焊接工程师在ASME认证过程中的工作程序和供应商调查管理制度

作为一名焊接工程师，在ASME认证过程中的工作程序，可按照下列步骤进行。所必须遵循的标准文章中全部列出。1．当产品设计图纸完成以后，焊接工程师根据按照ASME规范编制的“压力容器质量手册”的要求编写焊接接头识别卡。根据设计图纸标明的按照ASME规范2023版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12023EDITION)分类的A类，B类，C类，D类焊接接头，给每个接头编号，规定每个接头所遵循的焊接工艺指导书(WPS)，材料类别号或者组别号，以及焊接方法和可行的焊接位置。2．焊接工程师按照质量手册的要求参照焊接接头识别卡编写第零版焊接工艺指导书(WPSRev.0)。2．1WPS，以及后来的PQR，WPQ等等所有ASME文件的格式最好对照ASME规范2023版第九卷(ASMESEC.Ⅸ)末尾的附录中的样表的格式，WPS当中，必须包括对所有重要变素的描述，见QW252-260。2．2WPS当中的变素按照ASME规范2023版第九卷(ASMESEC.Ⅸ2023EDITION)QW250的叙述。QW252(OFW)燃料氧气焊，QW253(SMAW)焊条电弧焊，QW254(SAW)埋弧焊，QW255(GMAWandFCAW)气体保护焊及药芯焊丝气体保护焊，QW256(GTAW)钨极氩弧焊，QW257(PAW)等离子焊，QW258(ESW)电渣焊，QW259(EGW)电气焊，QW260(EBW)电子束焊。3．根据ASME规范2023版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12023EDITION)的UW-28的规定，对所遵循的每一项焊接工艺作出工艺评定(PQR)。3．1焊接工艺评定的材料与设计图纸相同，SA662-C+SA662-C；SA662-C+SM-400。SA662-C按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-420材料的分组，类别属于P-No.1，组别属于GroupNo.2，强度等级C,亦即最小抗拉强度70-90ksi，大约相当于485-600Mpa。钢号UNSNo.K02023。SM-400的性能接近20号钢。工艺评定用母材与评定母材的适用范围应遵循QW-424的规定，并体现在WPS中。焊接工艺评定是在ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)QW－200各项条款的指导下进行的。3．2焊接材料的选用，根据ASME规范2023版第8.1篇(ASMESEC.ⅧDIV.12023EDITION)的UCS-67的规定，焊接材料的MDMT(低温冲击试验温度)不应高于母材的MDMT。在表UCS-66中，设计厚度取0.4375英寸，材料SA662取曲线B，得出的低温冲击试验豁免温度是–13华氏度，由于产品的工作温度是100摄氏度以上，所以在焊接工艺评定中可以不进行冲击试验。但是焊接材料的低温冲击试验温度必须低于材料的豁免温度。所用的焊丝AWSA5.18ER70S-6和ER70S-G的冲击试验温度均为-29摄氏度，大约相当于-20华氏度。低于材料的豁免温度。符合ASME规范不进行冲击试验的豁免要求。3．3焊材的分组遵循QW-430，焊丝AWSA5.18ER70S-6和ER70S-G属于QW-432.1钢和合金钢范畴，属于F-6组，同组的还有SFA-5.2钎接填丝，SFA-5.9不锈钢焊丝，SFA-5.20药芯焊丝等。3．4工艺评定试样遵循QW-450，评定的熔敷金属厚度分为10mm和20mm两种。按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)QW-451.1的叙述，可以分别覆盖20mm和40mm的厚度范围，但是由于采用的焊接方法是短路过渡气体保护焊(GMAW)，按照QW452.32的叙述，对于10mm钢板，不足1/2英寸，覆盖范围缩小到1.1倍母材厚度，亦即11mm。20mm的熔敷金属虽然超过1/2英寸，按照QW452.1，QW452.2和QW451.1，可以覆盖2倍厚度，即40mm。可是本公司的产品最厚的焊缝只有20mm，同时焊缝厚度超过38mm需要热处理，会有新的要求，所以仍然限制在1.1倍母材厚度22mm，没有超出ASME规范。3．5焊接前的预热按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-406的规定。同时，在公司的质量手册中“压力容器焊接控制及检验规程”也有明确规定。始焊温度不低于16摄氏度。层间温度不高于250摄氏度。3．6本公司的焊接工艺评定的试样，按照ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-450的规定要进行拉伸试验和横向导向弯曲试验。10mm的试样为2个拉伸试样，2个面弯试样和2个背弯试样。20mm的试样则为4个侧弯试样。试样的加工符合ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-462所给出的形状和尺寸。针对本公司的试样形状尺寸，板的缩截面拉伸试样遵循QW462.1(a)，管子的缩截面拉伸试样遵循QW462.1(和QW462.1?。横向导向弯曲试验的试样遵循QW462.3(a)，侧弯试样遵循QW462.2。试样从所焊接的试板上截取，取样的顺序遵从ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中的QW-463。弯曲试验所使用的夹具尺寸符合QW-466。3．7按照QW-141.1的叙述，拉伸试样用于评定焊缝的极限强度，考察材料和焊材的性能。按照QW-141.2的叙述，导向弯曲试样用于评定焊缝的完好性和延展性。考察焊道的内部质量。亦即焊缝中不应存在气孔，夹渣，未熔合，裂缝等缺陷。拉伸试验按照QW-150进行，按照QW-153拉伸试验的合格标准和QW-153.1抗拉强度的叙述，试样抗拉强度不应小于母材规定的最小抗拉强度。实际的拉伸试样均未低于焊接母材的强度数据。导向弯曲试验按照QW-160进行。弯曲试验合格标准按照QW-163，弯曲后的试样在凸面上沿任何方向测量，在焊缝和热影响区内都不应有超过1/8英寸(3.2mm)的开口缺陷。但在试样的边角部位于试验过程中出现的开口缺陷除外，除非有证据表明开口缺陷是由于未熔合，夹渣或者其他内部缺陷造成的。实际的弯曲试样均符合ASME相关要求。工艺评定合格。4．焊接工艺评定(PQR)的合格，说明第零版焊接工艺指导书可以作为正式受控文件指导生产。第零版焊接工艺指导书升级为第A版。亦即WPSVer.A。WPS包含了重要变素，附加重要变素以及非重要变素。当重要变素和附加重要变素发生变化时，按照QW-200.1的要求，WPS必须重新评定。亦即重新制作或者补充制作PQR。如果是非重要变素，可以不进行重评。但是修改变素的参数之后仍然要AI签字。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WPS的支持下，对焊工进行考核。亦即进行WPQ的工作。焊工的资格评定表现为焊工技能评定报告(WPQ)，WPQ是在ASME规范第九卷(ASMESEC.Ⅸ)中QW-300的指导下进行的。9．1由于PQR的合格，根据QW-301.2的叙述，焊接该试件的焊工(其评定范围按照QW-304)被认为评定合格，其评定的焊接位置按照QW-303。9．2按照QW-304的叙述，P-No.1的材料可以用射线拍片的方法作资格评定。由于采用的焊接方法都是短路过渡型气体保护焊(GMAW)，所以不能用射线检测的方法进行工艺评定。按照QW304.1的叙述，用目视检验和力学性能试验进行评定。外观检验遵循QW-302.4。评定所使用的试板厚度为10mm，按照QW-452技能评定试验的厚度范围和试样表格，要作外观检验，1个面弯试验和1个背弯试验。当试板厚度≥3/4英寸时为2个侧弯试样。不过，对于5G(水平固定管)，6G(斜45度管)的资格评定，按照QW-302.4的规定，如果采用力学性能试验的方法进行，必须作2个面弯，2个背弯或者4个侧弯。钨极氩弧焊焊接20号钢材料，其实也可以采取拍片的方法考取资格。拍片对焊缝长度有限制。亦即焊缝总长度必须大于164毫米。对于小直径管，可以焊接多根，使得焊缝总长度达到164毫米。9．3正式的评定之前进行了大量的培训。特别是气体保护焊。由于本公司的气体保护焊是短路过渡形式，电弧燃烧是不连续的，也就是焊接电弧存在瞬间熄灭现象。每秒钟大约出现60-100次。但是焊丝的送进是连续的。气体保护焊的这种工艺特性使得它具有很高的熔敷速率，生产效率很高。但是同时也容易出现未熔合和弥散的夹渣。由于缺陷的方向，有可能使得射线检测不能发现焊缝中的这些缺陷。但是在力学性能试验(弯曲试验)中这些缺陷作为断裂源会扩展成为裂缝。从而被发现。气体保护焊的未熔合主要是焊工在摆动焊接时两端停顿时间不够或者摆动间距(每次摆动周期所前进的距离)太大，熔池液态金属对坡口两侧的固体金属浸润不充分引起的。焊工实际操作时必须理解电弧的行为。通常当液态金属在坡口两端出现细微的波纹并且液面向下凹陷，就说明浸润充分，液态金属呈现突起状，表示浸润不充分。当然这是一瞬间的情况。弥散的夹渣主要发生在多层焊接的情况下。在中间层或者盖面层焊接之前没有把焊道清理干净。9.4焊工除了操作技术达到ASME规范要求以外，根据本公司情况，还必须明确ASME的工作程序。例如焊接材料的领取，交回以及所要填写的表格等等。因为ASME的这一套程序与本公司其他产品的程序有所不同。9.5焊工考核不合格，可以立即重新考试。但是必须焊接2倍的试件。2个试件当中的1个不合格，焊工仍然不合格。也可以重新培训，但是ASME规范对培训时间没有限制。取决于焊接工程师的认定。9.6焊工不同的焊接方法有不同的焊接变素。见QW-350。当重要变素和附加重要变素发生变化时，焊工资格要重新评定。GMAW的重要变素是QW-355;GTAW的重要变素是QW-356;9.7母材的评定范围，规定在QW-423.1，对于本公司采用的SA662材料，属于P-No.1,其对应的评定范围也在QW-423.1当中。9.8按照QW-423.2的叙述，焊工要获得焊接某一种材料的资格，可以使用化学成分相似的材料进行考核。9．9焊工在资格评定时的实际焊接位置(例如板的坡口焊接的3G位置)与这个位置所能覆盖的焊接位置之间的关系在QW461.9的表格中。见本文末尾。各个位置的图示见QW460。9．10焊工技能评定的厚度限制和试样见QW452。10焊接之后的热处理作业指导书根据ASME规范2023版UCS篇(ASMESEC.ⅧDIV.UCS2023EDITION)的UCS-56的规定编写的。对于P-No.1第2组的SA-662材料：10.1标称的最低保温温度应为1000华氏度，大约相当593摄氏度。实际的保温温度为620摄氏度±1010.2保温时间，在标称温度下的保温时间每英寸1小时，但至少为15分钟。在焊接接头识别卡上，实际的产品最大焊缝厚度是CW-8的全焊透坡口焊缝与角焊缝的联合焊缝，坡口深度19.1mm，近似于20mm。按材料的公称厚度UW-40f(2)，UW-40f(3)的叙述，焊缝厚度取20mm，相应的保温时间似乎可以取1小时。但是热处理必须在穿管之前，而CW-8焊缝是在穿管之后焊接的。所以，保温时间应该按照穿管之前的焊缝厚度取值。就是3/8英寸10毫米。按照每英寸1小时的比例，保温时间t=10/25.4=0.4小时。不过考虑到保温时间稍许长一点可以更加彻底的消除残余应力。而且由于温度较低，甚至没有达到碳钢723℃共析线。不会对组织有不良影响。晶粒的长大也是及其有限的。所以保温时间仍然定为1小时。10.3产品入炉温度，按UCS-56(d)(1)的叙述，炉温不得超过800华氏度亦即427摄氏度。取300摄氏度。10.4温度上升速率，按照UCS-56(d)(2)，加热速率不大于222摄氏度每小时，取125-140摄氏度每小时。10.5温度下降速率，随炉冷却。按照UCS-56(d)(5)的叙述，冷却速率不得大于278摄氏度每小时，实际的冷却速率是80－120摄氏度每小时。10.6出炉温度，按照UCS-56(d)(5)的叙述，出炉温度不高于427摄氏度。实际取300摄氏度。在进行焊接工艺评定工作，为避免漏评、重评或无效的评定工作，需要深入学习《蒸汽锅炉安全技术监察规程》。本人在工作单位负责焊接工艺方面的工作，经过比较深入地对规程、标准的学习，并结合多次所在单位的锅炉制造、安装取证的工作经验，浅谈一下对锅炉焊接工艺评定的认识。有不当之处，请锅炉焊接方面的同仁予以批评、指正。针对锅炉焊接工艺评定，我认为以下几个问题需要明确：1执行标准目前，锅炉焊接工艺评定执行的标准只有一个，那就是《蒸汽锅炉安全技术监察规程》附录Ⅰ。对于JB/T4708-2023《钢制压力容器焊接工艺评定》、JB4420-89《锅炉焊接工艺评定》等仅能用作参考，而不能作为执行评定的依据。2焊接工艺评定的目的焊接工艺评定是用以评定施焊单位是否有能力焊出符合《蒸汽锅炉安全技术监察规程》和产品制造技术条件所要求的焊接接头，验证施焊单位制订的焊接工艺指导书是否合适。焊接工艺评定是在焊接性试验的基础上进行的生产前工艺验证试验，应在制订焊接工艺指导书以后，焊接产品以前进行。作为施焊单位焊接能力的见证，外单位的焊接工艺评定，仅可用来作为本单位焊接工艺评定的参考，但不适用于本单位。3焊接工艺评定的范围蒸规第71条明确规定，锅炉产品焊接前，焊接单位应按照附录Ⅰ的规定对下列焊接接头进行焊接工艺评定：受压元件之间的对接焊接接头；受压元件之间或者受压元件与承载的非受压元件之间连接的要求全焊透的T型接头或角接接头。所以，采用非焊透形式的管板、T型接头工艺评定试件，也是没有任何实际意义的。4焊接位置规程对焊接位置进行了明确，除了对焊接参数有特殊要求的焊接位置外（如气电焊、电渣焊等），对任一焊接位置的焊接工艺评定适用于其它焊接位置。通常情况下，焊接位置仅体现施焊难度，是对焊工实际操作技能的要求，工艺评定选择容易施焊的位置，比如：T型接头焊接工艺评定试件选择船型位，而不采取垂直俯位；管管对接接头，采取水平转动位置；无论插入式、骑座式管板，不局限于某种位置，均可采用垂直俯位，或者其它位置。5工艺评定用表格内容由于指导书和评定报告形式未作统一规定，有些单位在表格设计时，出现漏项情况较多，值得引起注意。焊接工艺评定指导书应体现13款内容，焊接评定报告应体现15款内容，《蒸汽锅炉安全技术监察规程》附录Ⅰ规定非常明确，不再赘述。许多单位在进行评定时，存在覆盖内容不全的现象，规程对评定试样的试验标准、检验合格标准都进行了规定，只是未进行集中明确一下。6焊接形式选择蒸规列出了常用的焊接方法及接头形式，有些焊接形式不能直接采用蒸规给定的单一焊接形式，需要采用变通的办法。比如全自动非熔化极气体保护焊用于产品的水平固定插入式管板全位置焊接形式，单一进行非焊透形式的管板自动钨极氩弧焊工艺评定无实际意义。尽管产品制作是非焊透形式，按照规程也是无必要的。但从焊接方法已经改变的角度、属于受压部件间的焊接形式出发，又必须进行焊接工艺评定。虽然产品制作采用管板自动焊是非焊透形式的氩弧焊，但是焊接工艺评定形式和产品制作形式不能混淆，必须分开，焊接工艺评定必须是全焊透的形式，而且必须覆盖产品制作。对于‘产品是什么焊接形式，焊接工艺评定是相应的焊接形式’的个别认识就显得有些偏颇。针对该情况，在焊接工艺评定时，我按照规程采取了组合焊接形式，即手工钨极氩弧焊打底填充、自动钨极氩弧焊盖面的组合焊接形式。这样，蒸规附录Ⅰ第16条的“每个断面检查试样上焊缝根部不允许有裂纹、未熔合、未焊透等缺陷”就易于执行了，即满足规程要求，又能满足了生产需要。7工艺评定试件焊接人员要求规程强调两点：不允许外单位的焊工；仅仅要求是熟练焊工，未必就选用有相应项目的持证焊工。焊接位置强调的是焊工的业务技能，在规程中仅是要求熟练焊工。8检验标准对于焊接工艺评定的试件、试样检验标准，也是唯一的。规程作了明确规定，对接焊缝工艺试件各评定项目的检验方法及合格标准应与产品焊缝相同，且必须符合《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第五章中有关规定，角焊缝每个检查试样上焊缝根部不允许有裂纹、未熔合、未焊透等缺陷。检验标准即《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、JB/T4730-2023《承压设备无损检测》等，执行其它规程未指出的标准就属于不合理的。9结束语总之，在锅炉焊接工艺评定时，需要掌握规程的每一条要求，方可做到不漏做、不多做。但随着结构形式、焊接方法的变化，锅炉焊接工艺评定的要求也需要及时调整。比如，膜式水冷壁的销钉焊接形式，是全焊透形式的对接接头，又采用了新型的焊接方法，需要在产品制作前进行焊接工艺评定，但蒸规上找不到评定的依据，我只好执行了机械电子工业部标准JB4420-89《锅炉焊接工艺评定》。相信在不远的将来，锅炉焊接工艺评定将会进一步完善，会有新版的锅炉焊接工艺评定细则及其解析出台，更好地服务于锅炉行业。在压力容器产品监督检验过程中，好多人为焊接工艺评定和产品焊接试板的冲击试验试验温度和合格指标争论不休，主要的焦点集中在容器板如16MnR的冲击试验温度和合格指标上。大家知道，GB6654-1996《压力容器用钢板》第二号修改单对16MnR原材料的冲击试验温度和合格指标作了修改，分别为0℃和31J。于是有人就认为16MnR焊接工艺评定和产品焊接试板的冲击试样也应该做0℃冲击，冲击功不小于31J为合格。其实不然，JB4708-2023《钢制压力容器焊接工艺评定》评定用钢材焊后的冲击合格指标有明确的规定:“每个区3个试样为一组的常温的冲击吸收功平均值应符合图样或相关技术文件规定，且不得小于27J，至多允许有1个试样的冲击吸收功低于规定值，但不低于规定值的70%.”也就是说，如果图样或相关技术文件没有特殊的规定，则焊接工艺评定的冲击试验只需要做常温冲击，冲击功不小27)即为合格。JB4708-92原来规定，焊接工艺评定试样的力学性能应不低于母材的要求。到了JB4708-2023的时候，标准对冲击试样的合格指标作了修改，为什么呢?JB4708-2023标准释义中讲得很清楚:“母材经过焊接热循环的作用变成有复杂组织的热影响区，其性能特别是冲击韧性有变差倾向，对于调质钢而言，焊接热影响区不能进行调质处理，冲击韧性难以与母材相比。焊接工艺评定冲击试样的韧性指标原规定不低于母材标准规定值较苛刻，现改为应符合图样或相关技术文件规定，且不得小于27J较妥，与JB4744-2023《钢制压力容器产品焊接试板》的力学性能检验规定相同。”同时与其他国家的标准相比(如日本JISB8235《压力容器焊接工艺评定试验)),JB4708-2023对冲击韧性试验合格指标的规定要严格。综上所述，GB6654-1996中对冲击试验温度和冲击功的合格的指标仅仅是针对原材料出厂时的要求;对焊接工艺评定而言，只需做常温冲击且冲击功不低于27)即为合格。同理，对产品焊接试板，如没有特殊的规定，则冲击试验也仅需做常温冲击，且冲击功不低于27J为合格。摘要:单面焊双面成型的焊接质量受到了焊接设备、焊材工艺流程、操作技术水平的限制.通过分析造成质量差的原因,提出了相应的防止措施,对单面焊双面成型的作业具有指导作用.关键词:单面焊双面成型;焊接;质量;原因;措施0引言焊接技术是一门重要的金属加工技术,尽管焊接技术发展很快,自动化程度也越来越高,但手工电弧焊仍占有不可替代的地位.尤其在小直径容器和管道的焊接方面,单面焊双面成形焊接技术的作用更显突出.优质的单面焊双面成形焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材,表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷,焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及操作等原因,使得形成的焊缝达不到质量要求,从而对结构的工作质量和使用寿命产生严重的影响.1单面焊双面成形质量差引起的问题1.1增加消耗,降低结构的质量和使用寿命焊接生产中,优质的焊接质量可以满足设计要求,保证结构的正常使用寿命.而一旦出现严重的焊接缺陷,就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等.否则,这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中,降低结构的使用寿命.1.2焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁,引起安全事故单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中,一旦有严重缺陷,质量不合格,焊件的焊补非常困难,而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用,使焊缝的缺陷产生应力集中,加之焊缝的有效使用面积减小,减弱了焊接接头的强度.轻则使产品的使用寿命受到影响,重则导致焊缝断裂,产品破坏,酿成严重的事故.2单面焊双面成形焊接质量差的原因分析2.1焊接电源自身因素引起的焊接质量差焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素.若焊接电源自身性能不好,必然不会产生良好的焊件.当焊机的引弧性能差,电弧燃烧不稳定,就不能保证工艺参数稳定,焊接过程就无法正常进行,焊接质量就得不到保证.2.2工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响2.2.1焊接电流焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量.焊接电流过大,可以提高生产率,并使熔透深度增加,但易出现咬肉、焊瘤等缺陷,并增大气孔倾向.尤其在立焊操作时熔池难以控制,易出现焊瘤,弧长增加,就会产生咬边.焊接电流过小,熔透深度减小,易出现未焊透、熔合不良、夹渣、脱节等缺陷.2.2.2焊速焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数.[3](p168)合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要.焊速过快,使熔池温度不够,易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷.焊速过慢,使高温时间长,热影响区宽度增加,焊接接头的晶粒变粗,机械性能降低,焊件的变形量增大,同时焊速过慢还会使每层的厚度增大,导致熔渣倒流,形成夹渣等缺陷.2.2.3电弧电压焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊接缝质稳定的重要因素.电弧过长对熔化金属保护差,空气中的氧、氮等有害气体容易侵入,使焊缝易产生气孔,焊接金属的机械性能降低.但弧长也不易过短,若弧长过短,就会引起粘条现象,且由于电弧对溶池的表面压力过大,不利于溶池的搅拌,使溶池中气体及溶渣上浮受阻,从而引起气孔、夹渣等缺陷的产生.2.2.4焊接层数选择不当单面焊双面成形焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响,每层厚度过大,对焊缝金属的塑性有不利的影响,且焊接过程中熔渣易倒流,产生夹渣和未熔合等缺陷.但每层厚度也不易过小,以免造成焊缝两侧熔合不良.2.2.5焊条类型及焊条直径的影响焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定.因此,焊条类型选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素.焊条直径的大小除了对生产率有一定的影响外,对焊接质量也有一定的影响.焊条直径过大,在进行打底层焊接和立焊焊接时熔池难以控制,易产生焊瘤等缺陷.2.3操作因素在焊接生产过程中,焊工的单面焊双面成形操作技术水平低,就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练,这是造成焊缝质量差的重要原因之一.焊前对工件上的油、锈、水分清理不严格,焊条未经烘干处理或烘烤温度不够而投入使用,会促使焊缝产生大量的气孔,从而使焊接缝质量达不到要求.3防止单面焊双面成形焊接产生焊接缺陷的措施3.1作好焊前准备焊前应对焊机进行试焊,确认焊机的引弧性能和稳定性能好,工艺参数的调节方便、灵活、方可使用.工件应开Y形的坡口,钝边的尺寸一般选在0.5～1.0mm之间,坡口边缘20mm以内处用磨光机打磨,并将表面的铁锈、油污等清除干净,露出金属光泽.锅炉压力容器及重要结构的焊接一律采用碱性焊条,打底层焊接应选择直径3.2mm的焊条,中间层和盖面层可选用4mm的焊条,并对焊条进行400℃烘干,保温2～4h.使用时需要将焊条放在保温筒内,随用随取.[3](p178)焊条在炉外停留时间不得超过4h,且反复烘干次数不能多于三次,药皮开裂和偏心度超标的焊条不得使用.3.2焊接操作3.2.1选择合适的工艺参数焊接电流应根据板件厚度、焊接位置、焊条直径和焊接经验进行选择,保证所选择的电流不易造成焊缝咬边、烧穿、夹渣、未焊透等缺陷.焊接过程中应选择短弧焊,以避免咬肉、未焊透、气孔等缺陷的产生.焊速应合适,不宜过慢,以每层厚度不大于4mm为宜,以避免高温停留增长,影响焊缝的机械性能,但焊速也不宜过快,以免造成未溶合、未焊透等缺陷.对重要构件要采取焊前先预热、焊后缓冷等措施,以避免冷裂纹的产生.3.2.2焊工技术水平焊接生产中,焊工对单面焊双面成形操作技术掌握的水平,往往决定了焊缝的质量.因此,加强焊工单面焊双面成形操作技能的训练是保证焊缝质量的关键.摘要:通过理论分析和焊接对比试验，提出了适合MAG焊焊接特点的焊接接头设计的一些原则，这些原则对提高焊接生产率，降低成本，具有较大的实用价值。关键词：MAG焊焊接焊接接头1提出问题MAG(MetalAativeGasAREWelding)焊是熔化极活性气体保护电弧焊的英文简称。它是在氩气中加入少量的氧化性气体（氧气,二氧化碳或其混合气体）混合而成的一种混合气体保护焊。目前我国常用的是80%Ar+20%二氧化碳的混合气体，由于混合气体中氩气占的比例较大，故常称为富氩混合气体保护焊。MAG焊既有氩弧焊的特点，如电弧稳定、飞溅少，易获得喷射过渡，又具有氧化性，克服了纯氩弧焊时表面张力过大，液体金属粘稠，斑点漂移等问题，改善了焊缝成形。同时在氩气中加入的二氧化碳，加剧了电弧中的氧化反应，氧化反应放出的热量，增加了熔深，提高了焊丝熔化系数。因此MAG焊现已在焊接结构制造中得到了广泛的应用。但是，目前在MAG焊接头设计中，人们仍沿用焊条电弧焊的设计思路，如按焊条电弧焊的经验来选用坡口的形状尺寸和设计角焊缝焊脚等。出现这种情况的原因有两方面，一是在我国焊条电弧焊仍是主要的焊接方法，人们往往习惯地把其作为参照物；二是国家目前在焊接方面还没有单独的标准，如坡口的形状尺寸，而只有GB/T985-1988《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》通用标准，未能体现出不同焊接方法的特点。由于上述两方面原因，使得设计MAG焊焊接接头时，不能充分发挥其熔深大、成本低等优越性，造成不必要的材料浪费等。由此我们通过理论分析和焊接对比试验，对MAG焊焊接接头的设计进行了研究，提出了一些设计原则，生产实践证明，这些原则具有较大的实用价值。2MAG焊对接接头设计特点的分析对接接头的设计主要包括接头的坡口形式选择、坡口尺寸（坡口角度、坡口面度、钝边、根部间隙）的确定等内容。我们认为MAG焊对接接头应具有以下特点：MAG焊不开坡口的最大厚度可由焊条电弧焊的6mm，提高到12mm；开坡口接头的坡口角度可由焊条电弧焊一般的60°减少到30°左右，钝边高度可比焊条电弧焊增加1.5-2.5mm，根部间隙可减少1-2mm，这是因为MAG焊较焊条电弧焊有以下几个方面的优势。(1)MAG焊采用混合气体保护，热量集中，受热面积少。有关资料表明，焊条电弧焊加热的最小面积为10-3平方厘米焊加热的最小面积为10-4平方厘米，仅为前者的1/10所以MAG焊热量利用率高,有效功率系数大,焊接熔深增加。(2)MAG焊电流密度大，MAG焊采用φ1.0焊丝短路过渡时，焊接电流一般为160-220A，电流密度为160-220A/mm2；采用φ1.6焊丝射流过渡时，焊接电流一般为300-370A，其电流密度为189-231A/mm2；而采用焊条电弧焊时，φ4焊条的焊接电流一般为160-220A，其电流密度只有189-231A/mm2，远小于MAG焊。所以，MAG焊电流密度大，电弧穿透力强，熔深大，单道焊缝厚度大。(3)MAG焊采用的是氩气和二氧化碳混合气体保护的焊接方法，不必象焊条电弧焊那样需考虑焊条药皮熔渣的上浮而设计较大的坡口角度（坡口面角度），此外，MAG焊焊丝直径较细，焊丝容易深入坡口底部，在间隙较小时，有利于根部焊透。按照上述原则设计的焊接接头，一方面可以减少焊丝的填充量，节省因坡口加工产生的母材消耗，节省了气体的消耗量和电能，降低了成本，提高了劳动生产率。另一方面可以减少焊接热影响区的宽度，减少焊接应力与变形，提高焊接质量。3角焊缝焊脚设计特点的分析(1)焊脚过大的不利影响角焊缝设计时，有人常错误地认为焊脚越大，接头的承载能力越高，故设计时，常选用较大的焊脚。但经实验证明，大尺寸焊脚的角焊缝单位面积的承载能力并不大，反而较低。有研究表明，角焊缝的变形大约与焊脚的一点三次方[1]成正比。由于焊脚过大，接头受热较严重，因此，焊接应力与焊接变形大。此外焊脚过大，填充材料用量增加，焊接时间增长，焊接成本也较高。(2)MAG焊可采用较焊条电弧焊较小的焊脚我们知道，工程上为了安全可靠和计算简便常假定角焊缝都是在切应力作用下破坏的，一律按切应力计算其强度，并假定危险断面是在角焊缝截面的最小高度处，该最小高度为该断面的计算厚度，并忽略焊缝余高和少量熔深的影响。对于焊条电弧焊由于熔深较浅，可忽略其影响，如图"所示1其计算厚度为:a条=0.707K条对于MAG焊，由于熔深较大，故必须考虑其影响。根据《焊接手册》，如图2所示，其计算厚度为：当Km小于或等于8,am=Km当Km>8,am=(Km+P)cos45°=0.707(Km+3)(P取3)由于角焊缝的切应力与焊缝的长度、所受外力及断面计算厚度有关，在焊缝长度和外力相同的情况下，要使两种焊接方法角焊缝强度相等，即切应力相等，则两者的断面计算厚度就应相等，即a条=am，经简化可得到如下公式：当K小于或等于8,Km=0.707K条当K>8,Km=K条-3由此可见,在保证接头强度相等的情况下,当焊脚较大时(K>8),采用MAG焊的焊脚可比焊条电弧焊小3mm；当焊脚较小时(K<8)，采用MAG焊的焊脚仅为焊条电弧焊的0.707倍。4焊接对比试验(1)对接接头力学性能试验此试验参照JB4708-2023《钢制压力容器焊接工艺评定》进行，目的是对坡口角度较小、钝边较大、间隙较小的MAG焊焊接接头与焊条电弧焊焊接接头的力学性能进行对比分析。试验材料母材Q345(16MnR),规格300×125×10，焊条电弧焊开60°V形坡口，钝边3mm，间隙1mm；MAG焊开30°V形坡口，钝边3mm，间隙1mm。焊条电弧焊焊条E5015φ3.2,φ4单面焊双面成形；MAG焊焊丝ER50-6φ1.2，保护气80%Ar+20%二氧化碳(瓶装)，单面焊双面成形。检验项目外观检查，X射线探伤，焊接接头力学性能试验（拉伸试验和弯曲试验）。试验结果外观检查合格；X射线探伤底片均为I级；焊条电弧焊抗拉强度为528MPa和536MPa。MAG焊抗拉强度为552MPa和554MPa；均大于母材的拉试验度；50°冷弯试验，两种焊接方法面弯、背弯各2次全部合格．(2)对接接头焊缝厚度试验焊缝厚度是指焊缝的正面到焊缝背面的距离，对接接头焊缝厚度试验，是对不开坡口的对接接头。以下分别采用焊条电弧焊和MAG焊进行焊接来比较它们的断面焊缝厚度。试验材料母材Q235-A，规格300×125×10，接头不开坡口，留1mm间隙。焊接材料及焊接要求焊条电弧焊E4304φ4MAG焊焊丝ER50-6φ1.2，保护气80%Ar+20%二氧化碳；两者均为单层单道焊。检验项目外观成形检查，5个断面宏观金相焊缝厚度检验。检验结果2个试件外观成形良好，从5个断面的宏观金相来看，MAG焊焊缝厚度明显大于焊条电弧焊，平均大3mm左右。T形接头角焊缝试验T形接头角焊缝试验目的是对MAG焊接头断面的熔深与焊条电弧焊接头断面熔深及成形对比分析。试验材料母材Q235-A，规格300×125×10，接头不开坡口，留1mm间隙。焊接材料及焊接要求焊条电弧焊E4303φ4；MAG焊焊丝ER50-6φ1.2，保护气80%Ar+20%二氧化碳，单道焊。检验项目外观成形，5个断面宏观金相熔深检验。检验结果2个试件焊缝外观成形较好，根部均焊透。MAG焊的熔深明显大于焊条电弧焊，且呈圆弧状。5焊接对比试验分析从对接接头力学性能试验可知，MAG焊与焊条电弧焊的焊接接头抗拉强度均大于母材的抗拉强度，焊接接头的冷弯试验全部合格。这说明减少坡口角度，增加钝边高度，减少间隙的MAG焊的焊接接头力学性能高于焊条电弧焊。从对接接头焊缝厚度试验可知，不开坡口的MAG焊的焊缝厚度明显大于焊条电弧焊。从对形接头角焊缝熔深试验可知，MAG焊的熔深明显大于焊条电弧焊，且MAG焊焊缝的断面成形也优于焊条电弧焊，这说明MAG焊可通过减少焊脚大小来获得等强度的焊条电弧焊角焊缝接头。6结论经过理论分析，焊接对比试验及生产应用情况，可得出如下结论。(1)MAG焊不开坡口的对接接头母材厚度明显大于焊条电弧焊，焊条电弧焊一般为6mm，MAG焊可达12mm以上。(2)对于开坡口的对接接头，MAG焊坡口角度可由焊条电弧焊的60%减少至30°-35°，钝边可增大1.5-2.5mm，根部间隙可减少1-2mm。(3)对于角焊缝，当焊脚K>8时:采用MAG焊的焊脚可比焊条电弧焊减少3mm；当焊脚K小于或等于8时:采用MAG焊的焊脚可取焊条电弧焊焊脚的0.7倍即可。(4)采用此MAG焊接头设计原则时，节约焊接成本理论上可达50%。1.采用垂直外特性的电源，直流时采用正极性（焊丝接负极）2.一般适合于6mm以下薄板的焊接，具有焊缝成型美观，焊接变形量小的特点3.保护气体为氩气，纯度为99.99%。当焊接电流为50~150A时，氩气流量为8~10L/min，当电流为150~250A时，氩气流量为12~15L/min。4.钨极从气体喷嘴突出的长度，以4~5mm为佳，，在角焊等遮蔽性差的地方是2~3mm，在开槽深的地方是5~6mm，喷嘴至工作的距离一般不超过15mm。5.为防止焊接气孔之出现，焊接部位如有铁锈、油污等务必清理干净。6.焊接电弧长度，焊接普通钢时，以2~4mm为佳，而焊接不