攝氏度±1010.2保溫時間，在標稱溫度下的保溫時間每英寸1小時，但至少為15分鐘。在焊接接頭識別卡上，實際的產(chǎn)品最大焊縫厚度是CW-8的全焊透坡口焊縫與角焊縫的聯(lián)合焊縫，坡口深度19.1mm，近似于20mm。按材料的公稱厚度UW-40f(2)，UW-40f(3)的敘述，焊縫厚度取20mm，相應(yīng)的保溫時間似乎可以取1小時。但是熱處理必須在穿管之前，而CW-8焊縫是在穿管之后焊接的。所以，保溫時間應(yīng)該按照穿管之前的焊縫厚度取值。就是3/8英寸10毫米。按照每英寸1小時的比例，保溫時間t=10/25.4=0.4小時。不過考慮到保溫時間稍許長一點可以更加徹底的消除殘余應(yīng)力。而且由于溫度較低，甚至沒有達到碳鋼723℃共析線。不會對組織有不良影響。晶粒的長大也是及其有限的。所以保溫時間仍然定為1小時。10.3產(chǎn)品入爐溫度，按UCS-56(d)(1)的敘述，爐溫不得超過800華氏度亦即427攝氏度。取300攝氏度。10.4溫度上升速率，按照UCS-56(d)(2)，加熱速率不大于222攝氏度每小時，取125-140攝氏度每小時。10.5溫度下降速率，隨爐冷卻。按照UCS-56(d)(5)的敘述，冷卻速率不得大于278攝氏度每小時，實際的冷卻速率是80－120攝氏度每小時。10.6出爐溫度，按照UCS-56(d)(5)的敘述，出爐溫度不高于427攝氏度。實際取300攝氏度。在進行焊接工藝評定工作，為避免漏評、重評或無效的評定工作，需要深入學習《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。本人在工作單位負責焊接工藝方面的工作，經(jīng)過比較深入地對規(guī)程、標準的學習，并結(jié)合多次所在單位的鍋爐制造、安裝取證的工作經(jīng)驗，淺談一下對鍋爐焊接工藝評定的認識。有不當之處，請鍋爐焊接方面的同仁予以批評、指正。針對鍋爐焊接工藝評定，我認為以下幾個問題需要明確：1執(zhí)行標準目前，鍋爐焊接工藝評定執(zhí)行的標準只有一個，那就是《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》附錄Ⅰ。對于JB/T4708-2002《鋼制壓力容器焊接工藝評定》、JB4420-89《鍋爐焊接工藝評定》等僅能用作參考，而不能作為執(zhí)行評定的依據(jù)。2焊接工藝評定的目的焊接工藝評定是用以評定施焊單位是否有能力焊出符合《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和產(chǎn)品制造技術(shù)條件所要求的焊接接頭，驗證施焊單位制訂的焊接工藝指導書是否合適。焊接工藝評定是在焊接性試驗的基礎(chǔ)上進行的生產(chǎn)前工藝驗證試驗，應(yīng)在制訂焊接工藝指導書以后，焊接產(chǎn)品以前進行。作為施焊單位焊接能力的見證，外單位的焊接工藝評定，僅可用來作為本單位焊接工藝評定的參考，但不適用于本單位。3焊接工藝評定的范圍蒸規(guī)第71條明確規(guī)定，鍋爐產(chǎn)品焊接前，焊接單位應(yīng)按照附錄Ⅰ的規(guī)定對下列焊接接頭進行焊接工藝評定：受壓元件之間的對接焊接接頭；受壓元件之間或者受壓元件與承載的非受壓元件之間連接的要求全焊透的T型接頭或角接接頭。所以，采用非焊透形式的管板、T型接頭工藝評定試件，也是沒有任何實際意義的。4焊接位置規(guī)程對焊接位置進行了明確，除了對焊接參數(shù)有特殊要求的焊接位置外（如氣電焊、電渣焊等），對任一焊接位置的焊接工藝評定適用于其它焊接位置。通常情況下，焊接位置僅體現(xiàn)施焊難度，是對焊工實際操作技能的要求，工藝評定選擇容易施焊的位置，比如：T型接頭焊接工藝評定試件選擇船型位，而不采取垂直俯位；管管對接接頭，采取水平轉(zhuǎn)動位置；無論插入式、騎座式管板，不局限于某種位置，均可采用垂直俯位，或者其它位置。5工藝評定用表格內(nèi)容由于指導書和評定報告形式未作統(tǒng)一規(guī)定，有些單位在表格設(shè)計時，出現(xiàn)漏項情況較多，值得引起注意。焊接工藝評定指導書應(yīng)體現(xiàn)13款內(nèi)容，焊接評定報告應(yīng)體現(xiàn)15款內(nèi)容，《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》附錄Ⅰ規(guī)定非常明確，不再贅述。許多單位在進行評定時，存在覆蓋內(nèi)容不全的現(xiàn)象，規(guī)程對評定試樣的試驗標準、檢驗合格標準都進行了規(guī)定，只是未進行集中明確一下。6焊接形式選擇蒸規(guī)列出了常用的焊接方法及接頭形式，有些焊接形式不能直接采用蒸規(guī)給定的單一焊接形式，需要采用變通的辦法。比如全自動非熔化極氣體保護焊用于產(chǎn)品的水平固定插入式管板全位置焊接形式，單一進行非焊透形式的管板自動鎢極氬弧焊工藝評定無實際意義。盡管產(chǎn)品制作是非焊透形式，按照規(guī)程也是無必要的。但從焊接方法已經(jīng)改變的角度、屬于受壓部件間的焊接形式出發(fā)，又必須進行焊接工藝評定。雖然產(chǎn)品制作采用管板自動焊是非焊透形式的氬弧焊，但是焊接工藝評定形式和產(chǎn)品制作形式不能混淆，必須分開，焊接工藝評定必須是全焊透的形式，而且必須覆蓋產(chǎn)品制作。對于‘產(chǎn)品是什么焊接形式，焊接工藝評定是相應(yīng)的焊接形式’的個別認識就顯得有些偏頗。針對該情況，在焊接工藝評定時，我按照規(guī)程采取了組合焊接形式，即手工鎢極氬弧焊打底填充、自動鎢極氬弧焊蓋面的組合焊接形式。這樣，蒸規(guī)附錄Ⅰ第16條的“每個斷面檢查試樣上焊縫根部不允許有裂紋、未熔合、未焊透等缺陷”就易于執(zhí)行了，即滿足規(guī)程要求，又能滿足了生產(chǎn)需要。7工藝評定試件焊接人員要求規(guī)程強調(diào)兩點：不允許外單位的焊工；僅僅要求是熟練焊工，未必就選用有相應(yīng)項目的持證焊工。焊接位置強調(diào)的是焊工的業(yè)務(wù)技能，在規(guī)程中僅是要求熟練焊工。8檢驗標準對于焊接工藝評定的試件、試樣檢驗標準，也是唯一的。規(guī)程作了明確規(guī)定，對接焊縫工藝試件各評定項目的檢驗方法及合格標準應(yīng)與產(chǎn)品焊縫相同，且必須符合《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第五章中有關(guān)規(guī)定，角焊縫每個檢查試樣上焊縫根部不允許有裂紋、未熔合、未焊透等缺陷。檢驗標準即《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、JB/T4730-2005《承壓設(shè)備無損檢測》等，執(zhí)行其它規(guī)程未指出的標準就屬于不合理的。9結(jié)束語總之，在鍋爐焊接工藝評定時，需要掌握規(guī)程的每一條要求，方可做到不漏做、不多做。但隨著結(jié)構(gòu)形式、焊接方法的變化，鍋爐焊接工藝評定的要求也需要及時調(diào)整。比如，膜式水冷壁的銷釘焊接形式，是全焊透形式的對接接頭，又采用了新型的焊接方法，需要在產(chǎn)品制作前進行焊接工藝評定，但蒸規(guī)上找不到評定的依據(jù)，我只好執(zhí)行了機械電子工業(yè)部標準JB4420-89《鍋爐焊接工藝評定》。相信在不遠的將來，鍋爐焊接工藝評定將會進一步完善，會有新版的鍋爐焊接工藝評定細則及其解析出臺，更好地服務(wù)于鍋爐行業(yè)。在壓力容器產(chǎn)品監(jiān)督檢驗過程中，好多人為焊接工藝評定和產(chǎn)品焊接試板的沖擊試驗試驗溫度和合格指標爭論不休，主要的焦點集中在容器板如16MnR的沖擊試驗溫度和合格指標上。大家知道，GB6654-1996《壓力容器用鋼板》第二號修改單對16MnR原材料的沖擊試驗溫度和合格指標作了修改，分別為0℃和31J。于是有人就認為16MnR焊接工藝評定和產(chǎn)品焊接試板的沖擊試樣也應(yīng)該做0℃沖擊，沖擊功不小于31J為合格。其實不然，JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》評定用鋼材焊后的沖擊合格指標有明確的規(guī)定:“每個區(qū)3個試樣為一組的常溫的沖擊吸收功平均值應(yīng)符合圖樣或相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定，且不得小于27J，至多允許有1個試樣的沖擊吸收功低于規(guī)定值，但不低于規(guī)定值的70%.”也就是說，如果圖樣或相關(guān)技術(shù)文件沒有特殊的規(guī)定，則焊接工藝評定的沖擊試驗只需要做常溫沖擊，沖擊功不小27)即為合格。JB4708-92原來規(guī)定，焊接工藝評定試樣的力學性能應(yīng)不低于母材的要求。到了JB4708-2000的時候，標準對沖擊試樣的合格指標作了修改，為什么呢?JB4708-2000標準釋義中講得很清楚:“母材經(jīng)過焊接熱循環(huán)的作用變成有復雜組織的熱影響區(qū)，其性能特別是沖擊韌性有變差傾向，對于調(diào)質(zhì)鋼而言，焊接熱影響區(qū)不能進行調(diào)質(zhì)處理，沖擊韌性難以與母材相比。焊接工藝評定沖擊試樣的韌性指標原規(guī)定不低于母材標準規(guī)定值較苛刻，現(xiàn)改為應(yīng)符合圖樣或相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定，且不得小于27J較妥，與JB4744-2000《鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板》的力學性能檢驗規(guī)定相同?！蓖瑫r與其他國家的標準相比(如日本JISB8235《壓力容器焊接工藝評定試驗)),JB4708-2000對沖擊韌性試驗合格指標的規(guī)定要嚴格。綜上所述，GB6654-1996中對沖擊試驗溫度和沖擊功的合格的指標僅僅是針對原材料出廠時的要求;對焊接工藝評定而言，只需做常溫沖擊且沖擊功不低于27)即為合格。同理，對產(chǎn)品焊接試板，如沒有特殊的規(guī)定，則沖擊試驗也僅需做常溫沖擊，且沖擊功不低于27J為合格。摘要:單面焊雙面成型的焊接質(zhì)量受到了焊接設(shè)備、焊材工藝流程、操作技術(shù)水平的限制.通過分析造成質(zhì)量差的原因,提出了相應(yīng)的防止措施,對單面焊雙面成型的作業(yè)具有指導作用.關(guān)鍵詞:單面焊雙面成型;焊接;質(zhì)量;原因;措施0引言焊接技術(shù)是一門重要的金屬加工技術(shù),盡管焊接技術(shù)發(fā)展很快,自動化程度也越來越高,但手工電弧焊仍占有不可替代的地位.尤其在小直徑容器和管道的焊接方面,單面焊雙面成形焊接技術(shù)的作用更顯突出.優(yōu)質(zhì)的單面焊雙面成形焊接的焊縫表面應(yīng)圓滑過渡至母材,表面不得有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、焊瘤、咬邊等缺陷,焊縫內(nèi)部同樣不允許有缺陷.但焊接過程中由于設(shè)備、材料、工藝及操作等原因,使得形成的焊縫達不到質(zhì)量要求,從而對結(jié)構(gòu)的工作質(zhì)量和使用壽命產(chǎn)生嚴重的影響.1單面焊雙面成形質(zhì)量差引起的問題1.1增加消耗,降低結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用壽命焊接生產(chǎn)中,優(yōu)質(zhì)的焊接質(zhì)量可以滿足設(shè)計要求,保證結(jié)構(gòu)的正常使用壽命.而一旦出現(xiàn)嚴重的焊接缺陷,就會增加板材、焊材、電力及人力的消耗等.否則,這些缺陷在使用過程中會引起嚴重的應(yīng)力集中,降低結(jié)構(gòu)的使用壽命.1.2焊接缺陷會給結(jié)構(gòu)的安全生產(chǎn)帶來威脅,引起安全事故單面焊雙面成形焊接主要用于鍋爐及壓力容器等重要構(gòu)件的焊接生產(chǎn)中,一旦有嚴重缺陷,質(zhì)量不合格,焊件的焊補非常困難,而且在生產(chǎn)過程中受各種交變載荷及壓力的作用,使焊縫的缺陷產(chǎn)生應(yīng)力集中,加之焊縫的有效使用面積減小,減弱了焊接接頭的強度.輕則使產(chǎn)品的使用壽命受到影響,重則導致焊縫斷裂,產(chǎn)品破壞,釀成嚴重的事故.2單面焊雙面成形焊接質(zhì)量差的原因分析2.1焊接電源自身因素引起的焊接質(zhì)量差焊接電源是焊接工藝執(zhí)行過程中最重要的因素.若焊接電源自身性能不好,必然不會產(chǎn)生良好的焊件.當焊機的引弧性能差,電弧燃燒不穩(wěn)定,就不能保證工藝參數(shù)穩(wěn)定,焊接過程就無法正常進行,焊接質(zhì)量就得不到保證.2.2工藝因素對單面焊雙面成形焊接質(zhì)量的影響2.2.1焊接電流焊接電流大小選擇恰當與否直接影響到焊接的最終質(zhì)量.焊接電流過大,可以提高生產(chǎn)率,并使熔透深度增加,但易出現(xiàn)咬肉、焊瘤等缺陷,并增大氣孔傾向.尤其在立焊操作時熔池難以控制,易出現(xiàn)焊瘤,弧長增加,就會產(chǎn)生咬邊.焊接電流過小,熔透深度減小,易出現(xiàn)未焊透、熔合不良、夾渣、脫節(jié)等缺陷.2.2.2焊速焊接速度是表征焊接生產(chǎn)效率的主要參數(shù).[3](p168)合理選擇焊接速度對保證焊接質(zhì)量尤為重要.焊速過快,使熔池溫度不夠,易造成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷.焊速過慢,使高溫時間長,熱影響區(qū)寬度增加,焊接接頭的晶粒變粗,機械性能降低,焊件的變形量增大,同時焊速過慢還會使每層的厚度增大,導致熔渣倒流,形成夾渣等缺陷.2.2.3電弧電壓焊接過程中合理的控制電弧長度是保證焊接縫質(zhì)穩(wěn)定的重要因素.電弧過長對熔化金屬保護差,空氣中的氧、氮等有害氣體容易侵入,使焊縫易產(chǎn)生氣孔,焊接金屬的機械性能降低.但弧長也不易過短,若弧長過短,就會引起粘條現(xiàn)象,且由于電弧對溶池的表面壓力過大,不利于溶池的攪拌,使溶池中氣體及溶渣上浮受阻,從而引起氣孔、夾渣等缺陷的產(chǎn)生.2.2.4焊接層數(shù)選擇不當單面焊雙面成形焊接層數(shù)的選擇對焊縫質(zhì)量也有一定的影響,每層厚度過大,對焊縫金屬的塑性有不利的影響,且焊接過程中熔渣易倒流,產(chǎn)生夾渣和未熔合等缺陷.但每層厚度也不易過小,以免造成焊縫兩側(cè)熔合不良.2.2.5焊條類型及焊條直徑的影響焊縫金屬的性能主要由焊條和焊件金屬相互熔化來決定.因此,焊條類型選擇恰當與否是影響焊縫質(zhì)量的重要因素.焊條直徑的大小除了對生產(chǎn)率有一定的影響外,對焊接質(zhì)量也有一定的影響.焊條直徑過大,在進行打底層焊接和立焊焊接時熔池難以控制,易產(chǎn)生焊瘤等缺陷.2.3操作因素在焊接生產(chǎn)過程中,焊工的單面焊雙面成形操作技術(shù)水平低,就意味著打底層的運條方法、焊條角度、接頭方法、中間層及蓋面層的運條方法、接頭、收尾等操作方法掌握不熟練,這是造成焊縫質(zhì)量差的重要原因之一.焊前對工件上的油、銹、水分清理不嚴格,焊條未經(jīng)烘干處理或烘烤溫度不夠而投入使用,會促使焊縫產(chǎn)生大量的氣孔,從而使焊接縫質(zhì)量達不到要求.3防止單面焊雙面成形焊接產(chǎn)生焊接缺陷的措施3.1作好焊前準備焊前應(yīng)對焊機進行試焊,確認焊機的引弧性能和穩(wěn)定性能好,工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)方便、靈活、方可使用.工件應(yīng)開Y形的坡口,鈍邊的尺寸一般選在0.5～1.0mm之間,坡口邊緣20mm以內(nèi)處用磨光機打磨,并將表面的鐵銹、油污等清除干凈,露出金屬光澤.鍋爐壓力容器及重要結(jié)構(gòu)的焊接一律采用堿性焊條,打底層焊接應(yīng)選擇直徑3.2mm的焊條,中間層和蓋面層可選用4mm的焊條,并對焊條進行400℃烘干,保溫2～4h.使用時需要將焊條放在保溫筒內(nèi),隨用隨取.[3](p178)焊條在爐外停留時間不得超過4h,且反復烘干次數(shù)不能多于三次,藥皮開裂和偏心度超標的焊條不得使用.3.2焊接操作3.2.1選擇合適的工藝參數(shù)焊接電流應(yīng)根據(jù)板件厚度、焊接位置、焊條直徑和焊接經(jīng)驗進行選擇,保證所選擇的電流不易造成焊縫咬邊、燒穿、夾渣、未焊透等缺陷.焊接過程中應(yīng)選擇短弧焊,以避免咬肉、未焊透、氣孔等缺陷的產(chǎn)生.焊速應(yīng)合適,不宜過慢,以每層厚度不大于4mm為宜,以避免高溫停留增長,影響焊縫的機械性能,但焊速也不宜過快,以免造成未溶合、未焊透等缺陷.對重要構(gòu)件要采取焊前先預熱、焊后緩冷等措施,以避免冷裂紋的產(chǎn)生.3.2.2焊工技術(shù)水平焊接生產(chǎn)中,焊工對單面焊雙面成形操作技術(shù)掌握的水平,往往決定了焊縫的質(zhì)量.因此,加強焊工單面焊雙面成形操作技能的訓練是保證焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵.摘要:通過理論分析和焊接對比試驗，提出了適合MAG焊焊接特點的焊接接頭設(shè)計的一些原則，這些原則對提高焊接生產(chǎn)率，降低成本，具有較大的實用價值。關(guān)鍵詞：MAG焊焊接焊接接頭1提出問題MAG(MetalAativeGasAREWelding)焊是熔化極活性氣體保護電弧焊的英文簡稱。它是在氬氣中加入少量的氧化性氣體（氧氣,二氧化碳或其混合氣體）混合而成的一種混合氣體保護焊。目前我國常用的是80%Ar+20%二氧化碳的混合氣體，由于混合氣體中氬氣占的比例較大，故常稱為富氬混合氣體保護焊。MAG焊既有氬弧焊的特點，如電弧穩(wěn)定、飛濺少，易獲得噴射過渡，又具有氧化性，克服了純氬弧焊時表面張力過大，液體金屬粘稠，斑點漂移等問題，改善了焊縫成形。同時在氬氣中加入的二氧化碳，加劇了電弧中的氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)放出的熱量，增加了熔深，提高了焊絲熔化系數(shù)。因此MAG焊現(xiàn)已在焊接結(jié)構(gòu)制造中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，目前在MAG焊接頭設(shè)計中，人們?nèi)匝赜煤笚l電弧焊的設(shè)計思路，如按焊條電弧焊的經(jīng)驗來選用坡口的形狀尺寸和設(shè)計角焊縫焊腳等。出現(xiàn)這種情況的原因有兩方面，一是在我國焊條電弧焊仍是主要的焊接方法，人們往往習慣地把其作為參照物；二是國家目前在焊接方面還沒有單獨的標準，如坡口的形狀尺寸，而只有GB/T985-1988《氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸》通用標準，未能體現(xiàn)出不同焊接方法的特點。由于上述兩方面原因，使得設(shè)計MAG焊焊接接頭時，不能充分發(fā)揮其熔深大、成本低等優(yōu)越性，造成不必要的材料浪費等。由此我們通過理論分析和焊接對比試驗，對MAG焊焊接接頭的設(shè)計進行了研究，提出了一些設(shè)計原則，生產(chǎn)實踐證明，這些原則具有較大的實用價值。2MAG焊對接接頭設(shè)計特點的分析對接接頭的設(shè)計主要包括接頭的坡口形式選擇、坡口尺寸（坡口角度、坡口面度、鈍邊、根部間隙）的確定等內(nèi)容。我們認為MAG焊對接接頭應(yīng)具有以下特點：MAG焊不開坡口的最大厚度可由焊條電弧焊的6mm，提高到12mm；開坡口接頭的坡口角度可由焊條電弧焊一般的60°減少到30°左右，鈍邊高度可比焊條電弧焊增加1.5-2.5mm，根部間隙可減少1-2mm，這是因為MAG焊較焊條電弧焊有以下幾個方面的優(yōu)勢。(1)MAG焊采用混合氣體保護，熱量集中，受熱面積少。有關(guān)資料表明，焊條電弧焊加熱的最小面積為10-3平方厘米焊加熱的最小面積為10-4平方厘米，僅為前者的1/10所以MAG焊熱量利用率高,有效功率系數(shù)大,焊接熔深增加。(2)MAG焊電流密度大，MAG焊采用φ1.0焊絲短路過渡時，焊接電流一般為160-220A，電流密度為160-220A/mm2；采用φ1.6焊絲射流過渡時，焊接電流一般為300-370A，其電流密度為189-231A/mm2；而采用焊條電弧焊時，φ4焊條的焊接電流一般為160-220A，其電流密度只有189-231A/mm2，遠小于MAG焊。所以，MAG焊電流密度大，電弧穿透力強，熔深大，單道焊縫厚度大。(3)MAG焊采用的是氬氣和二氧化碳混合氣體保護的焊接方法，不必象焊條電弧焊那樣需考慮焊條藥皮熔渣的上浮而設(shè)計較大的坡口角度（坡口面角度），此外，MAG焊焊絲直徑較細，焊絲容易深入坡口底部，在間隙較小時，有利于根部焊透。按照上述原則設(shè)計的焊接接頭，一方面可以減少焊絲的填充量，節(jié)省因坡口加工產(chǎn)生的母材消耗，節(jié)省了氣體的消耗量和電能，降低了成本，提高了勞動生產(chǎn)率。另一方面可以減少焊接熱影響區(qū)的寬度，減少焊接應(yīng)力與變形，提高焊接質(zhì)量。3角焊縫焊腳設(shè)計特點的分析(1)焊腳過大的不利影響角焊縫設(shè)計時，有人常錯誤地認為焊腳越大，接頭的承載能力越高，故設(shè)計時，常選用較大的焊腳。但經(jīng)實驗證明，大尺寸焊腳的角焊縫單位面積的承載能力并不大，反而較低。有研究表明，角焊縫的變形大約與焊腳的一點三次方[1]成正比。由于焊腳過大，接頭受熱較嚴重，因此，焊接應(yīng)力與焊接變形大。此外焊腳過大，填充材料用量增加，焊接時間增長，焊接成本也較高。(2)MAG焊可采用較焊條電弧焊較小的焊腳我們知道，工程上為了安全可靠和計算簡便常假定角焊縫都是在切應(yīng)力作用下破壞的，一律按切應(yīng)力計算其強度，并假定危險斷面是在角焊縫截面的最小高度處，該最小高度為該斷面的計算厚度，并忽略焊縫余高和少量熔深的影響。對于焊條電弧焊由于熔深較淺，可忽略其影響，如圖"所示1其計算厚度為:a條=0.707K條對于MAG焊，由于熔深較大，故必須考慮其影響。根據(jù)《焊接手冊》，如圖2所示，其計算厚度為：當Km小于或等于8,am=Km當Km>8,am=(Km+P)cos45°=0.707(Km+3)(P取3)由于角焊縫的切應(yīng)力與焊縫的長度、所受外力及斷面計算厚度有關(guān)，在焊縫長度和外力相同的情況下，要使兩種焊接方法角焊縫強度相等，即切應(yīng)力相等，則兩者的斷面計算厚度就應(yīng)相等，即a條=am，經(jīng)簡化可得到如下公式：當K小于或等于8,Km=0.707K條當K>8,Km=K條-3由此可見,在保證接頭強度相等的情況下,當焊腳較大時(K>8),采用MAG焊的焊腳可比焊條電弧焊小3mm；當焊腳較小時(K<8)，采用MAG焊的焊腳僅為焊條電弧焊的0.707倍。4焊接對比試驗(1)對接接頭力學性能試驗此試驗參照JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》進行，目的是對坡口角度較小、鈍邊較大、間隙較小的MAG焊焊接接頭與焊條電弧焊焊接接頭的力學性能進行對比分析。試驗材料母材Q345(16MnR),規(guī)格300×125×10，焊條電弧焊開60°V形坡口，鈍邊3mm，間隙1mm；MAG焊開30°V形坡口，鈍邊3mm，間隙1mm。焊條電弧焊焊條E5015φ3.2,φ4單面焊雙面成形；MAG焊焊絲ER50-6φ1.2，保護氣80%Ar+20%二氧化碳(瓶裝)，單面焊雙面成形。檢驗項目外觀檢查，X射線探傷，焊接接頭力學性能試驗（拉伸試驗和彎曲試驗）。試驗結(jié)果外觀檢查合格；X射線探傷底片均為I級；焊條電弧焊抗拉強度為528MPa和536MPa。MAG焊抗拉強度為552MPa和554MPa；均大于母材的拉試驗度；50°冷彎試驗，兩種焊接方法面彎、背彎各2次全部合格．(2)對接接頭焊縫厚度試驗焊縫厚度是指焊縫的正面到焊縫背面的距離，對接接頭焊縫厚度試驗，是對不開坡口的對接接頭。以下分別采用焊條電弧焊和MAG焊進行焊接來比較它們的斷面焊縫厚度。試驗材料母材Q235-A，規(guī)格300×125×10，接頭不開坡口，留1mm間隙。焊接材料及焊接要求焊條電弧焊E4304φ4MAG焊焊絲ER50-6φ1.2，保護氣80%Ar+20%二氧化碳；兩者均為單層單道焊。檢驗項目外觀成形檢查，5個斷面宏觀金相焊縫厚度檢驗。檢驗結(jié)果2個試件外觀成形良好，從5個斷面的宏觀金相來看，MAG焊焊縫厚度明顯大于焊條電弧焊，平均大3mm左右。T形接頭角焊縫試驗T形接頭角焊縫試驗目的是對MAG焊接頭斷面的熔深與焊條電弧焊接頭斷面熔深及成形對比分析。試驗材料母材Q235-A，規(guī)格300