国际焊接工程师培训(IWE)课件

1、国际焊接工程师培训（IWE）RAFFLES 内部结构及生产部分焊接结构设计 结构设计基础部分安全校核（强度校核、稳定性校核、刚度校核）Sd 作用力（结构设计基础、强度理论基础）Rd 抵抗力（强度理论基础 1、例材料：S235焊接结构设计结构设计基础部分问题1：简支梁的结构构成？由杆件（承受弯矩）、和支座（将载荷传递到地基）组成。支座包括：固定支座（提供两个支座反力）应用在此结构活动支座（提供一个支座反力）应用在此结构紧固支座（提供三个支座反力）未应用焊接结构设计结构设计基础部分问题2：此结构体系是否属于静定系统？n=a+z-3s30310静定系统问题3：简支梁受哪几种内力作用？如何分布？内力是

2、指物体内部各质点之间的相互作用，物体不受外力时，其内部各质点之间也存在内力，它使质点间相对位置保持不变。当物体受外力作用而发生变形时，物体所受内力发生变化，产生了“附加内力”，称为内力。内力包括：水平方向力 N（物体水平方向所受内力）构件不承受垂直方向力 V（物体垂直方向所受内力）构件承受弯 矩 M（物体所受力矩）构件承受其分布趋势见上图，计算过程如下：Av支座A的垂直方向支座反力Bv支座B的垂直方向支座反力AH支座A的水平方向支座反力MA力矩1）FdQl292.582340kN 焊接结构设计结构设计基础部分垂直方向力 V横向内力V（Q）的确定，设A，B点之间任取一点距A点为x弯 矩 M截面弯

3、矩M的确定，设A，B之间任取一点至A点距离为x：焊接结构设计结构设计基础部分问题4：计算梁的截面参量惯性距Iy和翼板截面参量静距Sy？Iy惯性矩cm4（弯曲和剪切引起的应力，弯曲所产生的变形）Sy 静矩cm3 （剪切时的应力）Sy问题5：简支梁受哪几种应力作用？在截面上如何分布？应力=力/受力面积正应力（作用力垂直作用到横截面积上）剪应力（作用力平行作用到横截面积上） 焊接结构设计结构设计基础部分问题13：焊缝可能受哪几种应力？此焊缝受那种应力？ （垂直正应力） （平行正应力） （垂直剪应力） （平行剪应力）焊缝承受问题14：确定角焊缝的焊缝厚度？有哪些限定条件（按DIN18800-1）？DI

4、N18800T1钢结构 min a =2.0问题14：确定焊缝的极限应力（按DIN18800-1），它受哪些因素影响？影响焊接接头应力极限的因素有：材料的连接强度载荷种类焊缝形式焊缝质量结构中焊缝的位置问题15：校核角焊缝的强度（按DIN18800-1）？焊接结构设计焊接结构设计不同载荷条件下的破坏形式 在静载及主要承受静载的状态下，将导致：形变断裂、脆性断裂、层状撕裂和失稳破坏。 在热负荷状态下，将导致：低温的影响脆性断裂，高温的影响屈服极限的高温失效及蠕变失效。 在动载荷状态下，将导致：疲劳断裂。层状撕裂的产生和防止 应用低硫含量和/或高ED（板材厚度方向的断面收缩率）值的材料。 设计及生

5、产技术方面：尽可能避免厚度方向上由于焊接残余应力引起的应力或者把它降至很低。 作用于收缩方向上的焊缝厚度aD尽可能低焊缝连接基础应尽可能大焊道数应少焊道次数应考虑局部缓冲尽可能选择对称焊缝形式和对称焊接顺序尽可能使用轧制产品所有层次与焊缝连接通过连接范围的缓冲减少层状撕裂倾向予热（100）焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计主静载焊接结构 焊接结构设计动载焊接结构（断裂力学）脆性断裂的产生原因及特点 名义工作应力低；断裂之前无明显塑性变形，突发断裂；低应力脆性破坏多发生在低温阴冷的时刻。 发生低应力脆性断裂的结构内，多半存在着较大的内应力，有较高的内能；发生低应力脆性断裂的结构上，必有裂源或应

6、力集中点存在；脆性断裂对缺陷和应力集中很敏感。 拉应力是裂纹产生和扩展的动力，拉应力及缺陷的大小直接影响裂纹萌生和扩展的速度；阻止裂纹扩展的主要因素是压应力和材料的塑性变形。 内因，即结构抗力是预防脆性断裂的根基；外因，即载荷性质、加载速率、环境因素等，是发生脆性断裂的条件，须同时兼顾，方能避免脆断灾害的发生！ 预防脆性断裂的措施（正确选择材料、正确设计合理、安排结构制造工艺、正确使用，精心维护）断裂力学的应用 断裂力学的在于研究宏观裂纹在什么条件下，才会导致失稳扩展，引发脆性断裂；建立裂纹尺寸与破坏应力之间的关系。这对结构安全设计、合理选材、改进材质和施工工艺，以及制定裂纹体力学的概念标准等

7、都有重要意义。焊接结构设计动载焊接结构（断裂力学）线弹性断裂力学 应力强度因子它反映材料抵抗脆性断裂，或裂纹失稳扩展的能力。 平面应变条件下，材料抵抗脆性断裂的判据是：非线性（弹塑性）断裂力学 用裂纹尖端张开位移（COD）和形变功率(J积分)等来描述大范围屈服裂纹尖端的力学状态。疲劳断裂的产生原因及特点 脆性破坏与疲劳破坏的相同点（都属于低应力破坏；破坏之前，结构都没有明显的征兆或外观变形，突发性强，令人促不及防；都对应力集中很敏感 起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于应力集中点） 脆性破坏与疲劳破坏的相同点与不同点（载荷性质不同、对温度敏感性 、受载次数多少、断裂经历时间、断裂经历过程、断裂

8、机理机制、宏观断口形貌、微观断口形貌）疲劳强度的基本概念 五个基本参数 、 、 、 、 疲劳强度：在某疲劳应力的作用下，经过次循环，发生破坏，称该应力为次循环的疲劳强度。疲劳强度是应力循环中的最大值，用表示。 疲劳极限：在规定循环次数以后，疲劳强度不再下降，达到饱和的极限值，如图7所示的水平线，所对应的疲劳应力值，称为疲劳极限。焊接结构设计动载焊接结构（断裂力学）焊接结构设计焊接压力装置的制作 技术规程 欧洲压力装置技术规程DGRL 压力容器条例 （TRB 压力容器、TRG压缩气体、TRR压力管道） 压力容器工作组规范 AD规范欧洲压力装置技术规程DGRL DGRL所叙述的只是基本的安全要求！

9、 概念解释压力容器条例 压力容器分类 检验范围（初检、定期检验、特殊检验） 检验机构 检验专家AD2000版压力装置的设计和制造 AD规范的章节分配 设计参数 压力容器组件的计算 焊接结构设计焊接压力装置的制作焊接生产 质量体系 质量控制标准焊接生产质量体系一、ISO9000标准概述1.1质量管理体系 ISO9000标准的4个核心标准 ISO9000 质量管理体系基本原则术语 ISO9001 质量管理体系的要求，是用于审核和第三方认证的唯一标准 ISO9004 质量管理体系指南，包括持续改进的过程 ISO9011 提供管理和实施环境和质量审核的指南 1个辅助标准：ISO10012测量控制系统焊

10、接生产质量体系二、（金属材料熔化焊的质量要求）ISO3834系列标准介绍概述：ISO3834提供了一种方法，供制造商展示其制造特定质量产品的能力。该系列标准的制定考虑了如下因素：不受制造结构种类的限制；规定了车间及现场焊接的质量要求；为制造商生产满足要求的能力提供指南；提供了评价制造商焊接能力的基础。该系列标准应用方面为焊接控制提供了重要性框架。第一种情况：提供规范中特殊要求，规范要求制造商具备符合ISO9001（200）的质量管理体系。第二种情况：提供规范中的特殊要求，规范要求制造商具备与ISO9001（2000）不同的质量管理体系。第三种情况：为制造商制定一下熔化焊的质量管理体系提供特殊指

11、南。第四种情况：对熔化焊活动有控制要求的那些规范、规则或产品标准提供详细的要求，该系列标准中并于焊接质量要求相应等级的选择。1、组成：ISO3834-15（2005）金属材料熔化焊的质量要求：相应质量要求等级的选择指南。2、选用级别：应按照产品标准、规范、规则或合同选择相应部分，相应部分选择的准则对比。3、选择不同焊接质量要求的区别。焊接生产质量体系四、根据ISO15609/ISO15614 金属材料焊接工艺规程及焊接工艺评定焊接工艺规程及焊接工艺评定所涉及的标准ISO 15609-1 电弧焊； ISO 15609-2 气焊； ISO 15609-3 电子束焊； ISO 15609-4 激光焊

12、；ISO 15609-5 电阻焊； ISO 15609-6 螺栓焊；ISO 15609-7 摩擦焊 ISO15614-1 钢、镍及镍合金； ISO15614-2 铝及铝合金； ISO15614-3 铸铁；ISO15614-5 鈦/锆及其合金； ISO15614-6 铜及铜合金； ISO15614-7 堆焊ISO15614-11 电子束/激光焊； ISO15614-12 点焊/缝焊/凸焊；ISO15614-13 闪光焊/对焊 ISO15610 基于焊接材料试验；ISO15611 基于焊接经验 ISO15612 基于标准焊接规程；ISO15613 基于预生产焊接试验ISO4063：金属焊接、硬钎焊

13、、软钎焊和（坡口）钎焊；方法名称及数字表示ISO15608：钢材/镍合金及镍合金/钢的分类组别 EN25817（ISO5817）钢电弧焊焊接接头熔焊缺陷评定级别 EN30042（ISO10042）铝电弧焊焊接接头接熔焊缺陷评定级别 ISO4136(EN895) 对接接头横向拉伸试验的试样和试验ISO5173(EN910) 对接接头弯曲试验的试样和试验EN875 冲击试样和试验应符合相关标准根据标准能编制出焊接工艺规程和焊接工艺评定 按照ISO标准对每一焊接构件均要求在制造之前编制焊接工艺规程。焊接工艺规程（WPS）应当包含执行焊接操作的必要条件。对于具体应用而言，可以根据实际情况做增减处理。焊

14、接生产车间设施 1、按欧洲标准对焊接车间设计的质量保证方面应考虑的因素生产方式：单件或批量生产组装能力：车间面积，起吊及运输设备的种类及能力材料种类：焊接工艺、焊件预制及焊后加工处理设备焊接工艺：结构形式及施焊焊接人员培训：考试资格质量保证：设备、人员应变能力：在供货条件下处理特殊情况下的能力，设计应变能力材料焊接技术：新型材料的焊接，不同材料的焊接3、车间布置原则车间布置应根据产品结构尽量达到流水作业程序，以减少不必要的工件转换运输。在车间布置设计时除应尽量作到流水作业外还须考虑：按结构件的重量安排生产加工流程露天材料库及预制工位设备吊装设备生产制造车间的墙壁及屋顶采用消音及保温材料 车间内

15、应配备通风设备 焊接生产车间设施7、在焊接车间设施方面，坡口加工准备的依据是什么？材料材料厚度焊接方法焊接位置焊接时，坡口部位可接近程度焊接坡口制备的工艺方法及设备：机械加工：边缘车铣床、龙门刨、切管倒角机、剪床、锯床等；热切割：火焰切割机、数控等离子切割机、激光切割机等。8、表面涂层有哪些？钢板边缘涂层的作用是什么？ 预处理涂层边缘涂层中间涂层打底涂层 盖面涂层边缘涂层是针对钢板侧边防腐所进行的附加涂层保护措施，该涂层应包括板边两侧大约25m的范围，材料是特殊的。该措施适用于承受较大应力的构件部位。焊接生产焊接应力与变形 焊接生产焊接应力与变形焊接生产焊接应力与变形1、焊接变形与内应力的关系

16、薄板 变形较大 应力较小 厚板 变形较小 应力较大2、减少或消除焊接内应力的主要措施预热整体消除应力退火局部消除应力退火火焰消除应力法机械法消除应力机械法消除应力有以下三种方式：锤击焊缝整体冷校正振动消除应力法锤击焊缝在焊厚大件时，应在每道焊缝冷却后都进行锤击，但先决条件是，被焊材料为韧性材料，以免锤击时产生裂纹，有时为避免收缩裂纹也可采用锤击法焊接生产焊接应力与变形制造厂焊接顺序方案的依据）法律规定、技术规范或供货协议最佳的经济性最小的焊接变形及内应力构件的可焊接性（按ISO/TR581标准中的要求，构件的可焊接性包括：材料的可焊性，结构的焊接安全性，生产制造中的焊接可能性）事故说明（缺陷的

17、起因）辅助人员的使用（代替专业人员）4、焊接顺序的基本规则有哪些内容？焊接时尽量减少热输入量和尽量减少填充金属，例外：对裂纹敏感的材料。组焊结构应合理分配各个组单元，并进行合理的组对焊接。例外：对裂纹不敏感的材料，对变形有特殊限制的构件。位于构件钢性最大的部位最后焊接（尽可能使构件能够自由收缩）。例外：对裂纹不敏感的材料，对变形有特殊限制的构件。由中间向两侧对称进行焊接。例外：全自动焊接时先焊对接焊缝，然后焊角焊缝先焊短焊缝，后焊长焊缝先焊对接焊缝，后焊环焊缝当存在焊接应力时，先焊拉应力区，后焊剪应力和压应力区。当对变形有特殊限制时，可采用分段退焊法，此法对补修焊尤为适用（仅对手工电弧焊或半自

18、动焊）焊接生产焊接应力与变形焊接生产焊接应力与变形焊接工序：车间：将腹板与翼板间的角焊缝焊至距接头处200300mm原因：1）安装时装配组对精度高。2）在组对焊时，可使内应力均匀分布。安装： 下翼板的焊接受拉区 上翼板的焊接或上、下翼板同时焊接 焊接腹板 焊接颈部角焊缝和坡口准备（下翼板）和焊接顺序见图32焊接生产焊接应力与变形焊接生产焊接修复 1、修补焊时应遵守哪些规则？尽量采用角焊接头，搭接焊在实际中很少采用。补修焊的范围尽量大一点补修焊部位加工成圆角尽量采用分段退焊法尽量大面积整体同时焊接2、制造厂返修焊措施的依据相关标准及规程应力状态的高低和种类材料种类在返修焊时应考虑到会在施焊部位输

19、入新的热量，产生附加内应力并引起变形。因此有必要考虑是否应对焊件进行热处理，这点很重要。3、进行修补焊之前应了解以下情况：材料的实际状态缺陷的产生原因相应的焊接工艺方法的选择相应的焊接材料及辅助材料的选择修补焊接计划的制订焊接生产焊接修复4、在进行修补焊之前如何了解材料的实际状态？材料的实际状态 化学成份分析 机械性能试验5、产生缺陷的原因找出产生缺陷的原因不是很容易的事，但同一缺陷的重复出现则很有必要找出缺陷产生的原因，通常导致产生缺陷的原因有以下几种：过载计算错误几何尺寸的错误结构设计错误原材料材质不符或用错材料焊接材料和辅助材料用错生产制造错误（包括不遵守焊接工艺规程或检验规程）错误的热

20、处理工艺或无热处理工艺6、焊接工艺方法选择的依据是什么？在车间里还是在工地现场进行焊接修复构件厚度焊接位置及可接近性焊接生产焊接安全 1、在狭窄空间中焊接所要采取的措施？狭窄空间的分离（关闭阀门、法兰连接断开）排空和清理通过容器内部结构部分对危险物质实施防护措施气体措施（过滤或通风）人身保护措施（呼吸保护罩、重型火焰加工点火装置）安全哨位（必须时刻与工作者保持接触、不得擅自离岗）3、按照EN169焊工防护镜片的选择，各种焊接方法使用的等级范围 根据焊接方法和电流强度选择护目镜气焊保护为46级手工电弧焊为810级气体保护焊为1013级4、一损坏乙炔软管的修复方式应采用表面带有纹路的软管以防止打滑

21、，环箍，不得用线部扎钢丝，软管不得有裂纹，并防止过热，软管在铺设时应注意避开各种潜在危险。焊接生产焊接安全5、焊接时，触电的防护预防触电事故应做到以下几点：只能由电工进行网路连接与更换；正确地使用焊接电源和焊接发电机；使用绝缘良好的电缆及焊把；劳动保护工作要好（鞋上没有铁钉，干燥的电焊皮手套等）。6、焊接装有可燃性或易燥性介质的内容时，对其情况的方法和措施。如果容器盛有危险、易爆、易燃物质或者这些物质的残余物质，此类容器的焊接只能在“专家监督”下进行，即对指定的焊接方法和专门培训的焊接人员进行焊接的监督。所有容器如果对以前所盛物质的安全性不确定都将视为盛过危险物质的容器。安全措施在焊接该类容器

22、时必须采取特殊的保护措施：开启泄流阀，容器内在负责人员的监督下用热水或蒸汽清洗，照明电压不得超过42V，焊接前容器内充满水、碳酸或氮气。焊接生产焊接安全焊接生产焊接安全7、带有红色环标记的乙炔瓶的规定是什么？ 乙炔气瓶不允许平放倒空（装有高度多孔物质的带有红色环标记的乙炔气瓶例外）8、根据IEC-60974-1对较高电气危险性的空载电压的规定按德国标准VBG15 15，空载电压按应用条件分为空载电压应用条件电压种类最大值峰值 （V） 有效值a 较高的电气危险性 直流交流1136848b一般的电气危险性直流交流11311380c 一般的电气危险性及限制性使用直流交流1137855d 焊枪机械化驱

23、动直流交流141141100e等离子工艺方法直流交流710710500f潜水员水下作业直流交流65不允许不允许焊接生产焊接安全9、较高电气危险性的条件是什么？在用于较高电气危险条件下的焊接电源上应清楚、牢固地打上S标记，并当有过载电源时要有相应的保护措施。较高的电气危险条件如下：当焊工身体的任一部位与导电体有接触时。在焊工工作位置2米以内范围有其它电气设备时。在潮湿及高温的工作环境下。在焊接工作开始之前检查下列事项：焊接回路是否完好。许用空载电压是否符合规定。10、噪音防护在噪音超过85dB（A）的地方配置噪音防护物品，至90dB（A）时必须携带。11、烟尘防护在相关的标准中对有害气体在空气中

24、的最大含量做了规定（MAK一值）通风和排烟焊接生产生产测量与控制 仪器制造误差是如何分级的？ 制造误差主要由加工公差和加工材质性能引起，仪表的最大允许误差由仪表制造厂商给出的测量精度等级表示。测量精度等级是以在一测量范围内所显示的误差的百分比。测量等级应为：精密仪器：等级0.1，0.2，0.5企业测量仪器：等级1.0，1.5，2.5，5.0； 举例：a)精度等级1.0应称为1.0%误差（仪表刻度值） 仪表刻度值为6A，等级为1.0时 测量电流=6A，可能的误差0.06A =1%相对误差 测量电流=0.6A，可能的误差0.06A =10%相对误差所测量值为0.6A时，误差仍为0.06A，所以推荐

25、尽量采用测量仪器测量上限 b)精度等级为时数显多用仪表（电压测量范围100200V）制造厂商提供的允许误差为(0.5%的测量值+2个数显数)测量范围为0.01199.99 V读数为U=180.0V时 0.5%180V=0.9V +2数显数0.01V=0.02V 最大允许误差=0.92V焊接生产生产测量与控制按ISO13916有哪几个重要测量温度及其概念？予热温度（Tp）开始任何焊接操作之前，焊接区域内工作的瞬时温度。预热温度一般用最低值表示，而且通常与最低的道间温度相同。道间温度(Ti)多道焊缝及相邻母材在施焊下一焊道之前的瞬时温度。道间温度一般用最高值表示。预热维持温度(Tm)焊接中断时焊接

26、区域必须要保持的最低温度。冷却时间t8/5某一焊缝在冷却过程时，它的热影响区的温度从800到500时所必须的时间 测量点温度的测量点在正对着焊工的工件表面，距坡口边缘4 倍板厚，且不超过50mm 的测量处测量（见下图），工件厚度t50mm，A=4t (max=50mm)予热和道间温度的测量位置见下图。当工件厚度超过50mm 时，A=75mm。焊接生产生产测量与控制焊接生产焊接检验 1、破坏性检验的方法、原理及应用。2、无损检验方法、原理及应用。1）外观检测（VT）：2）渗透检测（PT）： 渗透检测是一种以毛细管作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。渗透检测可用来检测延伸至表面的开口缺

27、陷，如气孔、裂纹、起皱、折叠等。主要用来检查金属材料，也可用来检查其他非金属材料，前提是这种材料不是多孔性材料。检测过程预清洗，渗透过程，中间清洗和干燥，显像过程，观察在标准EN1289中规定了焊缝显示的允许极限，见表1。 表1 显示的允许极限（摘自EN1289：2002） mm显示类型验收等级123线性显示（l：显示长度）l 2l 4l 8非线显示（d：主轴尺寸）d4d6d8 验收等级2和3可规定冠以，以表示所检出的各种线性显示应按1级评定。但小于原验收等级所示值的显示，其检出率可能较低焊接生产焊接检验3）磁粉检测（MT）：磁性检测主要适用于检验铁磁性材料焊缝的表面与近表面缺陷，例如碳钢或低

28、合金钢表面的焊接裂纹、疲劳裂纹与应力腐蚀裂纹等材料被磁化的难易程度可用磁导率来表示。磁导率越大，材料越易被磁化，其呈现的磁性也越强。根据不同的磁化程度，磁介质分为铁磁质、顺磁质、抗磁质。铁磁性：rel1，Fe、Co、Ni等及其合金；顺磁性：rel1，Al、Cr、Mn等及其合金；逆磁性：rel1，奥氏体钢、金、银、铜等。rel不是材料常数，与下列因素有关： 磁场强度H； 温度； 材料的事先处理。铁磁质工件被磁化后产生磁感应线，当工件表面或近表面存在的缺陷与磁感应线成垂直或近于垂直角度时，磁感应线会在缺陷处溢出，从而产生漏磁场，漏磁场通过吸引施加在此处的磁粉，形成可见的缺陷磁痕，将缺陷的位置、形状

29、和大小显示出来。焊接生产焊接检验磁粉检测方法及程序磁粉检测方法根据磁化工件和施加磁粉、磁悬液的时机，分为连续法和剩磁法，其操作程序一般包括预处理、磁化、施加磁粉、磁痕的观察、记录、退磁、后处理等。磁痕的观察和评定根据磁痕的长轴和短轴之比，小于等于3的缺陷磁痕为非线性显示，大于3的缺陷磁痕为线性显示。当一组磁痕中，间距小于相邻较小磁痕主轴尺寸的任何邻近磁痕，应作为一个独立的连续磁痕进行评定。检测面宽度应包括焊缝和邻近母材（两侧各10），其验收等级见表2。表2 显示的验收等级（摘自EN 1291：2002） mm显示类型验收等级123线性显示（l：显示长度）l 1.5l 3l 6非线性显示（d：主

30、轴尺寸）d2d3d4 验收等级1和2可规定冠以，以表示所检出的各种线性显示应按1级评定。但小于原验收等级所示值的显示，其检出率可能较低焊接生产焊接检验射线检测（RT）在金属材料的射线检测中，用X和射线来发现内部缺陷，能量范围在KeV至MeV之间。X射线和射线的区别在于产生的机理不同。射线穿过被检物体过程中，其强度将减弱，我们称其为衰减。衰减主要取决于辐射能量和材料密度。衰减的原因是吸收和散射。半价层（HWS）：射线强度衰减为原来一半时，所经过的材料厚度。半衰期（HWZ）：放射性原子核活度衰减为原来一半时，所经历的时间。底片的成像质量射线底片的成像质量取决于： 反差（黑度差别）； 清晰度（不清晰

31、度）。像质计是用来测定射线底片照相灵敏度的器材，根据在底片上所显示的像质计影像，可对射线底片影像质量进行判断，从而确认底片成像是否满足检测技术条件底片的评定评片工作一般包括下面的内容：a）评定底片本身质量的合格性；b）正确识别底片上的影像；c）依据从底片上得到的工件缺陷数据，按照验收标准或技术条件对工件质量作出评定；d）完成有关的各种原始记录和资料整理。可从三个方面进行底片的影像分析判断：a）影像的几何形状；b）影像的黑度分布；c）影像的位置。焊接生产焊接检验6）超声波检测（UT）在超声波检测中，振荡晶片所产生的声脉冲会通过耦合剂传到被检工件中，在工件边界和分离处（内部），波阻抗W=pc发生突然变化，超声波脉冲在此会发生反射，从而来获取缺陷信号，