鋼結構焊接工藝評定的優(yōu)化方法

達運社 達卿文

（1.青島匯金通電力設備股份有限公司，青島266327；2.中國石油天然氣第七建設有限公司設計研究院，青島 266100）

合理、經濟地選取焊接工藝評定項目，以較少的數(shù)量覆蓋較多的焊接需要是企業(yè)明智的選擇，同時以較小的經濟成本，獲得性能滿意的焊評，是企業(yè)所期盼的事。

焊評是為驗證所擬定的焊件焊接工藝的正確性而進行的試驗過程及結果的評價，即為了使焊接接頭的力學性能、彎曲性能以及其他性能符合規(guī)定要求，對預焊接工藝規(guī)程進行驗證性試驗和結果評價的過程，是保證產品焊接質量的首要的、重要的環(huán)節(jié)。施工單位首次采用的鋼材、焊接材料、焊接方法、接頭形式、焊接位置、焊后熱處理制度以及焊接工藝參數(shù)、預熱和后熱措施等各種參數(shù)的組合條件，應在鋼結構構件制作及安裝施工之前進行焊接工藝評定[1]。其程序如圖1所示。

圖1 焊評程序

確定評定項目，是理論性與實踐性較強的工作，既要符合相關標準、規(guī)范的要求，充分考慮覆蓋范圍，還要有一定的前瞻性。除應能滿足施工需要和新產品開發(fā)的需要之外，還要有一定的技術儲備，應注意各焊接工藝因素的相互影響和聯(lián)系。要結合企業(yè)的實際情況，既能滿足規(guī)范、標準要求，又要減少焊評數(shù)量，發(fā)揮事半功倍的效果。

1 擬定預焊接工藝規(guī)程（pWPS）

預焊接工藝規(guī)程（pWPs）是進行焊評所需要的、預先制定的焊接工藝。它是施工單位根據所承擔鋼結構的設計節(jié)點形式，鋼材類型、規(guī)格，采用的焊接方法，焊接位置等所制訂的焊評方案，其內容包括焊接方法、焊接參數(shù)以及相關規(guī)范、標準所確定的焊接因素。正確識別每個焊接因素，使之都要得到評定。要考慮各種焊接方法、焊接位置、焊材、母材類別及規(guī)格的覆蓋范圍。

（1）同種牌號鋼材中，盡量選用質量等級高的鋼材。同種牌號鋼材中，質量等級高的鋼材可替代質量等級；若需要多種焊接位置時，首選向上立焊（線能量較大）；每一試件覆蓋的厚度范圍不重復或少重復。在擬定預焊接工藝規(guī)程（pWPs）時，選用表1的母材厚度，可以滿足常用鋼結構產品的厚度覆蓋。

（2）無論是何種焊接接頭，應盡可能地選用對接焊縫。全焊透或部分焊透的T形或十字形接頭對接與角接組合焊縫評定結果可替代角焊縫評定結果，充分滿足焊接接頭以及焊縫形式的覆蓋。

表1 焊評母材厚度選用表

（3）盡量選用非低氫性藥皮焊條，用非低氫性藥皮焊條代替低氫性藥皮焊條，盡量選用焊接性能可靠、焊接效率較高的CO2氣體保護焊；焊后熱處理的時間盡可能長，以考慮可能出現(xiàn)的如返修、重復加熱等環(huán)節(jié)的時間，滿足熱處理的覆蓋范圍；焊接參數(shù)的選用，應盡量選取較大的焊接參數(shù)（大的電流、電壓和較小的焊接速度），以增加焊接參數(shù)的覆蓋面。

2 評定預焊接工藝規(guī)程（pWPS）

按所擬定焊接工藝規(guī)程（pWPs）的內容，在監(jiān)督人員監(jiān)督下，由施工企業(yè)中持證的焊接人員施焊。一般情況下，pWPs中的焊接工藝參數(shù)僅為參考，奔著有利于焊接質量、操作方便的原則可以適當?shù)刈儎雍附訁?shù)，但自始至終都必須做好焊接記錄，內容包括每道焊縫所采用的電流、電弧電壓、焊接速度、焊層厚度、預熱溫度和層間溫度等。外觀合格后，需進行射線或超聲檢測并符合要求。之后應按照文獻的要求，取樣進行力學試驗和彎曲試驗，并形成試樣理化試驗報告[2]。

3 形成焊評報告（PQR）

焊評報告（PQR）是記錄驗證試驗數(shù)據和檢驗結果并對預焊接工藝規(guī)程（pWPs）進行評價的報告。其數(shù)據是預焊接工藝規(guī)程（pWPs）實施過程中所形成的焊接記錄、性能試驗數(shù)據的真實記錄，不能進行任何的放大或縮小，要根據相關標準要求判斷試樣性能指標的符合性。如果合格，可將焊評報告（PQR）整理成具有指導意義的焊接工藝規(guī)程（WPs），否則找出原因后從頭開始，直至合格。

焊接線能量是由焊接熱源輸入給單位長度焊縫的能量，為補加因素。它的考核是焊評報告（PQR）的核心。應按照式（1）計算：

式中，k為熱效率，焊接方法不同，k值不同；q為線能量，J/cm；U為電弧電壓，V；I為焊接電流，A；v為焊接速度，cm/s。

焊評報告（PQR）應按焊接記錄中實際焊接電流、電弧電壓和焊接速度記載，其中的焊接電流、電弧電壓是一個較小的范圍值。即使同一焊接方法施焊試件，由于打底焊、填充焊和蓋面焊所用焊條（絲）直徑不同，各道焊接線能量的大小各不相同，計算時，選擇該道（層）焊接電流、電弧電壓的最大值和焊接速度的最小值計算，該焊接接頭的線能量取各道線能量的最大值，但在沖擊試樣時，應使沖擊試樣缺口通過最大線能量的所在的焊道部位。

焊接線能量反映了焊接電流、電弧電壓和焊接速度三大焊接工藝參數(shù)對焊接接頭熱循環(huán)的影響程度。線能量增大時，熱影響區(qū)的寬度增大，高溫的停留時間增長；這時，冷卻速度減慢，易使奧氏體晶粒粗大，熱影響區(qū)沖擊韌度降低；適當降低熱輸入量，奧氏體晶粒較細，組織細小，熱影響區(qū)沖擊韌度有很大提高。在進行焊評時，應盡量采用較大的焊接線能量，以增加覆蓋范圍；在焊接施工過程中（特別是低溫或超低溫環(huán)境下），應盡量減小焊接線能量，以獲得較高的沖擊韌性。

4 制定焊接工藝規(guī)程（WPS）

在重要因素和補加因素不變的前提下，需要將在單一位置、單一焊材規(guī)格、較小范圍的焊接工藝參數(shù)等特殊環(huán)境下形成的焊評報告（PQR）變?yōu)榫哂兄笇б饬x的質量可重現(xiàn)的焊接工藝規(guī)程（WPs）[1]。

制定焊接工藝規(guī)程（WPs）時，應堅持焊評報告（PQR）中的線能量不變的原則，根據不同的焊接位置、焊接材料，修訂焊評報告（PQR）中的電流、電弧電壓和焊接速度范圍值，便可以得到一組或多組電流、電弧電壓、焊接速度相協(xié)調的用于不同焊接位置的焊接參數(shù)，它便是焊接工藝規(guī)程（WPs）。

5 編制焊接作業(yè)指導書（WWI）

焊接作業(yè)指導書（WWI）是指導焊工正確地施焊，體現(xiàn)焊接質量再現(xiàn)性的文件。其內容不僅包括焊接工藝，還包括相關的加工和操作方法等內容。不僅要針對具體產品的具體焊接接頭，還要考慮勞動生產率、勞動保護和焊工操作方便程度，以及焊接殘余應力與變形和焊接缺陷等因素。只有焊接作業(yè)指導書（WWI）才能直接指導施工。

（1）編制焊接作業(yè)指導書（WWI）的直接依據是焊接工藝規(guī)程（WPs），而非焊評報告（PQR），更不是預焊接工藝規(guī)程（pWPs）。在編制產品焊接工藝規(guī)程時，應十分注意焊接線能量的控制，盡量選擇較小的焊接線能量，每個焊接接頭的每個焊道（層）的線能量都不能超過焊接工藝規(guī)程（WPs）中的最大值。

（2）充分利用已有的焊評項目用于兩種或兩種以上焊接方法（或焊接工藝）焊接同一焊縫。

6 焊評中容易出現(xiàn)的幾個問題

（1）焊評報告、焊接工藝指導書、焊評記錄表等3份文件中的時間關系及電參數(shù)之間關系混亂。好多人錯誤地認為3份文件的時間順序為：焊接工藝指導書—焊評記錄表—焊評報告。同時，錯誤地認為3份文件中的焊接參數(shù)（電流、電壓、焊接速度）是相同的關系。

（2）當采用兩種或兩種以上焊接方法（或焊接工藝）進行組合焊評時，彎曲試驗、沖擊試驗未能包含每一種焊接方法。正確的方法是：每一種焊接方法的焊縫區(qū)和熱影響區(qū)都要做彎曲和沖擊試驗。如打底焊的焊縫金屬厚度小于沖擊試樣厚度時，可以與填充焊焊縫金屬聯(lián)合取樣。

（3）沖擊試驗合格指標。在有些焊評報告（PQR）中，特別是低溫高強鋼焊評，沖擊功剛剛符合規(guī)定要求，從標準角度來看是合格的，但從工程角度來看，沖擊功富裕量太小，在焊接過程中很難保證完全按工藝規(guī)程操作，而使沖擊韌性得不到保證。

（4）在有些焊評資料中，只有預焊接工藝工程（pWPs）和焊評報告(PQR)，最重要的焊評結果——焊接工藝規(guī)程（WPs）卻沒有；有些按照預焊接工藝工程（pWPs）編寫焊接作業(yè)指導書（WWI），這是錯誤的。

7 結語

經濟合理地進行焊評，較少的焊評數(shù)量以覆蓋較多的焊接結構，完全滿足鋼結構焊接規(guī)范標準的要求，是每個焊接技術人員的責任和擔當。完整地、準確地掌握和理解相應的焊接規(guī)范并與實際很好地結合是做好焊評的前提和基礎。同時，充分利用焊評結果，靈活地將其組合為多組滿足要求的焊接工藝規(guī)程、焊接工藝指導書是保證焊接質量的前提。