高效焊接和质量适应控制

高效焊接和质量适应控制刘丛志20091374（西南交通大学机械工程学院车辆工程2009—07班）1.前言近年来，全球制造业的形势日趋严峻，竞争也愈演愈烈，为了提高产品的竞争力，各公司都在寻找降低成本、提高生产效率的技术。焊接技术作为工业生产的一个重要环节，其效率的提高对于总生产效率的提高具有重要意义。2.高效焊接对焊工的要求随着焊接技术应用范围的扩大，对焊接质量也提出了更高的要求，对焊接工人的要求也随之变得更高了。一个好的焊工，首先拥有较好的业务技能。在这一点上，无论国家，还是焊工本人、用人单位都非常重视。锅炉压力容器受压部件焊接制作时，相关标准对焊工技能、焊接范围等都作了明确规定。一个好的焊工，一般都有一个良好的职业习惯：焊前准备工作做得好，从心态、设备调试、工件准备到焊材准备等都非常到位；焊接过程中专心致志，不为外界因素所打扰；焊后检查做得好，对工件进行细致的检查，自己认为满意了，方可转下道工序。一个好的职业习惯一旦养成，将受益终生，在做其它事情上也将有一些连本人也意识不到的益处。一个好的焊工，质量意识非常强，也非常敬业爱岗，真正能够做到干一行、爱一行、钻一行，能够把所加工产品质量与个人的荣誉结合起来，认为‘焊品即人品’，干不好工作是很丢人的事情。所以，企业对焊工的培训教育，不仅仅局限于技能培训，在良好习惯养成上也需要下一番功夫，并增强其荣誉感。3.高效焊接控制焊接过程实际上是在焊件局部加热后又冷却凝固的热过程，由于温度场的不均匀，导致焊件膨胀和收缩不均匀，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。3.1焊接变形的影响因素3.1.1焊接工艺方法不同的焊接方法将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说，自动焊比焊条电弧焊加热集中，受热区域窄，工件的焊接变形较小；气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，加热面积小，以及气流的冷却作用，工件的焊接变形较小。3.1.2焊接工艺参数焊接变形随焊接电流和电弧电压的增大而增大，随焊接速度的加快而减小，其中电弧电压的作用非常明显。因此，低电压、高速、大电流密度的自动焊产生变形较小。在焊接时，适当减小焊接工艺参数，选用较小的热输入可有效地防止焊接变形，但热输入不能太小，否则会影响到焊接质量。3.1.3焊缝数量和断面大小焊缝数量越多，断面尺寸越大，焊接变形越大。3.1.4施焊方法连续焊、断续焊的温度场不同，产生的热变形也不同。通常连续焊变形较大，断续焊变形较小。3.1.5焊接夹具的设计合理性采用焊接夹具，增加了构件的刚性，从而影响到焊接变形。3.1.6构件焊接程序焊接程序能引起构件在不同组合阶段刚性变化和质心位置的改变，对控制构件焊接变形有很大影响。另外，焊接变形还与材料的热物理参数、焊接人员的操作水平、焊接层数、焊接接头的焊前预热及预热温度、时间等有关。3.2焊接变形的控制焊接接头由于受内应力的影响，焊后难免产生变形，但只要仔细分析可能出现的变形倾向，有针对的应用烦变形、刚性固定等措施，可以大大减小变形量，使设备变形控制在设计规定的范围内。具体采取的措施有以下几点：3.2.1合理选择焊接材料。3.2.2合理的焊缝尺寸和坡口形式焊缝尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小，焊缝尺寸越大，焊接工作量越大，焊接变形也就越大。但是，并不是焊缝尺寸越小越好，焊缝尺寸太小，冷却速度快，容易产生裂纹、热影响区硬度过高等焊接缺陷。因此，应在保证焊接质量的前提下，按焊件来选取工艺上允许的最小焊缝尺寸。3.2.3合理的焊缝位置设计时，尽可能地将焊缝对称于截面中性轴，这样能使焊缝引起的扭曲变形互相抵消；或者使焊缝接近断面中性轴，以减少焊缝引起的扭曲。3.2.4严格控制焊接工艺焊接时应选择合理的焊接参数、采用适当的焊接工艺尽量减小热输入。焊接参数宜通过焊接性能实验确定。在焊接过程中，因管口的焊接位置、预热温度及层间温度不断变化，故焊接电流应随时调节，以保证合适的操作电流。要求焊工必须严格按工艺卡所给的参数进行焊接。加强焊工对焊接电源、电弧电压等焊接参数的控制，保证焊接质量。严格控制焊接工艺的主要目的在改善热影响区域、焊缝的组成以及焊接拘束内应力。3.2.5焊接时应选择合理的焊接顺序合理的焊接顺序不仅可预防焊接变形的产生，而且还可以使焊接过程中产生的局部变形得以相互抵消，并且达到减小内应力、降低残余内应力峰值的目的。为便于控制焊接变形，尽量采用对称焊接，以使焊接引起的变形可以通过自由收缩而相互抵消。焊缝不对称的，先焊接焊缝少的一侧，因为焊缝越长，变形量越大，先焊焊缝少的一侧可以增大焊缝多的一侧施焊时焊件的结构刚度，提高其反变形能力。3.2.6合理选择焊接速度在确保焊接质量的同时，适当增加焊缝的焊接速度。但是随着焊接速度的提高，焊缝成形变差，出现焊道咬边现象，倘若进一步提高焊接速度还会出现“驼峰”焊道，甚至造成焊道不连续，因此，合理选择焊接时的速度尤为重要。3.2.7焊前预热温度的控制焊前预热可以消除焊接坡口表面的水分，提高施焊温度，减少焊接能量输入，改善焊接热循环，降低冷却速度，避免淬硬组织的出现。预热火焰应对准坡口中心，预热开始时火焰不能太大，加热到要求的温度后开始焊接。此时火焰不可熄灭，让其维持小火燃烧。在实际施焊过程中，若出现预热温度低于规定要求，则应随时加热。在冬季施工或需预热时，应按照Q/GDGJ0002—91规定的预热参数进行预热。若环境温度特别低时，其预热温度和预热范围还应适度提高。预热方式影响到工程的施工进度和焊缝的质量。常用的预热方式有中频加热器预热和环形火焰加热器预热。一般，使用中频加热器施工成本较高。不同的材料和不同的环境温度，对于焊口的预热温度也有所不同。3.2.8焊接层数及层间温度控制多层焊接时，每层焊缝的热输入要比单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的变形小，而且前层焊缝焊后都对后层焊缝形成约束。在整个焊缝的焊接过程中，对每一层焊接完成后都要检查整个焊口的温度，如果焊口的温度低于焊接工艺规定的层间温度，要用控制预热温度的方法对整个焊口进行预热，保证层间温度达到焊接工艺的要求，再进行下一层的焊接。3.2.9焊接变形矫正火焰矫正能对焊接过程中出现的角变形、波浪变形加以矫正，下料可以进行尺寸上的调整，以消除由于尺寸的收缩所带来的影响。4.影响焊接质量的因素的控制方法4.1操作人员因素这一因素对焊接工作来说就是焊工，也包括焊接设备的操作人员。各种不同的焊接方法对焊工的依赖程度不同，手工操作占支配地位的手弧焊接，焊工操作技能的水平和谨慎认真的态度对焊接质量至关重要。即使埋弧自动焊，焊接规范的调整和施焊也离不开人的操作。由于焊工质量意识差、操作粗心大意，不遵守焊接工艺规程，操作技能差等都可能影响焊接质量。控制措施可以从以下几方面着手：4.1.1.加强“质量第一，用户第一，下道工序是用户”的质量意识教育，提高责任心和一丝不苟的工作作风，并建立质量责任制。4.1.2.定期进行岗位培训，从理论上认识执行工艺规程的重要性，从实践上提高操作技能。4.1.3.加强焊接工序的自检与专职检查。4.1.4.执行焊工考试制度，坚持持证上岗，建立焊工技术档案。4.2机器设备因素机器设备这一因素对焊接来说就是各种焊接设备。焊接设备的性能，它的稳定性与可靠性对焊接质量会产生一定影响，特别是结构复杂、机械化、自动化高的设备，由于对它的依赖性更高，因此要求它有更好、更稳定的性能。在压力容器质量体系中，要求建立包括焊接设备在内的各种在用设备的定期检查制度。在员工劳动强度要降低，生产效率要提高的客观情况下，选用综合性能指标较好的专用设备也就显得非常重要了。在国内外，许多焊接设备生产厂家都是专机专做，同样，选用设备的原则也是专机专用，设备性能指标优中选优。只有这样，才能确保焊接质量的稳定并提高。包括以下几个方面：4.2.1.定期的维护、保养和检修。4.2.2.定期校验焊接设备上的电流表、电压表、气体流量计等计量仪表。4.2.3.建立设备状况的技术档案。4.2.4.建立设备使用人员责任制。4.3材料因素焊接使用的材料包括各种被焊材料，也包括各种焊接材料、还有与产品配合使用的各种外购或外协加工的零部件。焊接生产中使用这些材料的质量是保证焊接产品质量的基础和前提。从全面质量管理的观点出发，为了保证焊接质量，从生产过程的起始阶段，即投料之前就要把好材料关。材料选用，包括母材、焊材，都是由专业技术人员经过计算、筛选并经过试验选定的，材料选用的原则一般是：在保证各种技术数据的情况下，材料可焊性好，容易采购。主要有以下一些控制措施：4.3.1.加强原材料的进厂验收和检验。4.3.2.建立严格的材料管理制度。4.3.3.实行材料标记移植制度，以达到材料的追溯性。4.3.4.择优选择信誉、质量好而且稳定的供应厂和协作厂进行订货和加工。4.4工艺方法因素焊接质量对工艺方法的依赖性较强，在影响工序质量的各因素中占有更重要的地位。其影响主要来自两个方面：一方面是工艺制订的合理性；另一方面是执行工艺的严肃性。由于焊接方法种类较多，技术人员在焊接工艺方法确定时，需要充分考虑单位的产品特点、经济性、工作效率等因素。某一产品或某种材料的焊接工艺的制定，首先要进行焊接工艺评定，然后根据评定合格的工艺评定报告和图样技术要求制订焊接工艺规程、编制焊接工艺说明书或焊接工艺卡。这些以书面形式表达的各种工艺参数是指导施焊时的依据，它是模拟生产条件所作的试验和长期积累的经验以及产品的具体技术要求而编制出来的，是保证焊接质量的基础。在此基础上需要保证的另一方面是贯彻执行焊接工艺的严肃性。在没有充分根据的情况下不得随意变更工艺参数，即使确需改变，也必须履行一定程序和手续。不正确的焊接工艺固然不能保证焊接质量，即使有经评定验证是正确合理的工艺规程，不严格执行，同样也不能得到合格的质量。两者相辅相成，相互依赖，不能忽视或偏废任何一个方面。许多单位对焊接工艺的执行力度不够，个别员工甚至存在“焊接工艺是应付检查的”的错误思想。尤其许多材料的焊接性较差，需要制定系统的工艺，从材料加工、焊前预热、焊材管理、装配定位、焊接规范参数、层道间温度控制、后热缓冷，到热处理等环节，一一作了详细规定，如若一个环节出现问题，将导致废品的出现，关键产品部件会给单位带来很大的损失。所以，必须加强焊接工艺纪律，严格执行规定的焊接工艺方法。其主要控制措施有：4.4.1.按有关规定进行焊接工艺评定。4.4.2.选择有经验的焊接技术人员编制所需的工艺文件。4.4.3.加强施焊过程中的管理与检查。4.4.4.按要求制作焊接产品试板以检验工艺方法的正确性与合理性。4.5环境因素在特定环境下，焊接质量对环境的依赖性也是很大的。因为焊接操作常常在室外露天进行，必然受到外界自然条件，如温度、湿度、风力及雨雪天气的影响，在其它因素一定的情况下，有可能单纯因环境因素造成焊接质量问题。环境因素的控制措施比较简单，当环境条件不符合规定要求时，如风力较大或雨雪天气可暂时停止焊接工作或采取有效防护措施后再进行焊接，过低的气温可对工件适当预热等。在产品制作时，对材料的存放环境、产品制作环境的要求较高，有些材料不仅要防止风吹日晒，对干湿度也有明确的要求。影响焊接质量的因素可概括为以上五个方面，这是从大的方面说。而每一个大因素又可分为若干小因素，每一个小因素还可以分解成更小的因素。将各种因素罗列出来并绘成一种称因果图的形式，即各种可能导致产生某种后果的原因，按主次依次排列出来，这种图形也称为鱼刺图。它是一种进行质量分析的工具，根据长期实践经验，将影响质量的各因素都归纳于图中，一旦出现质量事故，在查找原因时可从因果图中逐一分析，逐一排除，最终总会查出造成焊接质量不合格的一个或几个原因，并在以后的焊接工作中予以纠正和排除。鱼刺图：5.高效焊接控制应注意的事项5.1注意焊缝始端和终端的质量。始端宜采用划擦法或后退引弧法，终端需将弧坑填满。多层焊的层接接头应错开。5.2拆除工、卡具不得伤及焊件。拆除后应打磨平滑，并进行工件探伤检查。5.3采用断续焊焊接时，应根据工艺要求采用预热措施，以防止产生裂纹。再进行施焊前，确认无裂