焊接工艺评定规划和实践应用研究 – 焊接工艺论文

焊接工艺评定规划和实践应用研究 – 焊接工艺论文

焊接工艺评定规划和实践应用研究 - 焊接工艺论文

摘要:焊接是起重机械金属结构最基本的成型工艺,焊接工艺评定是焊接工艺正确性的保证,直接影响焊接接头的性能。本文针对起重机械生产单位焊接工艺评定中存在的问题,结合起重机械的焊接特点,分析《钢结构焊接规范》“6焊接工艺评定”和《承压设备焊接工艺评定》作为起重机械焊接工艺评定标准的适用性,开展起重机械焊接工艺评定规划实践应用研究,为起重机械生产单位提供重要参考。

关键词:起重机械;焊接工艺评定;问题分析;适应性分析;实践应用

焊接工艺是起重机械金属结构最重要的成型工艺,正确的焊接工艺是焊接接头基本使用性能的重要保证;焊接工艺评定是生产单位为验证所拟定焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价,是制定正确焊接工艺的基础[1]。起重机械生产单位需根据合格的焊接工艺评定报告来制定正确的焊接工艺规程和焊接作业指导书,选择最优焊接工艺参数,确保焊接接头的力学性能、弯曲性能和冲击性能满足设计和使用要求。焊接工艺评定作为起重机械生产单位焊接质量控制的关键环节,相关安全技术规范和安全规程都作了明确的规定:TSG07—2019《特种设备生产和充装单位许可规则》附件M质量保证体系控制要素包括焊接控制,其根本内容是起重机械生产单位需对焊接工艺评定报告(PQR)和焊接工艺规程(WPS)进行有效的控制,包括焊接工艺评定报告、相关检验检测报告、工艺评定施焊记录及评定试样的保存等控制内容;同时,该控制程序规定焊接工艺评定的项目必须覆盖起重机械焊接所需要的焊接工艺[2]。GB6067.1—2010《起重机械安全规程第1部分:总则》中明确规定制造单位或安装施工单位对其首次采用的钢材型号、焊接材料、焊接方法、焊接接头、焊接位置、焊后热处理工艺及焊接参数、预热或后热工艺措施等各种参数的组合条件,应当进行焊接工艺评定[3]。从起重机械安全技术规范和安全规程的相关规定可以看出焊接工艺评定是起重机械生产过程中重要的控制环节,焊接工艺评定项目必须覆盖起重机械焊接所需的焊接工艺,并制定正确的焊接工艺规程和焊接作业指导书,保证起重机械的焊接质量。

1起重机械焊接工艺评定存在的问题分析

1)焊接工艺评定实施标准不明确,导致起重机械生产单位无法开展焊接工艺评定工作。起重机械没有专用的焊接工艺评定标准,只能参照其他的焊接评定规则进行焊接工艺评定。目前,与起重机械相关的焊接工艺评定标准有GB50661—2011《钢结构焊接规范》(以下简称GB50661)中“6焊接工艺评定”和NB/T47014—2011《承压设备焊接工艺评定》(以下简称NB/T47014),但标准中的相关评定条款需根据起重机械接头焊接的特性和基本使用性能进行适应性分析,确定其是否适合作为起重机械的焊接工艺评定标准。2)起重机械生产单位对焊接过程控制和焊接技术人员的重视程度不够,出现焊接工艺评定过程不规范、评定内容缺项或评定项目不能完全覆盖起重机焊接所需的工艺等严重的问题,导致产品焊接工艺的正确性无法验证,无法保证焊接接头的基本使用性能,为起重机械的安全使用埋下重大隐患。因此,本文结合起重机械的焊接特点,分析GB50661中“6焊接工艺评定”和NB/T47014作为起重机械焊接工艺评定标准的适应性,确定起重机械焊接工艺评定的参照标准,并根据标准规定开展焊接工艺评定实践应用研究,为起重机械的生产单位提供有利的参考。

2起重机械焊接特点分析

起重机械金属结构型式主要有箱型和桁架型,焊接接头形式主要有对接接头、T形接头、搭接接头、角接接头及斜T形接头等,焊缝形式主要是对接焊缝、角焊缝及其组合焊缝,接头的位置主要有平焊、横焊和立焊。起重机械金属结构焊接接头与焊缝主要承担载荷产生的弯曲应力、剪切力及焊接残余应力,这些应力的大小和方向随着起重机每个工作循环的进程而突变,具有较强的冲击性和疲劳特性,对接头与焊缝的力学性能、弯曲性能、冲击性能和抗疲劳性能具有较高的要求[1]。因此,起重机械的焊接工艺必须是经过评定合格的工艺,才能保证接头与焊缝的性能符合设计和使用的要求。

3GB50661“6焊接工艺评定”与NB/T47014在起重机械焊接工艺评定中的适应性分析

NB/T47014是在《钢制压力容器焊接工艺评定》的基础上并参照ASMEⅨ“焊接和钎接评定”最新版本编制,该标准的内容涵盖了《蒸汽锅炉安全技术监察规程》附录I“焊接工艺评定”、换热管与管板接头的焊接工艺附加评定和有色金属(铝、钛、铜、镍)制压力容器焊接工艺评定,在承压特种设备行业得到广泛的应用。GB50661是在《建筑钢结构焊接技术规程》基础上并参照AWSD1.1“钢结构焊接规范”的最新版本编制的,是建筑钢结构焊接工艺评定的实用性标准。文中结合起重机械的焊接特点,从适用范围、评定目的、适用焊接方法、适用钢材种类、评定对象、评定内容、试件检验内容和结果评价等方面对以上两个标准能否作为起重机械焊接工艺评定参照标准进行适应性分析,如表1所示。通过表1的分析认为:GB50661“6焊接工艺评定”和NB/T47014均可作为起重机械焊接工艺评定的参照标准,生产单位可以根据实际生产的需要和焊接技术发展的方向选择相应的标准开展本单位焊接工艺的评定工作。

4基于GB50661“6焊接工艺评定”和NB/T47014的起重机械焊接工艺评定实践应用研究

目前,起重机械的生产许可分为A、B两个级别,其中A级桥门式起重机生产单位产品的额定起重量在200t以上,B级桥门式起重机生产单位产品的额定起重量在200t及以下,具体的生产能力按照所做型式试验样机的参数向下覆盖。一般,A级桥门式起重机生产单位生产样机的起重量大于200t,金属结构在实际设计中会使用厚度达30~40mm的Q235B或Q345B钢板;B级桥门式起重机生产单位生产样机的额定起重量最大为200t,金属结构在实际设计中会使用厚度达20~25mm的Q235B或Q345B钢板;金属结构在实际生产中的焊接方法基本为单丝埋弧焊(SAW或SAW-S)和半自动实心焊丝CO2气体保护焊(GMAW或GMAW-CO2)。A、B级起重机械生产单位在生产过程中所需的焊接工艺分析如下:1)起重机械金属结构的翼缘板、腹板和T型钢的拼接焊接连接,焊接位置为平焊(F),接头形式为对接接头,焊缝形式为对接焊缝,坡口形式为X或I形坡口。当板厚在5~10mm时,采用GMAW(GMAW-CO2)工艺;当板厚为10~20mm时,采用SAW(SAW-S)或GMAW(GMAW-CO2)工艺;当板厚为20~40mm时,采用SAW(SAW-S)工艺。2)起重机械金属结构翼缘板与腹板、肋板与腹板和翼缘板的焊接连接,焊接位置为横焊(H)和F,接头形式为T形接头,焊缝形式为角焊缝或组合焊缝,不开坡口,采用SAW(SAW-S)或GMAW(GMAW-CO2)工艺。根据以上分析,结合GB50661“6焊接工艺评定”和NB/T47014焊接工艺评定因素的评定方法和覆盖原则,分别开展起重机械焊接工艺评定的实践应用研究,焊接工艺评定项目的规划情况如表2、表3所示。起重机械生产单位可以根据实际生产的需要依据表2或表3的规划情况编制用于施焊试件的预焊接工艺规程(PWPS);由生产单位熟练的焊工按照PWPS的要求施焊试件并记录相应的焊接参数;试件制备完成后,按照焊接工艺评定的要求进行外观检查、无损检测及力学性能试验,试验结果与母材的标准值作对比,验证试验结果的符合性。根据评定项目的试验结果出具焊接工艺评定报告(PQR),根据PQR的内容编制用于指导生产的焊接工艺规程(WPS)和用于施焊具体产品的焊接作业指导书(WWI),保证施工时焊接质量的再现性,确保焊接接头的力学、弯曲和冲击性能符合使用要求。

5结语

起重机械焊接工艺评定是制定正确焊接工艺规程和焊接作业指导书的基础,是保证焊接接头满足设计要求和使用性能最重要的手段。首先,结合起重机械安全技术规范和安全规程的相关规定,充分分析当前起重机械生产单位在焊接工艺评定方面存在的问题。其次,根据起重机械的焊接特点,开展GB50661“6焊接工艺评定”和NB/T47014在起重机械焊接工艺中的适应性分析,结果显示二者均可作为起重机械焊接工艺评定的参照标准。最后,在充分分析A、B级起重机械生产单位在生产过程中所需焊接工艺的基础上,结合GB50661“6焊接工艺评定”和NB/T47014焊接工艺评定的要求,开展起重机械焊接工艺评定规划和实践应用研究。生产单位可以根据实际生产的需要选择相应的规划项目开展本单位的焊接工艺评定工作,完善起重机械的焊接控制过程。

参考文献

[1]陈晓伟,戴汉政,陈增江,等.起重机械焊接工艺评定相关标准对比分析与应用[J].起重运输机械,2015(12):6-11.

[2]TSG07—2019特种设备生产和充装单位许可规则[S].

[3]GB6067.1—2010起重机械安全规程第1部分总则[S].

[4]GB50661—2011钢结构焊接规范[S]

[5]NB/T47014—2011承压设备焊接工艺评定[S].

作者:陈增江 陈晓伟 王静 薛会荣 单位:泰安市特种设备检验研究院