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如何進(jìn)行正確的選材是壓力容器設(shè)計和創(chuàng)造中的第一步，也是直觀重要的一步。在壓力容器的設(shè)計和制造過程中，一旦材料選取不合適，會對容器的安全使用留下重大隱患。所以，在壓力容器選材上，要根據(jù)容器的具體使用條件，如設(shè)計的壓力和溫度、操作特征、介質(zhì)特點(diǎn)等，來選取擁有合適力學(xué)、焊接和耐腐蝕性能等物理性能的材料。除此之外，選取材料時還要充分考慮其具體加工工藝和經(jīng)濟(jì)性等其他因素。
1 材料代用的具體規(guī)定
在設(shè)備的設(shè)計和制造過程中，常常會出現(xiàn)材料采購困難或者出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，材料代用的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在壓力容器的設(shè)計過程中。《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督規(guī)程（tsg r0004-2009）》以及《鋼制壓力容器（gb150-1998）》對材料代用做了相關(guān)規(guī)定。一般來講，主要要求如下：壓力容器的承壓部件在代用材料的選擇上，應(yīng)和被代用材料有著相同或者相似的外形質(zhì)量、化學(xué)成分、尺寸公差、性能指標(biāo)、檢驗項目和檢驗率等。材料代用最基本的原則是：要絕對保證，在技術(shù)要求上，代用材料不得低于被代用材料，個別在檢測率或性能項目上要求不嚴(yán)格的代用材料，可以采取檢驗、測試的方式來選擇合適的代用材料。材料代用的手續(xù)要求為：（1）容器承壓部件的代用要嚴(yán)格進(jìn)行，須經(jīng)由代用單位技術(shù)部門的批準(zhǔn)并上報代用材料的復(fù)檢報告或質(zhì)量證明，由主管負(fù)責(zé)人核準(zhǔn)批復(fù)；（2）必須在獲得原設(shè)計單位的允許并拿到證明文件后，才可以在壓力容器制造時進(jìn)行材料代用；（3）壓力容器的設(shè)計圖、施工圖以及出廠時的質(zhì)量證明書中要細(xì)致標(biāo)注代用材料的規(guī)格部位、材質(zhì)和規(guī)格。
2 以優(yōu)代劣
壓力容器所用的全部金屬材料要具有優(yōu)良的性能，包括材料的力學(xué)性能、耐腐蝕性、耐高溫性和制作工藝等。每一種材料的性能都是固定不變的，從性能比較的角度出發(fā)，常常會出現(xiàn)材料間的“優(yōu)”和“劣”的問題。但每種壓力容器對對材料性能的要求在不同情況下也是不一樣的，所以，材料代用中的“優(yōu)”與“劣”判斷從實際出發(fā)，具體問題具體分析。下面，筆者基于自身工作經(jīng)驗，主要探討了幾種典型的“以優(yōu)代劣”問題。
2.1 壓力容器制作中，在強(qiáng)度、力學(xué)特征等機(jī)械性能方面，其常用到的低合金鋼盡管明顯優(yōu)于碳素鋼，但其冷加工性能與可焊性都比不過碳素鋼。一般來說，強(qiáng)度級別高的，其冷加工性能與可焊性就較差，二者負(fù)相關(guān)。所以在進(jìn)行這方面的代用時，應(yīng)相應(yīng)調(diào)整焊接工藝，在熱處理時也可能會有相應(yīng)變化，應(yīng)給予充分重視。
2.2 材料代用時進(jìn)行細(xì)致、周全的考慮，否則壓力容器實際使用中可能會出現(xiàn)各種安全隱患。比如處于濕硫化氫環(huán)境下及存在應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險的設(shè)備中，容器對應(yīng)力腐蝕開裂地敏感性隨容器使用的鋼材的強(qiáng)度級別的提高而增大，二者正相關(guān)。此時若將20r和q235和20r系列的鋼材用16mnr等低合金鋼待用就極易產(chǎn)生問題，因此，此類“以優(yōu)代劣”行徑在原則是行不通的，應(yīng)當(dāng)被禁止。鎮(zhèn)靜鋼在許多性能方面上，鎮(zhèn)靜鋼都比沸騰鋼要更占優(yōu)勢，但在搪玻璃容器制造時，鎮(zhèn)靜鋼的搪瓷效果反而不如沸騰鋼好。
2.3 一般來說，不銹鋼的耐腐蝕性較出色，但在含有氯離子的環(huán)境下，其耐腐蝕性卻不如低合金鋼和碳素鋼。
2.4 和普通不銹鋼相比，超低碳不銹鋼雖然具有價格優(yōu)勢和良好的耐腐蝕性，但前者的高溫?zé)釓?qiáng)性卻更為出色。一般情況下，為了提高耐腐蝕性，需降低含量，而為了提高高溫性，則要提高炭的含量。故而，此種情況下的 “以優(yōu)代劣”，要尤其精確設(shè)計設(shè)備溫度，如有必要，應(yīng)當(dāng)重新計算。
2.5 原則上，膨脹節(jié)、爆破片、撓性管板及這類零件不能進(jìn)行以優(yōu)代劣，特殊情況下必須代用時應(yīng)以代用的材料為重新進(jìn)行精密計算，根據(jù)結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整零件厚度，以防止這類零件及其相鄰部位出現(xiàn)故障或者失效。
2.6 對熱換器管板而言，鍛件的總體性能比板材要好，所以通常情況下采用鍛件，但當(dāng)管板厚度小于6cm時也可以用板材代替鍛件，但此時要注意，即使鍛件和板材的厚度、材質(zhì)及設(shè)計溫度都相同，但兩者的許應(yīng)用力卻不相同，前者的許應(yīng)用力稍低于后者。故如需鍛件代用板材，應(yīng)重新核準(zhǔn)管板厚度。
對鋼材來說，其化學(xué)成份上的微小差異都可能對其性能造成重大影響，所以要對待任何類型壓力容器鋼材的“以優(yōu)代劣”問題都要予以充分重視，以免導(dǎo)致產(chǎn)品和原設(shè)計不符。
3 以厚代薄
“以厚代薄”常常使從平面應(yīng)力狀殼體的受力態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)變狀態(tài)，這對容器受力狀態(tài)來說，是有百害而無一利的，通常情況下，厚壁容器比薄壁容器更容易產(chǎn)生三向拉應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生平面應(yīng)變脆性斷裂。
3.1 對原設(shè)計中封頭和筒體間等厚焊接的容器，若對容器殼體的個別部件進(jìn)以厚代薄，很容易增加殼體的幾何不連續(xù)情況，從而使封頭和筒體間的連接部位受到的局部應(yīng)力增加，此時，對于有應(yīng)力腐蝕傾向的容器來說，會造成很大的損害?？赡軙?dǎo)致疲勞裂紋，嚴(yán)重的可能造成疲勞斷裂。
3.2 在厚板替代薄板時，常常導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變，例如，筒體與加厚的封頭連接時，通常需要對封頭進(jìn)行削邊處理。對以管道為主要筒體構(gòu)成的設(shè)備，若增加筒壁厚度，在封頭與筒體的連接部位也須對筒體側(cè)實施內(nèi)削邊處理。在厚度增加較大時，往往也關(guān)系到焊接工藝的變化。
3.3 容器殼體整體層面上的“以厚代薄”，雖然并不會造成筒體連接處和封頭的局部應(yīng)力增加，但不了避免地，仍會導(dǎo)致一下不良影響。1）厚度增加后，原來的殼體設(shè)計中的探傷方式和焊接工藝也要進(jìn)行相應(yīng)的改變，增加難度；2）殼體厚度的增加必然使容器的重量加大，當(dāng)容器重量增加過大時，必然會對容器的基礎(chǔ)和支座產(chǎn)生不利影響；3）對殼體同時具有傳熱作用的容器，殼體厚度的增加肯定會影響其傳熱效果。
3.4 鋼板的許應(yīng)用力和其厚度緊密相連，《鋼制壓力容器（gb150-1998）》指出，鋼材的許應(yīng)用力隨著其板厚的增大而減小，二者負(fù)相關(guān)。例如20℃-150℃環(huán)境下，16mnr板厚由16mm變?yōu)?8mm時，其許應(yīng)用力則從170mpa降為167mpa，150℃時，20r的板厚由16mm變?yōu)?8mm時，其許應(yīng)用力則從135mpa降為125mpa。由此可知，以厚代薄很可能導(dǎo)致強(qiáng)度不夠，故而，對處于臨界狀態(tài)的以厚代薄，必須對驗算其強(qiáng)度。
3.5 因為原件厚度與其剛性是成正比的，厚度越大，剛性越強(qiáng)，所以原則上不允許對撓性薄管板、波紋管和膨脹節(jié)等元件實行以厚代薄，以防止減弱補(bǔ)償變形的效果。
3.6 由于換熱器的特殊性，對熱換器的主要元件進(jìn)行以厚代薄很容易破壞原來的平衡力系，原則上不可以厚代薄，特殊情況下，必須代用時，需要重新設(shè)計計算。
綜上所述，以厚代薄的利弊問題是很復(fù)雜的，在進(jìn)行代用時，要由相關(guān)設(shè)計單位對代用的可行性和影響進(jìn)行綜合考慮后，方可決定其是否可行。對可采取以厚代薄類型的容器，應(yīng)對其焊接工藝、支座和等進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以盡可能的消除不利影響。
4 其他注意事項
進(jìn)行材料代用時，應(yīng)根據(jù)實際用材情況對焊接工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，一般調(diào)整原則為：用高級材料替代低級材料時，實驗和驗收仍可采用低級材料的標(biāo)準(zhǔn)，不用提高標(biāo)準(zhǔn)；不同材料的耐高溫性、韌度等性能不同時，進(jìn)行最低水壓實驗時，其相應(yīng)的溫度也可能發(fā)生改變，此時，要嚴(yán)格按gb150的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行；當(dāng)板厚增加超過gb150所規(guī)定的冷卷厚度時，一定要對筒體進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理；鋼板的厚度達(dá)到一定水平時，還需要進(jìn)行超聲探傷，必要時，提高水試驗的壓力。
結(jié)語
以鋼為材料主體進(jìn)行設(shè)計和制作的壓力容器，在材料的機(jī)械性能要求上，在考兩次材料強(qiáng)度的同時，也應(yīng)考慮其韌性，在韌性滿足的條件下，則應(yīng)盡可能提高其強(qiáng)度。從這個角度上來說，在壓力容器材料選擇上要正確界定“優(yōu)”和“劣”，不要單純的從材料的厚度和強(qiáng)度來考慮，而要進(jìn)行綜合辨析和考慮。所以，也可以說，壓力容器制造中的材料待用并不單單是技術(shù)問題，更包含容器的安全性、投資方的經(jīng)濟(jì)效益、制造商的成本等經(jīng)濟(jì)和管理問題在內(nèi)的復(fù)雜問題。所以，不論是哪種材料代用，其本質(zhì)上均是變更壓力容器的設(shè)計方案，應(yīng)給予相當(dāng)?shù)闹匾暋?nbsp;
參考文獻(xiàn)：
[1]朱海鷹,姚潤來,辛忠仁,辛忠智. 鋼制壓力容器材料選擇的幾個問題[j].中國化工裝備, 2006,(03):66-68.
[2]金元文,濮軍.壓力容器制造中材料代用的常見問題分析[j].貴州化工,2007,(04):88-89.
[3]陳冬勤.淺析壓力容器制造的材料代用問題[j].科技風(fēng),2009,(04):42-43.
如何進(jìn)行正確的選材是壓力容器設(shè)計和創(chuàng)造中的第一步，也是直觀重要的一步。在壓力容器的設(shè)計和制造過程中，一旦材料選取不合適，會對容器的安全使用留下重大隱患。所以，在壓力容器選材上，要根據(jù)容器的具體使用條件，如設(shè)計的壓力和溫度、操作特征、介質(zhì)特點(diǎn)等，來選取擁有合適力學(xué)、焊接和耐腐蝕性能等物理性能的材料。除此之外，選取材料時還要充分考慮其具體加工工藝和經(jīng)濟(jì)性等其他因素。
1 材料代用的具體規(guī)定
在設(shè)備的設(shè)計和制造過程中，常常會出現(xiàn)材料采購困難或者出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，材料代用的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在壓力容器的設(shè)計過程中?！豆潭ㄊ綁毫θ萜靼踩夹g(shù)監(jiān)督規(guī)程（TSG R0004-2009）》以及《鋼制壓力容器（GB150-1998）》對材料代用做了相關(guān)規(guī)定。一般來講，主要要求如下：壓力容器的承壓部件在代用材料的選擇上，應(yīng)和被代用材料有著相同或者相似的外形質(zhì)量、化學(xué)成分、尺寸公差、性能指標(biāo)、檢驗項目和檢驗率等。材料代用最基本的原則是：要絕對保證，在技術(shù)要求上，代用材料不得低于被代用材料，個別在檢測率或性能項目上要求不嚴(yán)格的代用材料，可以采取檢驗、測試的方式來選擇合適的代用材料。材料代用的手續(xù)要求為：（1）容器承壓部件的代用要嚴(yán)格進(jìn)行，須經(jīng)由代用單位技術(shù)部門的批準(zhǔn)并上報代用材料的復(fù)檢報告或質(zhì)量證明，由主管負(fù)責(zé)人核準(zhǔn)批復(fù)；（2）必須在獲得原設(shè)計單位的允許并拿到證明文件后，才可以在壓力容器制造時進(jìn)行材料代用；（3）壓力容器的設(shè)計圖、施工圖以及出廠時的質(zhì)量證明書中要細(xì)致標(biāo)注代用材料的規(guī)格部位、材質(zhì)和規(guī)格。
2 以優(yōu)代劣
壓力容器所用的全部金屬材料要具有優(yōu)良的性能，包括材料的力學(xué)性能、耐腐蝕性、耐高溫性和制作工藝等。每一種材料的性能都是固定不變的，從性能比較的角度出發(fā)，常常會出現(xiàn)材料間的“優(yōu)”和“劣”的問題。但每種壓力容器對對材料性能的要求在不同情況下也是不一樣的，所以，材料代用中的“優(yōu)”與“劣”判斷從實際出發(fā)，具體問題具體分析。下面，筆者基于自身工作經(jīng)驗，主要探討了幾種典型的“以優(yōu)代劣”問題。
2.1 壓力容器制作中，在強(qiáng)度、力學(xué)特征等機(jī)械性能方面，其常用到的低合金鋼盡管明顯優(yōu)于碳素鋼，但其冷加工性能與可焊性都比不過碳素鋼。一般來說，強(qiáng)度級別高的，其冷加工性能與可焊性就較差，二者負(fù)相關(guān)。所以在進(jìn)行這方面的代用時，應(yīng)相應(yīng)調(diào)整焊接工藝，在熱處理時也可能會有相應(yīng)變化，應(yīng)給予充分重視。
2.2 材料代用時進(jìn)行細(xì)致、周全的考慮，否則壓力容器實際使用中可能會出現(xiàn)各種安全隱患。比如處于濕硫化氫環(huán)境下及存在應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險的設(shè)備中，容器對應(yīng)力腐蝕開裂地敏感性隨容器使用的鋼材的強(qiáng)度級別的提高而增大，二者正相關(guān)。此時若將20R和Q235和20R系列的鋼材用16MnR等低合金鋼待用就極易產(chǎn)生問題，因此，此類“以優(yōu)代劣”行徑在原則是行不通的，應(yīng)當(dāng)被禁止。鎮(zhèn)靜鋼在許多性能方面上，鎮(zhèn)靜鋼都比沸騰鋼要更占優(yōu)勢，但在搪玻璃容器制造時，鎮(zhèn)靜鋼的搪瓷效果反而不如沸騰鋼好。
2.3 一般來說，不銹鋼的耐腐蝕性較出色，但在含有氯離子的環(huán)境下，其耐腐蝕性卻不如低合金鋼和碳素鋼。
2.4 和普通不銹鋼相比，超低碳不銹鋼雖然具有價格優(yōu)勢和良好的耐腐蝕性，但前者的高溫?zé)釓?qiáng)性卻更為出色。一般情況下，為了提高耐腐蝕性，需降低含量，而為了提高高溫性，則要提高炭的含量。故而，此種情況下的 “以優(yōu)代劣”，要尤其精確設(shè)計設(shè)備溫度，如有必要，應(yīng)當(dāng)重新計算。
2.5 原則上，膨脹節(jié)、爆破片、撓性管板及這類零件不能進(jìn)行以優(yōu)代劣，特殊情況下必須代用時應(yīng)以代用的材料為重新進(jìn)行精密計算，根據(jù)結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整零件厚度，以防止這類零件及其相鄰部位出現(xiàn)故障或者失效。
2.6 對熱換器管板而言，鍛件的總體性能比板材要好，所以通常情況下采用鍛件，但當(dāng)管板厚度小于6cm時也可以用板材代替鍛件，但此時要注意，即使鍛件和板材的厚度、材質(zhì)及設(shè)計溫度都相同，但兩者的許應(yīng)用力卻不相同，前者的許應(yīng)用力稍低于后者。故如需鍛件代用板材，應(yīng)重新核準(zhǔn)管板厚度。
對鋼材來說，其化學(xué)成份上的微小差異都可能對其性能造成重大影響，所以要對待任何類型壓力容器鋼材的“以優(yōu)代劣”問題都要予以充分重視，以免導(dǎo)致產(chǎn)品和原設(shè)計不符。
3 以厚代薄
“以厚代薄”常常使從平面應(yīng)力狀殼體的受力態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)變狀態(tài)，這對容器受力狀態(tài)來說，是有百害而無一利的，通常情況下，厚壁容器比薄壁容器更容易產(chǎn)生三向拉應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生平面應(yīng)變脆性斷裂。
3.1 對原設(shè)計中封頭和筒體間等厚焊接的容器，若對容器殼體的個別部件進(jìn)以厚代薄，很容易增加殼體的幾何不連續(xù)情況，從而使封頭和筒體間的連接部位受到的局部應(yīng)力增加，此時，對于有應(yīng)力腐蝕傾向的容器來說，會造成很大的損害?？赡軙?dǎo)致疲勞裂紋，嚴(yán)重的可能造成疲勞斷裂。
3.2 在厚板替代薄板時，常常導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變，例如，筒體與加厚的封頭連接時，通常需要對封頭進(jìn)行削邊處理。對以管道為主要筒體構(gòu)成的設(shè)備，若增加筒壁厚度，在封頭與筒體的連接部位也須對筒體側(cè)實施內(nèi)削邊處理。在厚度增加較大時，往往也關(guān)系到焊接工藝的變化。
3.3 容器殼體整體層面上的“以厚代薄”，雖然并不會造成筒體連接處和封頭的局部應(yīng)力增加，但不了避免地，仍會導(dǎo)致一下不良影響。1）厚度增加后，原來的殼體設(shè)計中的探傷方式和焊接工藝也要進(jìn)行相應(yīng)的改變，增加難度；2）殼體厚度的增加必然使容器的重量加大，當(dāng)容器重量增加過大時，必然會對容器的基礎(chǔ)和支座產(chǎn)生不利影響；3）對殼體同時具有傳熱作用的容器，殼體厚度的增加肯定會影響其傳熱效果。
3.4 鋼板的許應(yīng)用力和其厚度緊密相連，《鋼制壓力容器（GB150-1998）》指出，鋼材的許應(yīng)用力隨著其板厚的增大而減小，二者負(fù)相關(guān)。例如20℃-150℃環(huán)境下，16MnR板厚由16mm變?yōu)?8mm時，其許應(yīng)用力則從170MPa降為167MPa，150℃時，20R的板厚由16mm變?yōu)?8mm時，其許應(yīng)用力則從135MPa降為125MPa。由此可知，以厚代薄很可能導(dǎo)致強(qiáng)度不夠，故而，對處于臨界狀態(tài)的以厚代薄，必須對驗算其強(qiáng)度。
3.5 因為原件厚度與其剛性是成正比的，厚度越大，剛性越強(qiáng)，所以原則上不允許對撓性薄管板、波紋管和膨脹節(jié)等元件實行以厚代薄，以防止減弱補(bǔ)償變形的效果。
3.6 由于換熱器的特殊性，對熱換器的主要元件進(jìn)行以厚代薄很容易破壞原來的平衡力系，原則上不可以厚代薄，特殊情況下，必須代用時，需要重新設(shè)計計算。
綜上所述，以厚代薄的利弊問題是很復(fù)雜的，在進(jìn)行代用時，要由相關(guān)設(shè)計單位對代用的可行性和影響進(jìn)行綜合考慮后，方可決定其是否可行。對可采取以厚代薄類型的容器，應(yīng)對其焊接工藝、支座和等進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以盡可能的消除不利影響。
4 其他注意事項
進(jìn)行材料代用時，應(yīng)根據(jù)實際用材情況對焊接工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，一般調(diào)整原則為：用高級材料替代低級材料時，實驗和驗收仍可采用低級材料的標(biāo)準(zhǔn)，不用提高標(biāo)準(zhǔn)；不同材料的耐高溫性、韌度等性能不同時，進(jìn)行最低水壓實驗時，其相應(yīng)的溫度也可能發(fā)生改變，此時，要嚴(yán)格按GB150的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行；當(dāng)板厚增加超過GB150所規(guī)定的冷卷厚度時，一定要對筒體進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理；鋼板的厚度達(dá)到一定水平時，還需要進(jìn)行超聲探傷，必要時，提高水試驗的壓力。
結(jié)語
以鋼為材料主體進(jìn)行設(shè)計和制作的壓力容器，在材料的機(jī)械性能要求上，在考兩次材料強(qiáng)度的同時，也應(yīng)考慮其韌性，在韌性滿足的條件下，則應(yīng)盡可能提高其強(qiáng)度。從這個角度上來說，在壓力容器材料選擇上要正確界定“優(yōu)”和“劣”，不要單純的從材料的厚度和強(qiáng)度來考慮，而要進(jìn)行綜合辨析和考慮。所以，也可以說，壓力容器制造中的材料待用并不單單是技術(shù)問題，更包含容器的安全性、投資方的經(jīng)濟(jì)效益、制造商的成本等經(jīng)濟(jì)和管理問題在內(nèi)的復(fù)雜問題。所以，不論是哪種材料代用，其本質(zhì)上均是變更壓力容器的設(shè)計方案，應(yīng)給予相當(dāng)?shù)闹匾暋?/p>
參考文獻(xiàn)
[1]朱海鷹，姚潤來，辛忠仁，辛忠智. 鋼制壓力容器材料選擇的幾個問題[J].中國化工裝備， 2006，(03):66-68.
[2]金元文，濮軍.壓力容器制造中材料代用的常見問題分析[J].貴州化工，2007，(04):88-89.
[3]陳冬勤.淺析壓力容器制造的材料代用問題[J].科技風(fēng)，2009，(04):42-43.
1.概述：
TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《容規(guī)》）中第2.13條中關(guān)于材料代用有如下說明，“壓力容器制造或者現(xiàn)場組焊單位對主要受壓元件的材料代用，應(yīng)當(dāng)事先取得原設(shè)計單位的書面批準(zhǔn)，并且在竣工圖上做詳細(xì)記錄。從新《容規(guī)》的修訂，可以認(rèn)識到，在壓力容器的建造中，有必要詳細(xì)論證材料代用的可行性，慎重考慮代用材料對工作介質(zhì)的相容性；考察待用材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力能否達(dá)到原設(shè)計的要求，是否需要改變焊接材料及焊接工藝的要求，以及是否需要改變熱處理狀態(tài)、無損檢測及焊接試板等要求。
2.以優(yōu)代劣(1)壓力容器用金屬材料的主要性能包括力學(xué)性能、制造工藝性能、耐腐蝕及耐高溫性能等。一種材料在某一方面的性能“優(yōu)”于另一種材料的同時，有可能在其他方面“劣”于另一種材料。這一類事例在壓力容器中很常見，例如壓力容器用低合金鋼和壓力容器用碳素鋼，在不同的性能下即各有“優(yōu)劣”。
①壓力容器用低合金鋼，雖然其強(qiáng)度性能方面的指標(biāo)要優(yōu)于碳素鋼，但是其可焊性卻不如碳素鋼好。因此用低合金鋼替代碳素鋼時，應(yīng)相應(yīng)修改對其焊接材料的要求。
②壓力容器用低合金鋼，雖然其強(qiáng)度性能方面的指標(biāo)要優(yōu)于碳素鋼，并且在價各方面要高于碳素鋼，但是在其冷加工性能卻不如碳素鋼好。鋼的過量塑性變形會引起其晶格扭曲，降低鋼的塑性和韌性，產(chǎn)生冷作硬化。因此GB150-1998中10.4.2.1中提出，“碳素鋼、16MnR的厚度不小于圓筒內(nèi)徑Di的3%；其他低合金鋼的厚度不小于圓筒內(nèi)徑Di的2.5%”時，應(yīng)于成形后進(jìn)行恢復(fù)材料性能的熱處理。論文大全。即，對壓力容器材料進(jìn)行“以優(yōu)代劣”可能會引發(fā)相應(yīng)的熱處理要求變化。
③壓力容器用低合金鋼雖然在強(qiáng)度性能指標(biāo)上要優(yōu)于碳素鋼，在價格方面要高于碳素鋼，但是其抗應(yīng)力腐蝕性能卻不如碳素鋼好。材料代用時如果考慮不周將會給壓力容器的使用帶來安全隱患。在有應(yīng)力腐蝕開裂傾向和濕H2S環(huán)境中的設(shè)備，隨著壓力容器用鋼級別的提高，相應(yīng)的對應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性加大，在這種情況下如國用16MnR等低合金鋼代替20R、20g及Q235系列鋼會更容易出現(xiàn)問題，原則上這類“以優(yōu)代劣”是不允許的。
(2)材料性能對于某種材料而言，是確定不變的，是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的。但是，在不同的情況下，人們對材料性能的需求是千變?nèi)f化的，壓力容器設(shè)計過程中的“選材”及必要時的“代材”應(yīng)圍繞著這些“需求”展開。論文大全。在材料代用問題上“優(yōu)”“劣”判斷，應(yīng)具體問題具體分析。
①鎮(zhèn)靜鋼雖然在價格和強(qiáng)度指標(biāo)上要優(yōu)于沸騰鋼，但是，當(dāng)用于制造搪玻璃容器時，沸騰鋼的涂搪效果反而比鎮(zhèn)靜鋼好。
②即使是所謂的“不銹鋼”也有其耐腐蝕性能不如碳素鋼和低合金鋼的場合，如含Clˉ離子介質(zhì)的工況。
③雖然16MnDR的低溫性能要優(yōu)于16MnR，價格也要高一些，但是其耐高溫性能卻不如16MnR，例如在設(shè)計溫度300℃時，16MnDR的許用應(yīng)力為131MPa而16MnR的許用應(yīng)力為144MPa。所以在一些有高溫的容器上，16MnDR效果反而不如16MNR。
④同樣是不銹鋼，其性能也大相徑庭。如果對同一設(shè)備筒體不同部位選用不同材料的不銹鋼，由于兩種奧氏體不銹鋼存在電位差，將造成電偶腐蝕，使設(shè)備使用壽命大大縮短。
⑤對于換熱器管板來說，鍛件的綜合性能優(yōu)于板材，所以一般采用鍛件，但在某一厚度內(nèi)（一般在60mm以下時）也可選用板材。如要求鍛件代板材時，需要注意同一材質(zhì)，同一厚度，同一設(shè)計溫度下板材與鍛件的許用應(yīng)力是不同的。例如16Mn鍛件，截面尺寸≤300mm，t≤100℃時[δ]t為150MPa；而16MnR板材，厚度為＞36~60mm，t≤100℃時[δ]t為157MPa。因此必須考慮代用材料是否滿足原設(shè)計溫度下許用應(yīng)力的要求。
(3). 換熱器殼體、換熱管的材料代用涉及對其線脹系數(shù)的考慮。從降低溫差應(yīng)力的角度來看，如有可能的話，可以這樣考慮換熱器殼體材料與換熱管材料的匹配關(guān)系：
①當(dāng)管/殼程存在較大溫差時，一般情況下管/殼程可選用線脹系數(shù)相差較大的材料，其原則為：當(dāng)管子溫升較大時，選材時應(yīng)使管子材料的線脹系數(shù)小于殼程圓筒材料的線脹系數(shù)；當(dāng)殼程圓筒溫升較大時，選材應(yīng)使殼程圓筒材料的線脹系數(shù)小于管子材料的線脹系數(shù)。
②當(dāng)管/殼程存在較小的溫差時，管/殼程可以選用相同的材料。
事實上線脹系數(shù)相差較大的材料往往是對鐵素體材料與奧氏體材料之間比較而言，鐵素體材料的線脹系數(shù)較低，奧氏體材料的線脹系數(shù)較高。論文大全。
(4). 超低碳不銹鋼的價格和耐腐蝕性雖然優(yōu)于普通不銹鋼，但是其耐高溫性卻不如普通不銹鋼。奧氏體不銹鋼既是耐酸不銹鋼，又是耐熱不銹鋼，碳在奧氏體不銹鋼中具有兩重性。從耐腐蝕性來說，需要降低含碳量；而從耐高溫性能來說，則需要適當(dāng)提高含碳量，后者往往容易被人忽視。
3.以厚代薄“以厚代薄”使殼體的受力由平面應(yīng)力狀態(tài)向平面應(yīng)變狀態(tài)轉(zhuǎn)變，對容器的受力狀態(tài)有害而無利。厚壁容器更容易產(chǎn)生三向拉應(yīng)力的平面應(yīng)變脆性斷裂。
(1). 當(dāng)對壓力容器殼體中的個別部件“以厚代薄”（如加厚封頭），會形成殼體的幾何不連續(xù)，造成局部應(yīng)力。這種不利影響對有應(yīng)力腐蝕開裂傾向的容器和承受狡辯載荷的容器后果尤為嚴(yán)重。在JB/T4736-2002中所給出的補(bǔ)強(qiáng)圈最大厚度為30mm，此時，不允許以大于30mm的鋼板制作補(bǔ)強(qiáng)圈，即不得“以厚代薄”
(2). 壓力容器殼體整體上的“以厚代薄”會發(fā)生新的問題：
①原設(shè)計中選用的焊接要求、無損檢測要求及熱處理要求都有可能相應(yīng)發(fā)生變化；
②殼體增厚，使壓力容器的重量相應(yīng)增加，可能使容器的制作和基礎(chǔ)受力狀況不佳；
③對于殼體兼做傳熱原件的壓力容器，增加殼體厚度會降低傳熱效果；
(3). 換熱器主要元件的“以厚代薄”會造成原本平衡的力系不平衡，此時，必須重新進(jìn)行設(shè)計計算。
換熱器管板強(qiáng)度計算是將管束當(dāng)做彈性支撐，而管板則作為放置于這種彈性支撐基礎(chǔ)上的圓平板。然后，根據(jù)載荷大小、管束的剛度及周邊支撐情況來確定管板的彎曲應(yīng)力。在管板計算中，按有溫差的各種工況計算出的管板應(yīng)力、殼體軸向應(yīng)力、換熱管軸向應(yīng)力、換熱管與管板之間的拉脫力，只要有一個不能滿足強(qiáng)度要求，就需要設(shè)置膨脹節(jié)或采取其他相應(yīng)措施。溫差應(yīng)力與元件的金屬截面積成正比，換熱管和殼體的“以厚代薄”將相應(yīng)的增大溫差應(yīng)力，所以需要重新設(shè)計計算。
(4). 對于膨脹節(jié)、波紋管、撓性薄管板和薄管板等元件，原則性不應(yīng)“以厚代薄”，因為隨著元件厚度的增加，其剛性也相應(yīng)增大，從而削弱了補(bǔ)償變形效果。
【參考文獻(xiàn)】
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一、低合金高強(qiáng)度鋼
低合金高強(qiáng)度鋼是鋼鐵產(chǎn)品中最富有特色和最具有競爭力的鋼種。具有良好的可焊性、耐蝕性、耐磨性、成形性，通常以板、帶、型、管等鋼材形式直接供用戶使用的結(jié)構(gòu)鋼稱為低合金高強(qiáng)鋼。它是在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上，通過合金化提高強(qiáng)度，并改善使用性能而發(fā)展起來的工程結(jié)構(gòu)用鋼。它的主要特點(diǎn)是含碳量低，晶粒細(xì)小，屈服強(qiáng)度高，塑性好，并具有優(yōu)良的低溫韌性、耐蝕性、耐磨性、冷加工性和焊接性。因此低合金高強(qiáng)度鋼廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、車輛、船舶、壓力容器、海上采油平臺、石油管線等各種工程結(jié)構(gòu)中，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
二、低合金高強(qiáng)鋼焊接工藝
低合金高強(qiáng)鋼焊接所面臨的問題一是防止裂紋。二是在保證高強(qiáng)度要求的同時，提高焊縫金屬及焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。焊接熱影響區(qū)（特別是粗晶區(qū)）有產(chǎn)生冷裂紋和韌性下降的傾向，對焊后不進(jìn)行熱處理的焊件，必須嚴(yán)格控制焊接區(qū)的擴(kuò)散氫含量以及選擇合適的焊接方法和焊接工藝參數(shù)。特別是隨著焊接線能量的提高，傳統(tǒng)低合金高強(qiáng)鋼的焊接熱影響區(qū)性能惡化，易產(chǎn)生焊接冷裂紋問題，給大型鋼結(jié)構(gòu)的制造帶來困難。
低合金高強(qiáng)鋼常用的焊接方法主要有手工電弧焊、埋弧自動焊、混合氣體保護(hù)焊等。在確定焊接方法時，必須考慮母材的強(qiáng)度等級、使用性能、施工難易及經(jīng)濟(jì)性。從生產(chǎn)實際出發(fā)，所選擇的焊接方法必須保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)良可靠，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)費(fèi)用低。能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。比較容易實現(xiàn)焊接過程的半自動或自動化。通常，對于對強(qiáng)度等級較低的焊接件各種方法都可采用，對于批量大、焊縫尺寸長的焊接件，采用埋弧自動焊優(yōu)于其他焊接方法。
低合金高強(qiáng)鋼焊接時，選擇和制定合理的焊接工藝及規(guī)范是十分重要的。應(yīng)嚴(yán)格限制焊接線能量，控制焊接熱影響區(qū)冷卻時間不能過長，避免在過低的冷卻速度下粗晶區(qū)出現(xiàn)上貝氏體。同時焊接時不宜采用大直徑的焊條或焊絲，應(yīng)盡量采用多層多道焊工藝，使焊縫金屬有較好的韌性，并減小焊接變形。
鋼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)性能良好、建設(shè)工期短、綠色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)與民用建筑中廣泛應(yīng)用。焊接對鋼結(jié)構(gòu)來說是一把雙刃劍，它成就了鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的高速度，但是鋼結(jié)構(gòu)在焊接時產(chǎn)生的變形問題，也會極大地影響鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中出現(xiàn)變形是不可避免的，但可以通過合理的施工措施來予以控制。
三、預(yù)防和減少焊接變形的方法
① 放樣和下料措施
為了補(bǔ)償施焊后焊縫的線性收縮，梁、桁架等受彎構(gòu)件放樣時要起拱，放樣下料時要留出收縮余量。收縮量與很多因素有關(guān)，實際生產(chǎn)時要依靠工藝試驗來確定。放拼裝臺時要放出收縮量，一般受彎構(gòu)件長度不大于 24m時放 5mm，長度大于 24m時放 8mm。
② 裝配和焊接順序
鋼結(jié)構(gòu)制作拼裝的平臺應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)的水平面，平臺的鋼度應(yīng)保證構(gòu)件在自重壓力下，不失穩(wěn)、不下沉，以保證構(gòu)件的平直。小型結(jié)構(gòu)可一次裝配，用定位焊固定后，以合適的焊接順序一次完成。如截面對稱的構(gòu)件，裝配焊接順序是先整體裝配后焊接，焊接時應(yīng)采用對角焊接法的順序以平衡變形，同時應(yīng)采用翻轉(zhuǎn)架或轉(zhuǎn)動胎具，以便形成船形位置焊縫，否則可由兩個或四個焊工分別采用平焊和仰焊，由中間向兩端焊接。大型鋼結(jié)構(gòu)如大型桁架，盡可能先用小件組焊，再總體裝配和焊接。桁架和屋架端部的基座、屋架的天窗架支承板應(yīng)預(yù)先拼焊成部件，以矯正后再拼裝到屋架和桁架上。屋架和桁架的焊接順序是：先焊上、下弦連接板外側(cè)焊縫，后焊上、下弦連接板內(nèi)側(cè)焊縫，再焊接連板與腹桿焊縫，最后焊腹桿、上弦、下弦之間的墊板。桁架一面全部焊完后翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行另一面焊接，其焊接順序相同。手工焊時，應(yīng)采用四個焊工同時從上、下弦中間向兩端對稱焊接。拼裝時，為防止構(gòu)件在拼裝過程中產(chǎn)生過大的應(yīng)力和變形，應(yīng)使不同型號零件的規(guī)格或形狀符合規(guī)定的尺寸和樣板要求，同時在拼裝時不宜采用較大的外力強(qiáng)制組對，以防構(gòu)件焊后產(chǎn)生過大的拘束應(yīng)力而發(fā)生變形。構(gòu)件組裝時，為使焊接接頭均勻受熱以消除應(yīng)力和減少變形，應(yīng)做到對接間隙、坡口角度、搭接長度和T形貼角連接的尺寸正確，其形式、尺寸應(yīng)符合設(shè)計和焊接規(guī)范要求。
③焊接工藝措施
焊接施工時，應(yīng)選擇合適的焊接電流、速度、方向、順序，以減少變形。焊接金屬構(gòu)件時，應(yīng)先焊短，后焊長；先焊立，后焊平；先焊對接縫，再焊搭接縫，應(yīng)從中間到兩邊，從里到外焊接。集中的焊縫應(yīng)采用跳焊法，長焊縫采用分段退步焊和對稱焊接法。
④反變形法
拼裝時，根據(jù)工藝試驗和施工經(jīng)驗，使構(gòu)件向焊接變形相反方向作適量的預(yù)變形，以控制焊接變形。這種方法需要預(yù)先進(jìn)行試驗，根據(jù)焊縫的設(shè)計要求，調(diào)整好焊接規(guī)范，選用材質(zhì)和規(guī)格相同的鋼板預(yù)先做一個試件進(jìn)行焊接，使焊縫形式、焊角高度符合設(shè)計要求，焊完冷卻到環(huán)境溫度后測量翼板的變形量，把所測量的數(shù)值作為壓制反變形的參數(shù)，壓力機(jī)在翼板中心線上壓出變形量的數(shù)值，使翼板的兩端預(yù)先呈上翹狀態(tài)，抵消焊接變形量，焊后正好持平。采用這種方法需要一臺相應(yīng)噸位的液壓壓力機(jī)。
⑤剛性固定法
焊接時在平臺上或在重疊的構(gòu)件上設(shè)置夾具固定構(gòu)件，增加剛性后，再進(jìn)行焊接，這樣焊接中的加熱和冷卻的收縮變形，被固定夾具等外力所限制，但這種方法只適應(yīng)塑性較好的低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，不適應(yīng)中碳鋼和可焊性更差的鋼材，因為焊接應(yīng)力常使焊件產(chǎn)生裂紋。
參考文獻(xiàn)：
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中圖分類號TG40 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2013）84-0067-01
0 引言
工程機(jī)械大型焊接件的焊接過程直接影響著焊接質(zhì)量，也影響著焊接夾具裝夾系統(tǒng)的合理布局，還影響著大型焊接件的焊接變形預(yù)測及控制。因此對大型焊接件進(jìn)行現(xiàn)場觀察，分析零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝，分析焊接車間的布局特點(diǎn)等，對工程機(jī)械大型焊接件的核心工藝進(jìn)行初步規(guī)劃具有非常重要的意義。
1 工程機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
工程機(jī)械經(jīng)歷了50年到60年的發(fā)展歷程，到20世紀(jì)90年代中末期機(jī)械焊接技術(shù)就已經(jīng)達(dá)到了非常高的水平。經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展的機(jī)械焊接工業(yè)，在跨國公司品牌的不斷沖擊之下，創(chuàng)造出了一條寬闊自由的發(fā)展道路，并慢慢的在國內(nèi)壯大起來，已經(jīng)控制了國內(nèi)85%以上的工程機(jī)械大型焊接市場份額。國內(nèi)焊接市場的營業(yè)額在最近幾年吞并了我國整個工程機(jī)械行業(yè)總營業(yè)額的大半個江山，因此，機(jī)械焊接行業(yè)地位的重要性，以及大型焊接件的核心工藝推出的出色產(chǎn)品，在國際市場上開始萌芽，其發(fā)展勢頭并不亞于其他行業(yè)。
2 工程機(jī)械焊接構(gòu)件特點(diǎn)及常規(guī)焊接工藝
2.1 工程機(jī)械焊接結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)
工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件主要包含薄板件，板厚一般為2mm～4mm；中板件板厚約為6mm～20mm；厚板件板厚約為20mm及以上。大多數(shù)情況下主要利用板材進(jìn)行拼接，采用箱形結(jié)構(gòu)，附件（機(jī)座鑄鋼件）焊接在上面，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊縫要求精度高。在工程機(jī)械大型焊接結(jié)構(gòu)件中，角焊縫的情況比較多，通常只檢查焊縫的焊接形態(tài)和質(zhì)量，但對于主要的受力結(jié)構(gòu)件需要檢查表面裂紋和焊縫缺陷，采用磁粉探傷或者超聲波探傷。
2.2 常規(guī)焊接工藝
常規(guī)的焊接工藝主要包括以下兩個方面。1）焊件準(zhǔn)備：即下料準(zhǔn)備，采用剪板機(jī)和數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行切割。薄板件平常用等離子切割，中厚板采取火焰切割。校平的時候，薄板件通常采用壓力機(jī)校準(zhǔn)；中厚板采用專用的板材矯平機(jī)校準(zhǔn)，板材比較完整則可省去校準(zhǔn)工序。折彎的時候采用專用折彎機(jī)，批量生產(chǎn)時通常采用數(shù)控折彎機(jī)，以獲得較高的工作效率；2）組對點(diǎn)焊：指點(diǎn)焊的過程中，確定各焊件位置的時候，利用人工畫劃的方法使各個焊件按其對應(yīng)的位置關(guān)系組成一個整體，這種方式簡單可靠，缺點(diǎn)是劃線工作量繁瑣，生產(chǎn)效率不高，組對誤差偏高，產(chǎn)品生產(chǎn)差。工件數(shù)量較大時應(yīng)采用機(jī)器人焊接，這種焊接方式操作簡單易行，組對精度高，產(chǎn)品優(yōu)良，當(dāng)前有許多廠家采用機(jī)器人焊接模式。
3工程機(jī)械大型焊接件的核心工藝發(fā)展趨勢
3.1 焊接變位機(jī)將普遍應(yīng)用
隨著市場的擴(kuò)大以及市場競爭日趨激烈，焊縫的質(zhì)量被作為一個重要的評判標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了在保證高標(biāo)準(zhǔn)的焊接質(zhì)量的前提之下，又必須兼顧整體生產(chǎn)效率、操作安全程度和自動焊接等要求，一般情況，車間內(nèi)焊接某部件時，要采用變位機(jī)來獲得更高的焊接質(zhì)量，實現(xiàn)一次裝夾完成全部焊接。而像立焊、橫焊、仰焊等難以保證焊接質(zhì)量的錯誤操作則應(yīng)該摒棄。由此，變位機(jī)焊接在焊接行業(yè)內(nèi)必定得到廣泛應(yīng)用。
3.2 焊接機(jī)器人及自動焊接機(jī)的使用將逐步增加
采取機(jī)器人焊接的模式即代替焊工焊接，這樣不僅可以節(jié)省焊接工人的人數(shù)，降低工人勞動強(qiáng)度，而且還能保證焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定可靠。機(jī)器人焊接，客觀的說焊接機(jī)器人即機(jī)械手，因其自身不能獨(dú)立工作，需配備一些設(shè)備，像變位機(jī)、專用夾具等，組成焊接機(jī)器人工作站。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，焊接機(jī)器人代替操作人員是必然走向。
3.3 焊前工序設(shè)備水平將逐步提高
采取機(jī)器人自動焊接的企業(yè)一定都知道，不僅操作人員的技術(shù)水平對焊縫質(zhì)量有影響，下料、成型對焊縫質(zhì)量的影響也非常大。將焊前工序設(shè)備水平與實際操作要求相一致，是實現(xiàn)焊接過程的自動化進(jìn)程的關(guān)鍵，進(jìn)而降低機(jī)械加工強(qiáng)度；提高生產(chǎn)效率；同時，還可以使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠、提高同行業(yè)中產(chǎn)品的競爭力。廠家需要花費(fèi)更多的資金，并且在產(chǎn)品改型的過程中還需要對其重新設(shè)計調(diào)整是影響拼點(diǎn)工裝的主要因素。目前，只有資金雄厚的廠家使用拼點(diǎn)工裝，但都獲得很大的收益。從已經(jīng)使用機(jī)器人焊接的廠家我們可以看出，其使用的配套拼點(diǎn)工裝相對較多，焊接工序設(shè)備的質(zhì)量大幅度提高。
4 結(jié)論
我國是一個正處于工業(yè)化進(jìn)程中的制造業(yè)大國，意味著工業(yè)化達(dá)到一定水平后，工業(yè)裝備水平的高低將制約著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的增長的快慢。焊接技術(shù)的迅速發(fā)展，以及新的焊接設(shè)備、工藝方法不斷涌現(xiàn)，為我國工程機(jī)械大型焊接工藝發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。與此同時，大型焊接件的工藝、設(shè)備布局及物流、焊接變形預(yù)測與控制，對提高企業(yè)核心競爭力、提高核心零部件的制造能力和技術(shù)水平具有十分重要的意義。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號：X959 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
壓力管道廣泛地應(yīng)用于石油、化工、機(jī)械、冶金、輕工、航空航天等工業(yè)部門以及人民的日常生活。壓力管道是具有爆炸及泄露危險的特種承壓設(shè)備，承受高溫、高壓、低溫、易燃易爆或有毒介質(zhì)，一旦發(fā)生事故，就會給社會經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重危害。壓力管道定期檢驗是壓力管道安全管理的重要環(huán)節(jié)，是壓力管道能夠安全正常運(yùn)行的基本保障，如何在檢驗中有效地發(fā)現(xiàn)問題并予以解決是檢驗工作的重點(diǎn)。
1壓力管道的特點(diǎn)及檢驗方法
1.1 壓力管道的特點(diǎn)
壓力管道工作介質(zhì)包括氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體，種類繁多，其中相當(dāng)一部分是易燃易爆、有毒、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)。壓力管道承受各種動、靜載荷或交變載荷，有時還承受附加的機(jī)械或溫度載荷，運(yùn)行溫度和壓力變化范圍非常寬廣。因此，壓力管道的運(yùn)行特征是十分復(fù)雜的。
1.2壓力管道定期檢驗的方法
壓力管道定期檢驗主要由檢驗人員實施，檢驗單位和檢驗人員在檢驗前應(yīng)做好資料審查和制定檢驗方案等檢驗準(zhǔn)備工作，主要考慮管道所屬類別以及管道的主要失效模式等，制定針對性的檢驗方案，并根據(jù)方案進(jìn)行相應(yīng)的檢驗項目，并根據(jù)壓力管道定期檢驗規(guī)則的要求進(jìn)行安全狀況等級評定、出具檢驗報告等。主要的檢驗項目包括外部宏觀檢查、材質(zhì)檢驗、壁厚測定、無損檢測、理化檢驗、安全附件檢驗、耐壓強(qiáng)度校驗和應(yīng)力分析、耐壓試驗和泄露性試驗等。
2壓力管道定期檢驗的常見問題
2.1 壓力管道元件質(zhì)量不達(dá)標(biāo)
壓力管道元件制造單位數(shù)量多，水平參差不齊，情況復(fù)雜。很多管道元件產(chǎn)品質(zhì)量低劣，給投入運(yùn)行的壓力管道造成了事故隱患。根據(jù)對近年壓力管道事故分析，由于壓力管道元件產(chǎn)品質(zhì)量問題造成的事故在管道事故中占據(jù)相當(dāng)大的比例。在壓力管道定期檢驗中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)閥門、膨脹節(jié)、三通等元件損壞。對此，應(yīng)加強(qiáng)壓力管道元件制造質(zhì)量控制。
2.2腐蝕減薄與環(huán)境開裂
通過對壓力管道失效模式的分析，腐蝕是影響壓力管道系統(tǒng)可靠性、使用壽命及造成管道失效的主要因素之一，壓力管道腐蝕主要分為外部腐蝕和內(nèi)部腐蝕。外部腐蝕易發(fā)生在露天鋪設(shè)的壓力管道和運(yùn)輸介質(zhì)與外界溫差較大的壓力管道，如氨制冷管道、液化氣管道和長期受到雨水、大氣及其他腐蝕性液體侵蝕的管道。內(nèi)部腐蝕主要受輸送介質(zhì)、壓力、溫度和流速的影響，在特定的環(huán)境下還會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂破壞。為防止運(yùn)行中的腐蝕引起的管道失效，檢驗人員要掌握壓力管道的破壞規(guī)律，找出壓力管道腐蝕產(chǎn)生的原因，使用單位要采取正確的事故預(yù)防措施，對壓力管道易腐蝕部位加強(qiáng)保護(hù)，加強(qiáng)管道的日常管理，確保壓力管道的正常運(yùn)行。
2.3管道結(jié)構(gòu)不合理
管道常見的結(jié)構(gòu)不合理主要有管道布置不合理、管道與閥門連接形式不正確、補(bǔ)償器設(shè)置不合理等。結(jié)構(gòu)不合理會引起管道振動，如管道轉(zhuǎn)彎過多，流速過高及截面突變都是引起管道振動的原因，管道長期受振動交變載荷影響，會導(dǎo)致管道連接件松動，進(jìn)而引發(fā)泄露和疲勞斷裂等事故，若對管道受溫度載荷作用引起的變形考慮不夠，會導(dǎo)致支吊架損壞和管道破裂等問題。
2.4焊接缺陷
焊接是壓力管道連接的主要方式。常見的焊接缺陷有咬邊、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等，對壓力管道安全運(yùn)行影響很大。由于壓力管道種類和材質(zhì)品種多，影響焊接質(zhì)量的因素較為復(fù)雜，在質(zhì)量控制方面任何一個環(huán)節(jié)的不規(guī)范，都可能對管道焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。焊接質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因主要有以下幾點(diǎn)：一是施工準(zhǔn)備不充分，預(yù)制工序控制不嚴(yán)格；二是焊接過程未嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝評定或焊接工藝選擇不當(dāng)；三是施工人員缺乏責(zé)任心和質(zhì)量意識。為了盡量避免焊接缺陷，壓力管道在安裝過程中要建立規(guī)范合理的焊接質(zhì)量管理體系，加強(qiáng)對焊接人員、焊接材料、焊接環(huán)境的管理，確保焊接質(zhì)量。
3 結(jié)語
相比較鍋爐壓力容器，壓力管道的安全監(jiān)察起步較晚，得到的重視不夠。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，壓力管道數(shù)量逐年增加，這幾年壓力管道事故不斷發(fā)生，安全狀況令人擔(dān)憂。在壓力管道檢驗中，元件質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、腐蝕、結(jié)構(gòu)不合理、焊接缺陷這幾類是比較突出的問題，為了保證壓力管道安全運(yùn)行，在檢驗中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題是必要的，但如何在設(shè)計、制造、安裝、使用各個環(huán)節(jié)中盡可能避免產(chǎn)生安全缺陷，才是壓力管道安全管理的根源所在。
參考文獻(xiàn)
[1] 中國特種設(shè)備檢驗協(xié)會，壓力管道檢驗[Z].2009.
1.適用領(lǐng)域
在壓力管道工程施工尤其是復(fù)雜的石油化工裝置、航空航天試驗臺（設(shè)備）、核電、各類泵房及壓力容器、罐區(qū)等工藝管道安裝工程中，預(yù)制與焊接是其中的關(guān)鍵工序，預(yù)制深度、焊接質(zhì)量和焊接效率三大要素，直接關(guān)系到工程總體質(zhì)量、施工進(jìn)度和安全，對企業(yè)的施工技術(shù)水平、質(zhì)量控制能力、經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力具有極大的影響。
從我公司近年所涉足的管道施工領(lǐng)域來看，石化裝置、大型專用設(shè)備、儲運(yùn)罐區(qū)、航空航天等軍工試驗設(shè)備及工藝配管的安裝工程不斷增多，其主要特點(diǎn)是：管件在管道總量中所占比例大；尺寸、規(guī)格種類繁多；介質(zhì)易燃易爆；工況高溫高壓；焊接質(zhì)量要求苛刻；焊接的難度越來越大，對焊縫成型、內(nèi)部質(zhì)量乃至表面處理的要求也越來越高，依靠手工電弧焊難以滿足上述要求，而提高預(yù)制深度并采用熔化極氣體保護(hù)自動焊施工工藝，則是解決問題的有效途徑。
2.適用范圍
管道預(yù)制應(yīng)用熔化極藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)自動焊施工，不僅適用于焊接質(zhì)量、外觀要求較高的壓力管道系統(tǒng)，也可應(yīng)用于一般管式結(jié)構(gòu)的焊接。
2.1 適用管徑：DN50～DN600
2.2 適用壁厚：3～60mm
2.3 適用長度：500～12000mm
2.4 適用材質(zhì)：碳鋼、不銹鋼、合金鋼、低溫鋼、有色金屬等
2.5 適用焊縫：各種管段焊縫，如管-管焊縫、管-管件焊縫、管-法蘭焊縫、法蘭-法蘭焊縫、法蘭-管件、管件-管件焊縫等
3.施工優(yōu)點(diǎn)
3.1 以藥芯焊絲、CO2氣體保護(hù)焊自動焊工藝為核心，采用計算機(jī)輔助管理為手段，加大管道預(yù)制深度、保證焊接質(zhì)量和效率為目標(biāo)，全面優(yōu)化了傳統(tǒng)管道預(yù)制階段的工藝流程，提升了管道預(yù)制階段的技術(shù)管理、質(zhì)量管理、探傷管理、進(jìn)度管理和成品管理的可控性和效率，進(jìn)而確保了整個管道安裝工程的質(zhì)量和工期控制效果并間接達(dá)到了經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、安全的目的。
3.2熔化極藥芯焊絲、CO2氣體保護(hù)自動焊系統(tǒng)，其自動化程度高、操作簡單、工藝一致性好，其設(shè)備構(gòu)成和配置可根據(jù)工程特點(diǎn)、相關(guān)技術(shù)質(zhì)量要求和投入成本方面進(jìn)行靈活配置和功能擴(kuò)展，既可用于工廠固定化預(yù)制，也可用于流動性野外現(xiàn)場預(yù)制施工。
3.3自動焊系統(tǒng)包括送絲系統(tǒng)、焊接臂機(jī)構(gòu)（包括焊槍夾持、X、Y、Z三方向行走定位、
微調(diào)）、數(shù)控擺動器（內(nèi)置多套擺動參數(shù)）、數(shù)顯操作機(jī)轉(zhuǎn)臺（含三爪自動定心卡管器）、可調(diào)式管托架及操作控制盤、手控盒等，配以懸臂式起重機(jī)，適應(yīng)各種規(guī)格、長度的管段、法蘭、管件的快速夾持、調(diào)整和焊接過程中的實時調(diào)控，由于采用機(jī)械自動裝置，消除了許多人為因素對焊接工藝的過程的干擾，實現(xiàn)了穩(wěn)定、高速的焊接。
3.4 自動焊接系統(tǒng)采用管道轉(zhuǎn)動、焊槍固定的方式，保證了焊接過程始終保持在最佳位
置，便于實時觀察、調(diào)整、控制，工藝再現(xiàn)性好，探傷合格率達(dá)98%以上。
3.5 自動焊系統(tǒng)采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊工藝，其焊接電流密度較高，焊絲熔敷效率高，焊后熔渣少，電弧熱量集中，熔池小，焊接速度快，熱影響區(qū)較窄，焊件變形小，抗裂能力強(qiáng)。
3.6藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)自動焊操作簡單，培訓(xùn)時間短，降低了對工人焊接技藝的要
求。
3.7根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)供應(yīng)的管配件質(zhì)量現(xiàn)狀，采用人工氬弧焊打底，由于其對管及管件坡口加工質(zhì)量和組對要求不高，避免由于管材、管件的材料規(guī)格偏差、幾何偏差、坡口加工偏差等引致的對口間隙不均、錯邊、局部厚度不勻等而造成的焊接缺陷，且只需打底一遍，焊縫背面質(zhì)量及
成形更易控制。
3.8由于經(jīng)過了各種材質(zhì)、規(guī)格的大量焊接試驗，各種焊接參數(shù)均已反復(fù)驗證、優(yōu)化
并保存，操作時只需根據(jù)相應(yīng)規(guī)格進(jìn)行選取，從焊接內(nèi)部質(zhì)量到外觀成形，保證了穩(wěn)定性和一致性。
3.9 所采用CO2焊機(jī)為IGBT數(shù)字控制，與傳統(tǒng)弧焊機(jī)相比，可節(jié)約用電平均達(dá)30%左右，與交流弧焊機(jī)相比，可節(jié)約用電60%以上，同時由于提高工效數(shù)倍，在工作量相同、焊機(jī)容量一致、焊接參數(shù)相當(dāng)條件下，節(jié)約電能，符合國家目前倡導(dǎo)的節(jié)能工程要求。
3.10 由于CO2氣體保護(hù)焊易受風(fēng)的影響而產(chǎn)生氣孔，當(dāng)風(fēng)速≥2米/秒時，焊接操作時必須采取防風(fēng)遮擋措施。
3.11藥芯焊絲在多雨,潮濕季節(jié)易受潮,因而其存儲方面的要求高于傳統(tǒng)焊材。
4.工藝原理
4.1 藥芯焊絲、CO2氣體保護(hù)自動焊工藝原理
4.1.1藥芯焊絲、CO2氣體保護(hù)焊屬于氣渣聯(lián)合保護(hù)形式，為焊接過程提供了更強(qiáng)的保護(hù)效果，焊縫成形好，綜合機(jī)械性能高。
4.1.2 藥芯焊絲的熔渣有明顯的冶金改善效果, 可以去除雜質(zhì), 凈化焊縫, 因此保證
焊縫金屬的力學(xué)性能, 尤其是韌性和塑性提高。
4.1.3 為保證焊接質(zhì)量并消除管件制造品質(zhì)問題帶來的影響，采用人工氬弧焊打底，藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)自動焊多層蓋面；管段旋轉(zhuǎn)，焊槍固定的焊接方式。
4.1.4 藥芯焊絲、CO2氣體保護(hù)自動焊是通過自動焊設(shè)備系統(tǒng)，如焊接變位機(jī)、回轉(zhuǎn)臺滾輪架等夾持、固定設(shè)備帶動可預(yù)制的管段旋轉(zhuǎn)，焊槍通過焊接臂機(jī)構(gòu)由手動控制盒控制其X、Y、Z軸移動，并通過微調(diào)機(jī)構(gòu)精確定位于施焊部位（通常為焊口上方）進(jìn)行焊接。
4.1.5 自動焊槍內(nèi)含送絲管，通過固定的送絲機(jī)送絲，并由水箱、送、回水管路對焊槍進(jìn)行冷卻以提高載荷率，保證連續(xù)焊接。
4.1.6通過自動焊設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行各種焊接參數(shù)的實現(xiàn)與控制。
4.2自動焊設(shè)備系統(tǒng)
藥芯焊絲、CO2氣體保護(hù)自動焊工藝是通過自動焊設(shè)備系統(tǒng)實現(xiàn)的。本系統(tǒng)構(gòu)成主要包括氬弧焊接電源、數(shù)字控制逆變氣保焊電源、氣瓶、冷卻水箱、送絲機(jī)、自動焊臂三維動作系統(tǒng)、焊槍夾持與擺動系統(tǒng)、變位機(jī)（回轉(zhuǎn)臺）與可調(diào)式管托架、電氣控制與操作控制系統(tǒng)、電動坡口機(jī)、便攜式氬弧焊轉(zhuǎn)臺、懸臂吊等，設(shè)備構(gòu)成可根據(jù)施工需要調(diào)配。通過自動焊設(shè)備系統(tǒng)，使待焊管段穩(wěn)定夾持，并可按預(yù)定的焊接參數(shù)的進(jìn)行轉(zhuǎn)速、擺動的精確控制，并保證焊接過程的穩(wěn)定性和實時可控性。
操作原理：焊件裝夾于夾持轉(zhuǎn)臺，其內(nèi)置變頻器，由手控盒控制，可無級調(diào)速；夾持機(jī)構(gòu)為自動定心三爪卡盤，可快速裝夾焊件；對于長管段，使用可調(diào)式管托架，可根據(jù)管徑調(diào)整高度，保持水平并保證焊接過程中的穩(wěn)定性；焊槍通過手動控制系統(tǒng)在X、Y、Z軸向移動，并通過微調(diào)固定在接近焊縫正上方的最佳位置，調(diào)出預(yù)先設(shè)定的擺動參數(shù)并按焊接工藝指導(dǎo)書調(diào)整合適的電流、電壓、轉(zhuǎn)速、送絲速度、CO2保護(hù)氣流量，啟動自動焊系統(tǒng)進(jìn)行焊接；層間清理，直到蓋面完成。操作示意圖見圖4-1。
5.工藝流程
5.1 管道預(yù)制過程采用流水作業(yè)方式，其過程是將圖紙轉(zhuǎn)化、任務(wù)單下達(dá)、下料切割、
坡口加工、組對、氬弧焊打底以及自動焊蓋面分為一個個相對獨(dú)立的工段，每個工段由專人進(jìn)行施工，最終形成成品管段。
5.2 工序流程見圖5-1：
5.2.1 碳鋼及合金鋼管道：圖紙轉(zhuǎn)化單線立體圖生成任務(wù)單下達(dá)管段組成件除銹刷漆下料切割坡口加工組對焊接打底焊接蓋面檢測成品分區(qū)堆放
5.2.2 不銹鋼管道：圖紙轉(zhuǎn)化單線立體圖生成任務(wù)單下達(dá)下料切割坡口加工組對焊接打底焊接蓋面檢測成品分區(qū)堆放
5.3 上述過程中，單線立體圖采用SOLIDWORKS（添加數(shù)據(jù)庫）等專業(yè)三維軟件繪制，圖面上會自動標(biāo)識有：管段號、焊縫號、管子下料尺寸、材料清單等，為管道現(xiàn)場安裝、管理需要所用管道預(yù)制文件資料通過軟件同步形成。
6.操作要點(diǎn)
6.1圖紙轉(zhuǎn)化，即由原設(shè)計圖繪制單線立體圖，要求單線圖立體感要強(qiáng)、直觀、走向
清楚、尺寸準(zhǔn)確、用料（件）明晰，標(biāo)注相應(yīng)材料名稱、材質(zhì)、規(guī)格、尺寸、焊縫編號、探傷比例等工藝要求，便于施工人員識圖。施工時，技術(shù)人員每天把當(dāng)天所施焊的焊工的代號及時、準(zhǔn)確地移植到管段單線圖上，做到管線號、焊縫編號、焊工號、底片號統(tǒng)一。此步驟為提高管道的預(yù)制深度，進(jìn)而提高總體工程施工效率的關(guān)鍵。
6.2 按管路系統(tǒng)單線圖下料切割，用電動坡口機(jī)加工所需坡口，按傳統(tǒng)方法組對，
（1）切割
不銹鋼高壓管道的切割采用機(jī)械方法切割，不允許用等離子切割、氣割等方法。
（2）坡口加工
采用自動坡口加工機(jī)按焊接工藝評定及焊接工藝指導(dǎo)書的坡口形式、尺寸進(jìn)行機(jī)械加工。
（3）采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)自動焊工藝時，由于其熔深較大，通?？刹捎帽葌鹘y(tǒng)焊接方法更小的坡口角度。
（4）組對
1）組對焊壁厚相同的管子、管件時，其內(nèi)壁要做到平齊，內(nèi)壁錯邊量應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定：壁厚的10%，且不大于0.5mm。
2）焊接接頭組對前，應(yīng)清理其內(nèi)外表面，在坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)不得有裂紋、夾層、油漆、毛刺、氧化皮及其它對焊接過程有害的物質(zhì)，
3）施工過程中，不得用強(qiáng)力方法組對焊接接頭。
6.3 用便攜式氬弧焊轉(zhuǎn)臺進(jìn)行人工氬弧焊打底，通過氬弧焊轉(zhuǎn)臺將管子夾緊，并按照一定的速度轉(zhuǎn)動，方便焊工施焊，節(jié)省體力，提高打底效率。
6.4對奧氏體不銹鋼，氬弧焊打底時，管內(nèi)充氬氣保護(hù)。
6.5 打底進(jìn)行外觀檢查，合格后在變位機(jī)上進(jìn)行焊件夾持（必要時使用懸臂吊輔助裝
卡），調(diào)整、固定。
6.6 根據(jù)管段材質(zhì)、規(guī)格，選擇合適的焊接工藝參數(shù)。
6.7 層間清理、檢查。
6.8 蓋面結(jié)束。
6.9 從變位機(jī)上卸下并放置于工位架上。
6.10進(jìn)行傳統(tǒng)的下道工序。
6.11無損檢測人員根據(jù)管段單線圖上的焊口編號、按圖找到要檢測的焊口位置，及
時進(jìn)行跟蹤檢查，避免漏探。
6.12 有關(guān)人員可隨時利用管段圖對照實物進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題立即在管段圖上進(jìn)行
標(biāo)識并責(zé)成有關(guān)責(zé)任人員進(jìn)行整改，并即時反映到設(shè)計圖紙上。
6.13 對于自動焊的操作，焊工在開始操作時可能出現(xiàn)以下缺陷：在收弧處存在氣孔、
未熔合或條狀夾渣等，因此焊接時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）直流焊接時采用反極性。
（2）注意CO2氣體純度。
（3）CO2氣體流量計的加熱器必須通電，杜絕氣體因氣化而吸濕。
（4）及時對磨損的導(dǎo)電嘴時行更換，因為導(dǎo)電嘴磨損將導(dǎo)致起弧后穩(wěn)定燃燒的時間加
長。
（5）及時清理套筒內(nèi)的飛濺，定期清理送絲管。
6.14 焊接環(huán)境
（1） 焊接環(huán)境溫度低于-5℃對于不銹鋼管道的焊接必須采取提高焊接環(huán)境溫度的措
施；
（2）雨雪天氣，相對濕度大于90%或手工焊風(fēng)速大于8m/s、氬弧焊風(fēng)速大于2m/s，必須采取防護(hù)措施，否則嚴(yán)禁施焊。
（3）焊縫外觀檢驗
1）焊縫外觀應(yīng)成型良好，無裂紋、未熔合、氣孔、夾渣、咬邊存在。
2）焊縫表面不低于管道表面，焊縫余高符合規(guī)范要求。
（4）焊縫無損檢測
1）工程施工執(zhí)行《石油化工劇毒、易爆、可燃介質(zhì)管道工程施工及驗收規(guī)范》 （SH3501-2002）標(biāo)準(zhǔn)，對焊縫進(jìn)行100%射線探傷，Ⅱ級合格（JB4730）
2）對不合格焊縫的返修返修前應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量分析當(dāng)同一部位的返修次數(shù)不得超過兩次。
3）需要返修的焊縫應(yīng)準(zhǔn)確找出缺陷位置，返修焊縫焊接時按原焊接工藝進(jìn)行，并對補(bǔ)焊處用原規(guī)定的方法進(jìn)行檢驗。
7.推廣運(yùn)用
我公司已將該技術(shù)先后運(yùn)用于沈陽重型機(jī)器有限責(zé)任公司廣深港過江隧道盾構(gòu)機(jī)低壓管路安裝工程、北京動力機(jī)械研究所燃料動力站設(shè)備及管道安裝工程、中國航天空氣動力技術(shù)研究院空氣壓縮機(jī)站及氣源系統(tǒng)集成。
【分類號】：TF762.3
前言
隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國的鋼產(chǎn)量和用量均達(dá)到世界第一位，這極大地推動了焊接技術(shù)的發(fā)展，目前中國鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作量已達(dá)到世界焊接強(qiáng)國的水平[1]。隨著海洋裝備、航空探測器、大飛機(jī)、高速列車等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對焊接技術(shù)和焊接質(zhì)量的要求越來越高，因此提高焊接過程的生產(chǎn)效率，探尋和發(fā)展優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能的焊接方法已成為滿足實際生產(chǎn)需要的重要任務(wù)[2-4]。隨著先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)單絲焊接方法的生產(chǎn)效率已趨于極限，無法滿足現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)發(fā)展的步伐。同單絲焊接技術(shù)相比，雙絲焊具有焊接速度高、熔敷效率高、焊縫質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，能夠極大地提高焊接生產(chǎn)效率，因此受到越來越多的關(guān)注[5-7]。
1. 雙絲焊的分類
根據(jù)焊接特點(diǎn)和保護(hù)方式不同，雙絲焊主要包括雙絲埋弧焊和雙絲氣體保護(hù)焊兩種[8-10]。雙絲埋弧焊因其高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)，在國內(nèi)外造船、橋梁、壓力容器和管道領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，雙絲埋弧焊只適于平焊長的直焊縫和圓形縱、環(huán)焊縫，而且焊縫熔深大，其應(yīng)用有一定的局限性。雙絲氣體保護(hù)焊具有焊接高速快、熔敷率高的特點(diǎn)，不僅可以焊接薄板工件，也可以焊接厚板結(jié)構(gòu)，在輸氣管道、壓力窗口、鋼管、橋梁、船舶等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
根據(jù)焊接電路配置和焊絲的裝配不同，雙絲焊分為串列雙絲焊、并列雙絲焊、串聯(lián)雙絲焊、雙絲三弧焊和雙絲預(yù)熱填絲焊等[11， 12]。本文主要介紹串列雙絲焊、并列雙絲焊、串聯(lián)雙絲焊。
1.1 串列雙絲焊
串列雙絲焊中每根焊絲由一個電源控制，是目前最受關(guān)注的雙絲焊技術(shù)。氣體保護(hù)串聯(lián)雙絲焊一般稱為TANDEM雙絲焊。根據(jù)焊絲的相對位置不同，串列雙絲焊分為分離電弧法和共熔池法。在雙絲埋弧焊中，分離電弧法應(yīng)用較廣。分離電弧法實際上是由兩套傳統(tǒng)的單絲埋弧焊系統(tǒng)組裝而成，設(shè)備簡單，通用性強(qiáng)。通常情況下，一根焊絲直流反接，另一根焊絲使用交流電源，從而即能夠獲得較大的熔深，也能夠保證焊縫成形美觀，目前該方法已在造船、壓力容器和管道焊接領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
共熔池法同分離電弧焊最大的區(qū)別在于焊槍部分，它同樣包括兩臺焊機(jī)和兩臺送絲機(jī)，但只有一把焊槍。共熔池法多用于氣保焊，兩根焊絲分別使用單獨(dú)的導(dǎo)電嘴，共用一個氣體噴嘴。焊接時，兩根焊絲分別引弧，在雙電弧中熔化形成一個熔池。由于雙電弧距離較近，相互干擾，一般使用脈沖電源。
1.2 并列雙絲焊
并列雙絲焊的兩根焊絲共用一個電源和一個導(dǎo)電嘴，兩根焊絲平行排列，一般垂直于母材，焊絲的直徑和成分可以更換和調(diào)整，但兩根焊絲的送進(jìn)速度相同。并列雙絲焊實質(zhì)上是利用兩個較細(xì)的焊絲來代替一根較粗的焊絲，由于存在兩個電弧，母材的熱影響區(qū)變寬，但熱輸入變小，焊縫金屬的過熱傾向減小，而且焊接速度較單絲焊有明顯提高。氣體保護(hù)并列雙絲焊一般稱為TWIN-ARC雙絲焊，兩根焊絲共用一個導(dǎo)電嘴和氣體噴嘴。
1.3 串聯(lián)雙絲焊
串聯(lián)雙絲焊的母材不通電，兩焊絲通過導(dǎo)電嘴分別接電源的正負(fù)兩極，兩焊絲串聯(lián)，電弧在兩焊絲之間產(chǎn)生。焊接時即可用直流電源也可用交流電源，兩焊絲之間的夾角一般為30-45°。這種焊接工藝熔敷速度是傳統(tǒng)單絲焊的1.5-2倍，由于母材不接電源，母材的熱輸入少，熔深淺，熔敷層金屬的稀釋率一般小于10%。
雙絲間接電弧氣體保護(hù)焊是一種比較新的串聯(lián)雙絲焊技術(shù)，該方法采用直流電源，兩套送絲機(jī)構(gòu)分別控制兩根焊絲的送進(jìn)，電弧可在距工件不同的位置引弧和燃燒，兩極性斑點(diǎn)分別在兩焊絲上，利用弧柱熱量和熔滴攜帶的熱量熔化母材形成焊縫。
2. 雙絲焊的發(fā)展及現(xiàn)狀
雙絲焊的研究基本都是從埋弧焊開始，雙絲自動埋弧焊最早的應(yīng)用出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，該技術(shù)的出現(xiàn)使焊接效率發(fā)生了根本性的提升[13]。雙絲自動埋弧焊包括單電源雙絲和串列雙弧兩種，單電源雙絲焊熔透能力較差，一般僅適用于窄間隙焊接，而串列雙弧中雙絲由兩個電源單獨(dú)控制，具有熔深大、熔敷速度高、焊縫金屬稀釋率接近單絲焊的特點(diǎn)，目前已在實際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
氣體保護(hù)雙絲焊的研究最早出現(xiàn)在1955 年。同雙絲埋弧焊一樣，雙絲氣保焊也可以減小焊接變形，提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時節(jié)約焊接材料[14]。國外科研機(jī)構(gòu)對于雙絲氣保焊的研究較早，目前已完全掌握相關(guān)設(shè)備的成熟生產(chǎn)工藝。例如，加拿大焊接研究所研制了脈沖雙焊絲GMAW 焊接設(shè)備，用于窄間隙的高強(qiáng)鋼焊接；日本的NKK 船廠采用了雙高速旋轉(zhuǎn)電弧的焊接工藝，用于角焊縫的焊接；奧地利弗尼斯公司成功開發(fā)了單槍雙絲MIG 焊技術(shù)，焊槍尺寸小巧，適應(yīng)于焊件的任何位置焊接。為了適應(yīng)薄板高速焊和厚板高熔敷率焊接，2001 年在德國埃森展上由奧地利Fronius 公司和德國CLOOS 公司分別展出了雙絲 MIG 焊設(shè)備，該類設(shè)備是將兩根焊絲按一定角度放在同一個焊槍噴嘴內(nèi)，兩根焊線分別由各自獨(dú)立的電源供電，焊接過程穩(wěn)定，焊接效率較高，達(dá)到 3～5m/min，該類設(shè)備已在車輛制造、造船、汽車等方面得到了廣泛的應(yīng)用[15-17]。除上述公司外，德國的BENZEL公司，美國的Miller、Lincoln公司目前均可以生產(chǎn)成套的TANDEM或TWIN-ARC雙絲焊設(shè)備。
我國在雙絲焊方面的研究也比較早，在80年代便可以制造出雙絲氣體保護(hù)焊設(shè)備。但后來由于焊接人才缺乏和科研經(jīng)費(fèi)短缺，我國雙絲焊技術(shù)的研究一直遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外，目前我國的雙絲焊設(shè)備基本依賴進(jìn)口，僅德國的CLOOS公司的TANDEM雙絲焊接系統(tǒng)在國內(nèi)便有數(shù)百套。近年來，國家加大了先進(jìn)焊接技術(shù)領(lǐng)域的資助，我國在雙絲焊領(lǐng)域的研究迅速發(fā)展，上海交通大學(xué)、西南交通大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、山東大學(xué)等科研院校均開展了該方面的研究工作，部分機(jī)構(gòu)已經(jīng)具備研制雙絲焊設(shè)備的能力[18-20]。但是，由于研究基礎(chǔ)薄弱，相關(guān)理論知識缺乏，我國雙絲焊設(shè)備的整體水平同國外同類產(chǎn)品還有較大的差距。
3. 雙絲焊的應(yīng)用
3.1 雙絲焊在造船領(lǐng)域的應(yīng)用
2010年，中國造船業(yè)的三大指標(biāo)即造船完工量、新承接訂單量、手持訂單量均超越老牌造船強(qiáng)國韓國和日本，成為世界第一造船大國。雖然由于經(jīng)濟(jì)危機(jī)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的問題，近兩年我國的造船業(yè)發(fā)展進(jìn)程有所回落，但仍然保持在世界三大造船大國之列。焊接技術(shù)是船舶制造工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，船舶的焊接技術(shù)水平直接影響著我國造船業(yè)的國際競爭力和發(fā)展前景。
采用雙絲埋弧焊工藝焊接船用高強(qiáng)鋼DH36，焊接質(zhì)量完全滿足中國船級社《材料與焊接規(guī)范》的技術(shù)要求，焊接熔敷率較單絲埋弧焊有明顯提高，焊接道次減少，20-30mm厚度的鋼板能夠?qū)崿F(xiàn)雙面單道焊，焊接效率大大提高[21]。對于60mm厚度的DH36 鋼采用交流方波雙絲埋弧焊方法，通過優(yōu)化焊接工藝，焊接接頭的低溫斷裂韌性（0 °C）明顯改善。采用小電流、低速焊的工藝，焊縫的斷裂韌性裂紋尖端張開位移（CTOD）值比常規(guī)工藝提高約85%，熱影響區(qū)提高近4倍；采用大電流、高速焊的工藝，焊縫的斷裂韌性 CTOD 值比常規(guī)工藝提高近3倍，熱影響區(qū)提高近2倍[22]。
高強(qiáng)度船體用EH36是一種經(jīng)過細(xì)晶處理的鎮(zhèn)靜鋼，其焊接熱影響區(qū)組織與性能對焊接熱輸入較敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向大，氫致裂紋敏感性較大。相比較傳統(tǒng)單絲CO2氣保焊，采用雙絲CO2氣保焊焊接EH36，焊接接頭的屈服強(qiáng)度、延伸率和低溫韌性（-40 °C）均顯著改善。另外，在單根焊絲具有相同電流和電壓的前提下，獲得相同的焊縫寬度時，雙絲焊的焊接速度比單絲焊提高1倍，生產(chǎn)效率大大提高[23]。
3.2 雙絲焊在高速列車領(lǐng)域的應(yīng)用
我國的高速列車技術(shù)經(jīng)過近20年的發(fā)展，通過消化吸收和自主創(chuàng)新相結(jié)合的發(fā)展道路，逐漸突破高速列車的關(guān)鍵技術(shù)問題，實現(xiàn)了高速列車的自主制造。2010年CRH380AL新一代高速列車創(chuàng)造了486.1 km/h的世界高速鐵路最高運(yùn)營速度，標(biāo)志著我國高速列車技術(shù)已躋身世界高速列車技術(shù)先進(jìn)行列。高速列車的高速化主要取決于車身的輕量化材料和車體結(jié)構(gòu)，因此高速列車承載結(jié)構(gòu)輕量化的研究至關(guān)重要。
鋁合金因其比強(qiáng)度高、耐蝕性好、成型工藝好等優(yōu)點(diǎn)，在高速列車車體中得到廣泛應(yīng)用。但是，鋁合金活性高，鋁與氧的親和力在，焊縫中容易形成氧化鋁夾渣。鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)和膨脹系數(shù)也較大，焊接時需要高的熱輸入，容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形甚至裂紋。目前鋁合金的有效焊接方法主要為鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊[24]。鎢極氬弧焊適合焊接的板厚范圍為1-20mm，熔化極氬弧焊采用高熔敷率焊接（大電流、粗焊絲，適用于厚板）時，熱輸入過大，焊縫成形較差，若采用高速焊接（高電流密度、細(xì)焊絲，適用于薄板）時，對送絲速度的要求較高。
雙絲焊接技術(shù)可以解決高速列車鋁合金焊接時存在的問題，不僅可以獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，還可以提高焊接效率。以CRH3型動車組車體用6005A-T6鋁合金為例，采用奧地利IGM Robot RTI 330-S雙絲焊接系統(tǒng)，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，焊接接頭組織比單絲焊更為致密和均勻，抗拉強(qiáng)度和延伸率均有所提高，焊接速度顯著提高，目前該技術(shù)工藝已實際應(yīng)用于CRH3高速動車組的生產(chǎn)中[25]。采用雙絲MIG焊焊接6082-T6鋁合金時，由于雙絲焊熱輸入較小，焊接接頭晶粒較小，熱影響區(qū)較窄，硬度及抗拉強(qiáng)度相比單絲焊接接頭略有提高，但雙絲焊焊接速度大大提高[26]。另外，雙絲焊在2219、7A52等鋁合金的焊接也被學(xué)者廣泛研究，通過調(diào)整工藝參數(shù)，雙絲焊接技術(shù)均能夠獲得良好的焊接接頭，不僅力學(xué)性能優(yōu)于單絲焊接接頭，耐蝕性也有所提高[27-30]。
3.3 雙絲焊在管道焊接領(lǐng)域的應(yīng)用
管道工程主要用于輸送各種介質(zhì)，作為一項重要的基礎(chǔ)設(shè)施，管道工程已廣泛地存在于石油、化工、電力、建筑和市政等行業(yè)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，東部沿海地區(qū)的能源消耗越來越多，石油、天然氣等戰(zhàn)略能源物質(zhì)的輸送變得尤為重要，逐漸得到國家的重視。近年來，隨著“西氣東輸”等大型管道工程的開展，鋼管材料的使用量大幅增加。同其他焊接結(jié)構(gòu)不同，管道即要承受一定的壓力，還要完全保證傳輸物質(zhì)不能泄露，因此鋼管的焊接質(zhì)量要求較高，焊接接頭不僅具有良好的力學(xué)性能，還要具有較好的致密性和耐蝕性，以保證管道工程的安全運(yùn)行。
目前管道工程主要采用X系列管線鋼，代表鋼種有X60、X65、X70和 X80。管線鋼的焊接主要為環(huán)焊縫或螺旋焊縫，而且管徑較大，管壁較厚，因此主要采用埋弧焊焊接。同單絲埋弧焊相比，雙絲埋弧焊減少了咬邊焊接缺陷，焊接速度提高30-40%，滿足了鋼管的高速焊接。雙絲埋弧焊工藝特別適用于厚管的焊接，22mm厚板可單面焊雙面成型，甚至可以焊接300mm厚的焊件。埋弧焊管工藝一般采用串列雙絲焊技術(shù)，采用直流+交流的形式，前絲采用直流電，后絲采用交流電，即可以獲得足夠的熔深，以能夠得到滿意的焊縫[31，32]。大管徑X65級鋼管對接環(huán)焊縫焊接時，采用U形坡口多層焊工藝，在較小的熱輸入下，可以保證焊接接頭具有優(yōu)良的拉伸性能和斷裂韌性，焊縫效率大大提高，完全能夠應(yīng)用于陸地和海底油氣管道[33]。
4. 雙絲焊的前景及展望
“十二五”期間，“發(fā)展高效焊接”、“提高焊接機(jī)械化、自動化水平”是焊接技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)。雙絲焊以高速、高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)越來越被焊接界人士認(rèn)同，在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越多。我國每年造船用鋼量可達(dá)上千萬噸，油氣管道用鋼在200萬噸以上，若全面采用雙絲焊工藝，其能源節(jié)約將非常可觀，而且生產(chǎn)效率大大提高，其發(fā)展前景非常廣闊。此外，中俄、中緬、中國-中亞油氣管道工程以及中國西氣東輸三線工程的建設(shè)為雙絲焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了空間的機(jī)遇。隨著雙絲焊技術(shù)的不斷成熟和完善，雙絲焊工藝也同焊接機(jī)器人相整合，焊接效率和自動化程度進(jìn)一步提高。同時，三絲甚至多絲焊工藝也在逐漸出現(xiàn)，新的電弧組合焊接工藝方法也被學(xué)者廣泛研究。相信在不久的將來，焊接產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入全新的發(fā)展時期，先進(jìn)的焊接技術(shù)和工藝將不斷涌現(xiàn)，從而推動機(jī)械加工行業(yè)整體水平的提升。
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我是一個特別熱愛本職工作的電焊工。在我進(jìn)廠的這幾年來我始終堅守著一個信念：那就是對工作腳踏實地、真抓實干;對自己的工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，確保質(zhì)量零差錯;對自己嚴(yán)格要求，對徒弟真實傳授，富有愛心;對社會要真誠奉獻(xiàn)不計名利。正是擁有這個信念，我從未放棄對工作的熱愛，盡職盡責(zé)，勇于創(chuàng)新。
在我剛從一名學(xué)生轉(zhuǎn)變?yōu)橐幻姾腹r，我就虛心學(xué)習(xí)努力提高技術(shù)水平。在同年入廠的青工中以優(yōu)異的成績脫穎而出，考取了各種焊接資質(zhì)并達(dá)到一線員工焊接水平，并且提前轉(zhuǎn)正參加工作。
在我剛從事焊接專業(yè)，對焊接工作還是半知半解時，我認(rèn)識了李萬君師傅，是他教會我如何正確使用焊接方式、方法，如何調(diào)節(jié)心態(tài)和焊接位置的質(zhì)量要求。我十分榮幸地參加了焊接車間的焊工高級班，在高級班學(xué)習(xí)過程中從理論到實際，一方面要學(xué)習(xí)理論知識，在理論知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行實際操作。另一方面又不能因為學(xué)習(xí)而耽誤生產(chǎn)任務(wù)，高級班的部分時間都是要從休息時間來學(xué)習(xí)技能。培訓(xùn)時間都是利用中午或休息日進(jìn)行，正是我們高級班這種不怕苦不怕累的精神，培養(yǎng)了我們這一批車間的技術(shù)骨干。在工作中李xx既是我的師傅又是我的導(dǎo)師，在我工作中遇到難題，無法解決時我就會請教李師傅，堅決做到四勤“勤問，勤看，勤學(xué)，勤動腦”。使我不斷地提高自身的能力和水平。
熟練操作規(guī)程我從工藝要求入手，在工作時間之外我利用中午休息時間學(xué)習(xí)工藝文件，拿著工藝文件對照我所焊接的焊接位置，堅決做到熟知熟記。并在車間組織的工藝文件考試得到滿分，在“一口清”活動中得到優(yōu)異成績。
我深刻的知道作為一名電焊工不但要會學(xué)習(xí)、會工作，而且還要深刻理解公司領(lǐng)導(dǎo)講話的中心意義，在董事長提出“一點(diǎn)也不能差，差一點(diǎn)也不行”的質(zhì)量要求后，我就研究在我從事的焊接過程中有那些不足，并立項攻關(guān)。尤其是在2010年的250公里﹨小時第三單生產(chǎn)過程中我細(xì)心專研工藝文件，解決了在一單和二單生產(chǎn)過程中存在的焊接缺陷。我利用焊接方法解決了在一單和二單一步焊接各別打壓漏氣的問題，并將我的經(jīng)驗傳授給我身邊的同志，保證質(zhì)量合格率達(dá)到100﹪。并且利用焊接手法解決在一單和二單一步焊接內(nèi)筋板咬邊的問題，保證質(zhì)量合格率達(dá)到100﹪，同時在生產(chǎn)過程中交檢合格率達(dá)到100﹪。并且受到現(xiàn)場監(jiān)督師、質(zhì)量檢查員和公司領(lǐng)導(dǎo)的一致好評。
目前，公司開展“提質(zhì)提能 再攀高峰”的關(guān)鍵時刻，面對年產(chǎn)7000個轉(zhuǎn)向架的嚴(yán)峻考驗，我身為長客的一份子，投身于長客的發(fā)展，我將盡職盡責(zé)努力為長客的長遠(yuǎn)發(fā)展貢獻(xiàn)出自己的一份力量。
優(yōu)秀焊工工匠的主要事跡【2】
春天如期而至，高彥望著正在吐綠的枝頭，33年的工作經(jīng)歷又一次清晰的呈現(xiàn)出來。從一個對電焊一無所知的少年，一步步成長為焊工技師和集團(tuán)公司的技術(shù)能手，他的每一步足跡都留下了辛勤耕耘的汗水?；厥淄?，高彥心緒平靜。
鍥而不舍，苦練焊工本領(lǐng)
1970年6月份，16歲的高彥參加工作，分配到大慶煉油廠一營，從此，與電焊結(jié)下了一段深深的情緣。1973年，他所在的單位承接了動力站3臺鍋爐的安裝任務(wù)，其中的水冷壁管焊接都是成排、間距極小的固定口，必須達(dá)到單面焊、雙面成型質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而且焊口還要進(jìn)行拍片檢測和100%的通球檢驗。當(dāng)時工人的文化素質(zhì)普遍不高，技術(shù)要求遠(yuǎn)不及現(xiàn)在嚴(yán)格，大部分焊口也不拍片檢驗，人們僅以焊口是否滲漏、成型是否美觀來衡量焊工水平的高低，因此，這樣的焊接要求，無疑是向每一名焊工提出了挑戰(zhàn)。為了能夠盡快提高焊接水平通過考試，圓滿地完成焊接任務(wù)，高彥和幾名青工利用一臺閑置的坡口機(jī)，上午加工管件坡口，下午將管件抬到工地，在生產(chǎn)任務(wù)緊張，又缺少電焊機(jī)情況下，他們就見縫插針，在師傅們休息時間進(jìn)行練兵。練到一定程度后，他就用氣焊割開焊道，不斷對鈍邊的厚薄、間隙的大小進(jìn)行調(diào)整，終于摸索出了最佳焊接參數(shù)，順利地通過了考試，使他有機(jī)會第一次接觸到了射線口。實際操作中，他的焊口全部通過通球檢驗，射線抽查檢測，一次合格率達(dá)到了100%。這次施工，使高彥真正認(rèn)識到了焊接在工業(yè)化生產(chǎn)中的重大作用和它的獨(dú)特性，也令他對電焊產(chǎn)生了濃厚的興趣。
1975年，高彥參加了化肥廠尿素裝置的建設(shè)。這套裝置的設(shè)備為荷蘭進(jìn)口，所有焊工必須通過英國焊接專家的考試，才能上崗操作。由于是第一次與外國專家合作，工程指揮部非常重視，組織了大規(guī)模的練兵活動。經(jīng)過了一段時間的練習(xí)，雖然所有焊口的內(nèi)外成型都十分美觀，但是經(jīng)超聲波檢測，焊逢局部經(jīng)常出現(xiàn)氣孔。領(lǐng)導(dǎo)們看到這種情況經(jīng)常搖頭，眼神中逐漸留露出無奈和不信任。這種眼神深深地刺痛了高彥，他想：不管你是中國人，還是外國人，只要你是用手工焊的，你能焊好，我就不信我焊不好。
這時，承擔(dān)化肥廠合成氨裝置建設(shè)的四化建焊工已經(jīng)來到現(xiàn)場，正在接受外國專家的考試。得知這一消息后，高彥馬上帶上一塊護(hù)目鏡，趕到了考試現(xiàn)場。經(jīng)過過細(xì)心的觀察，發(fā)現(xiàn)人家的焊法與自己的有著較大的不同，回來后就模仿練習(xí)，收到了非常好的效果。從那以后，高彥經(jīng)常往返臥龍兩地，學(xué)習(xí)高手的焊接方法?？炭嘣鷮嵉木毐顾莆樟嗽S多焊接要領(lǐng)，技術(shù)上有了長足的進(jìn)步。作為首批迎考焊工，他順利地通過了外國焊接專家的考試。初嘗成功，高彥深深地體會到：要想成為一名優(yōu)秀的電焊工，就要打破常規(guī)，要不斷地學(xué)習(xí)、消化和吸收先進(jìn)的經(jīng)驗，敢于在失敗中總結(jié)教訓(xùn)，要有鍥而不舍的精神，才能不斷的提高技術(shù)水平。現(xiàn)場施工中，由于他在工作上嚴(yán)細(xì)認(rèn)真，經(jīng)外國專家抽檢的238道焊口，探傷一次合格率達(dá)到100%，并被破例允許，成為工地上未經(jīng)試件考試，就可參加不銹鋼管線焊接的第一人。在這里，高彥認(rèn)識了英國的焊接專家賴德。這位技藝高超，對工作高度負(fù)責(zé)的英國人，對他影響非常大。當(dāng)時，許多人都知道賴德有一個隨身攜帶小筆記本，上面記錄了每個焊工的名字。他在高彥名字的后面，鄭重地畫上了五個“五角星”。他解釋說，五星相當(dāng)于五星上將，在美國只有最好的焊工才能獲此殊榮。
榮譽(yù)只代表一個人過去的成績，焊接專家的評價沒有成為高彥炫耀的資本，而是轉(zhuǎn)化成了不斷努力、繼續(xù)登攀動力。從那以后，他每焊一道焊口都要比別人多付出2—3倍的汗水，所有經(jīng)過抽檢的焊口，合格率全部達(dá)到了100%。同時，高彥還在工余時間，自學(xué)了《焊工工藝學(xué)》、《鋼制壓力容器焊接工藝》、《日本焊工培訓(xùn)教材》等理論書籍，先后四次考取了大慶市壓力容器、壓力管道焊工指導(dǎo)教師證書。
滿腔熱情，帶出過硬群體
1990年末，高彥調(diào)入了鉚焊車間，主要的工作任務(wù)是負(fù)責(zé)焊工培訓(xùn)，提高車間整體的焊接水平，并配合廠里爭取國家三類壓力容器制造許可證。當(dāng)時的鉚焊車間，27名焊工中僅有17人持有壓力容器焊接操作證，操作項目75項，一些特殊材質(zhì)和先進(jìn)的焊接技方法操作證上也是空白，尤其是氬弧焊封底和不銹鋼焊接也只有幾個人可以操作，但也不夠熟練;多數(shù)焊工對自己的焊口質(zhì)量沒有把握，返修率較高。面對現(xiàn)狀，高彥想：作為一名焊工指導(dǎo)教師，是企業(yè)培養(yǎng)了我，我所掌握的技術(shù)，不僅屬于我個人，更屬于企業(yè)，我要回報企業(yè)的就是釋放全部的能量，帶出一批更加出色的焊工，讓更多的人成為技術(shù)上的尖子、行業(yè)上的狀元。
他在生產(chǎn)相對空閑的時間舉辦了焊工技術(shù)學(xué)習(xí)班，毫不保留地把自己掌握的技術(shù)和經(jīng)驗傳授給了每個人。兩個多月的練兵過后，所有焊工的試件經(jīng)過射線檢測，95%達(dá)到了2級口以上;全年拍片1萬余張，合格率由1990年以前不足90%，提高到了96.5%;半年當(dāng)中，有三批焊工取得了96項操作項目，車間可操作項目增加到了171項;持證焊工增加到了24人。
1992年，原機(jī)修廠成功地獲得三類壓力容器制造許可證，高彥受到了領(lǐng)導(dǎo)的嘉獎。1991年—2002年的12年中，鉚焊車間合計拍片133740張，合格率達(dá)到97%，節(jié)省拍片費(fèi)用近百萬元。數(shù)百名焊工經(jīng)過鍛煉，逐步成長為企業(yè)發(fā)展中的骨干力量。有12人、14次獲得總廠技術(shù)運(yùn)動會電焊的前三名;他的徒弟中，1人獲得大慶技術(shù)比賽電焊第一名、省第四屆技術(shù)運(yùn)動會電焊第五名，并榮獲省機(jī)械行業(yè)技術(shù)能手稱號，晉升為焊工技師;1人被集團(tuán)公司送到西安交大焊接系學(xué)習(xí)深造。
成功來自于辛勤汗水的澆灌。鉚焊車間的焊接水平實現(xiàn)了一個嶄新的跨越，在高彥的組織下，他們不僅成功地完成了乙烯裂解爐16臺第一急冷鍋爐制造、化肥廠121C換熱器修復(fù)等多項重要的焊接任務(wù)，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，更為企業(yè)贏得了信譽(yù)，樹立了良好的整體形象。
1994年，原機(jī)修廠獲得了吉林熱電廠兩臺熱網(wǎng)加熱器的修復(fù)信息。經(jīng)過激烈的競爭，鉚焊車間承接到一臺的修復(fù)任務(wù)，另一臺被業(yè)主委給了撫順的一家企業(yè)。這次修復(fù)的難度主要是異種鋼焊接，所有管口都需用全自動鎢極氬弧焊完成。但他們只有一臺自動焊接和兩臺手工焊機(jī)，難以如期完成任務(wù)。高彥認(rèn)真研究全自動焊機(jī)的工作原理，把自動焊機(jī)上的參數(shù)全部設(shè)置到手工焊機(jī)上，利用手工氬弧焊機(jī)模仿自動焊一脈一送絲工作過程，反復(fù)試驗，效果極佳，焊接質(zhì)量不僅全部合格，而且焊道成型和與自動焊接同樣美觀。這樣3臺焊機(jī)同時施焊，大大提高了焊接速度?？吹竭@樣的質(zhì)量，業(yè)主立即將已經(jīng)委出的另一臺換熱器運(yùn)了回來，交給他們來修復(fù)。當(dāng)全部焊接告捷后，吉林熱電廠為他們擺宴慶功，該廠的總工程師直率地說，以前都是施工單位請我們喝酒，今天是我們請施工單位，這在我們廠還是第一次，大慶人的質(zhì)量我們無可挑剔。
永不滿足，創(chuàng)新焊接技術(shù)
作為一名焊工技師，創(chuàng)新和推廣新的焊接方法，提高產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率，降低勞動強(qiáng)度，減輕手工焊有毒煙塵對焊工的傷害，成了高彥長期為之奮斗目標(biāo)。
1996年，車間承接了17臺不銹鋼料倉的制造任務(wù)，這批料倉直徑為2—4.5米，壁厚6-8毫米，手工施焊焊需要三遍，焊工要在有限的作業(yè)空間內(nèi)進(jìn)行長時間清根打磨。高彥經(jīng)過認(rèn)真細(xì)心的試驗，摸索出了一套最佳焊接參數(shù)，不但可以用熔化極焊接，而且對現(xiàn)有的埋弧焊設(shè)備稍加改造，完全采用全自動熔化極氣體保護(hù)焊接，在背面加一襯墊，只需焊接一遍，就能做到單面焊接雙面成型的效果，而且成型美觀。焊口經(jīng)過檢測，各種機(jī)械性能全部合格，100
%達(dá)到了二級口以上。同時更主要是焊工可以不進(jìn)入容器內(nèi)焊接，大大減輕了勞動強(qiáng)度和對人體的傷害，提高焊接效率8倍多。這種方法的成功應(yīng)用，不但填補(bǔ)了機(jī)修廠的焊接史一項空白，而且在國內(nèi)也是首次應(yīng)用。之后他又將其撰寫成論文，發(fā)表在《焊接》雜志上。
關(guān)鍵詞： 焊接技能；國家標(biāo)準(zhǔn)；考評員
Key words： welding skills；national standards；assessor
中圖分類號：C975 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）16-0206-02
0 引言
焊工是操作焊接和氣割設(shè)備，進(jìn)行金屬工件的焊接或切割成型的人員，為促進(jìn)安全生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，規(guī)范特種作業(yè)管理，國家規(guī)定持證上崗制度，該制度有效降低事故率，提高作業(yè)人員的理論水平和實踐操作技能[1]。
持證上崗對考評工作提出迫切要求，嚴(yán)格考核是焊接考評員的職責(zé)和義務(wù)，在今后考評工作中必須做好以下幾個方面工作。
1 深化對焊接技術(shù)的認(rèn)識
焊接技術(shù)是提高結(jié)構(gòu)質(zhì)量、保證結(jié)構(gòu)安全和延長結(jié)構(gòu)使用壽命先進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)，目前已經(jīng)滲透到各個工程領(lǐng)域。要真正發(fā)揮焊接優(yōu)勢，保證焊接質(zhì)量焊工素質(zhì)是關(guān)鍵，必須加強(qiáng)指導(dǎo)和考評，促進(jìn)焊接技能提升。
2 學(xué)習(xí)和執(zhí)行焊工國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，掌握焊工考試與管理規(guī)則等有關(guān)規(guī)定
焊工國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共設(shè)初級、中級、高級、技師、高級技師五個等級。焊工申報人員必須具有初中及以上文化程度，具有一定的學(xué)習(xí)理解和表達(dá)能力及身體素質(zhì)，需懂得安全用電和焊接勞動保護(hù)知識，明確焊接環(huán)境保護(hù)及安全操作規(guī)程，特殊條件與材料的安全操作規(guī)程等；具備簡單裝配圖、焊接裝配圖的識讀和焊縫符號與焊接方法代號表示的能力；掌握金屬晶體結(jié)構(gòu)、合金的組織結(jié)構(gòu)及鐵碳合金的基本知識，F(xiàn)e-C相圖的構(gòu)造及應(yīng)用，鋼的熱處理基本知識；知道常用金屬材料及物化和力學(xué)性能，碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬的分類、牌號、成份、性能和用途；清楚電磁的基本知識，變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理，能夠完成鉗工和板金工簡單工作。
申報初級焊工需在本職業(yè)連續(xù)見習(xí)工作2年以上，或經(jīng)焊工初級正規(guī)培訓(xùn)達(dá)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)學(xué)時數(shù)并取得畢（結(jié)）業(yè)證書。取得焊工職業(yè)資格證書后，連續(xù)從事焊工工作一定年限，經(jīng)焊工相應(yīng)級別正規(guī)培訓(xùn)達(dá)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)學(xué)時數(shù)，并取得畢（結(jié)）業(yè)證書，或取得職業(yè)資格證書后，連續(xù)從事焊工工作達(dá)到規(guī)定年限可申報更高級別考評，取得經(jīng)勞動保障行政部門審核認(rèn)定的中、高等以上職業(yè)學(xué)校焊工畢業(yè)證書及滿足規(guī)定工作年限可申報相應(yīng)級別焊工。
3 堅持焊工考核標(biāo)準(zhǔn) 不斷提高技能操作考評能力和水平
初級焊接技術(shù)以手工電弧焊操作為主，考核焊前勞動保護(hù)、材料、工件、設(shè)備準(zhǔn)備工作以及焊后檢查和返修工作；中級增加焊接質(zhì)量控制、常見材料焊接以及焊接缺陷分析和焊接檢驗；高級通過特殊材料焊接，將中級焊接質(zhì)量控制考核升級為焊接接頭試驗、增加考核典型容器和結(jié)構(gòu)的焊接。技師主要側(cè)重焊接工藝規(guī)程制定、新型材料的焊接、特種焊接方法、焊接機(jī)構(gòu)靜載強(qiáng)度計算和結(jié)構(gòu)可靠性分析、焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、焊接生產(chǎn)和質(zhì)量管理、焊接生產(chǎn)管理、技術(shù)文件編寫；高級技師側(cè)重焊接自動控制、施工組織設(shè)計、科學(xué)試驗及研究。按照國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，在對技師、高級技師進(jìn)行職業(yè)技能鑒定時，還需要進(jìn)行綜合評審，考生總結(jié)考評員工作和研究成果撰寫論文或技術(shù)總結(jié)并答辯。評審標(biāo)準(zhǔn)：選題科學(xué)、先進(jìn)，具有推廣和應(yīng)用價值；整體結(jié)構(gòu)合理，層次清楚，有邏輯性；文字表述準(zhǔn)確、通順得20分。選題不具有科學(xué)先進(jìn)性，沒有推廣和應(yīng)用價值酌情扣5-8分，整體結(jié)構(gòu)邏輯性差，層次不清酌情扣3-6分，文字表述不規(guī)范，語句不通順酌情扣2-6分[3]。內(nèi)容具有科學(xué)性、先進(jìn)性和推廣應(yīng)用價值，內(nèi)容充實，論點(diǎn)正確，論據(jù)充分有效得40分。創(chuàng)新或不具有科學(xué)性和領(lǐng)先水平酌情扣10-15分，不具備推廣應(yīng)用價值低酌情扣5-10分。內(nèi)容不充實，論據(jù)不充分酌情扣5-15分。答辯時思路清晰，表達(dá)準(zhǔn)確，語言流暢得40分，思路不清晰酌情扣5-15分，表達(dá)不準(zhǔn)確酌情扣5-15分，語言不流暢酌情扣5-10分。
本文以20#鋼管V形坡口對接水平固定手工電焊弧為例結(jié)合考評標(biāo)準(zhǔn)按照焊接工藝要求確定如下高級工評定標(biāo)準(zhǔn)。勞保著裝及工具準(zhǔn)備齊全，參數(shù)設(shè)置、設(shè)備調(diào)試正確符合要求得5分，焊接操作，試件固定的空間位置要求水平得10。著裝不合格，參數(shù)設(shè)置及工具每缺一項或不符合標(biāo)準(zhǔn)各扣1分；試件固定的空間位置不合乎要求無分。
焊縫表面無焊瘤、氣孔、燒穿、夾渣缺陷、未焊透得15分，有上述任何一項缺陷不得分；焊縫咬邊要求深度不大于0.5mm，兩側(cè)咬邊總長度不超過焊縫有效長度的10%，合格得10分，咬邊深度不超過0.5mm，累計長度每5mm扣1分，超過5mm不得分，咬邊深度大于0.5mm不得分；背面凹坑深度在20%以內(nèi)且最大2mm，背面凹坑總長度不超過焊縫有效長度的10%，深度不大于1.2mm得5分，長度每超過10mm扣1分，超過50mm不得分，深度超過1.2mm時不得分；焊縫余高0-4mm得8分，每超標(biāo)一處扣2分，最多扣8分；寬度差不超過2mm得7分，超標(biāo)一處扣2分，扣完7分為止；錯邊不超過10%得5分，大于0.6mm無分。焊縫內(nèi)部X射線探傷后達(dá)到Ⅰ級片得30分，Ⅱ級片得15分，Ⅲ級片不得分。操作全部符合要求，設(shè)備工具復(fù)位，試件擺放整齊、場地清理干凈得5分，一處不符合要求扣1分；操作時間超過40分鐘后每超一分鐘扣2分。如果焊縫出現(xiàn)裂紋、未熔合，或焊接操作時任意更改焊件位置，或焊縫原始表面破壞，以及操作時間超過60分鐘實操成績按零分計算。
4 遵守考評員職業(yè)道德情操
進(jìn)行職業(yè)技能考核前，考評員應(yīng)該熟知考核等級、項目、內(nèi)容、要求及評定標(biāo)準(zhǔn)；做好考核場地、設(shè)備、工、卡、量具的檢查及其考核所用材料的檢驗；在考評過程中，獨(dú)立完成考評員負(fù)責(zé)的任務(wù)，不與評分人員相互暗示或溝通；非特殊情況不參與監(jiān)場，不與考生見面；嚴(yán)格按照評分標(biāo)準(zhǔn)及要求逐項測評打分，認(rèn)真填寫測評記錄并簽名；鑒定對象有違紀(jì)行為，視情節(jié)輕重分別給予勸告、警告、終止考核、宣布成績無效等處理，并將處理結(jié)果填寫在考場記錄上；操作技能考核的檢測、評分工作完成后，寫出考評報告，并向有關(guān)部門提出鑒定意見；協(xié)助考務(wù)人員做好考務(wù)工作；不斷努力學(xué)習(xí)職業(yè)技能鑒定知識和技術(shù)，提高鑒定水平。研究職業(yè)技能鑒定工作中出現(xiàn)的新情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，向鑒定中心提出改進(jìn)工作的建議。
5 考評員需執(zhí)行的工作計劃
①嚴(yán)格按照要求進(jìn)行考評準(zhǔn)備。積極參加考評前集中培訓(xùn)，熟悉鑒定考評申報條件、計劃，掌握鑒定考評的等級標(biāo)準(zhǔn)和鑒定的項目、內(nèi)容、方法及評分要求等，做好資格審查等。②提高實際操作水平。技能操作考評最重要的環(huán)節(jié)，要求考生做到必須首先要求考評員做的更好，必須堅持不斷學(xué)習(xí)和提高考評員技能水平，才能勝任考評工作。③公平公正現(xiàn)場考評。根據(jù)考評現(xiàn)場條件，根據(jù)考評制度和規(guī)程靈活處理現(xiàn)場發(fā)生實際問題，確保做到考評過程中嚴(yán)格執(zhí)行考評標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，確保考評質(zhì)量。④學(xué)習(xí)、遵守職業(yè)道德及職業(yè)技能鑒定法律法規(guī)。在考評工作中認(rèn)真履行考評人員的基本職責(zé)，嚴(yán)格遵守考評人員守則，做到愛崗、敬業(yè)，一心一意地為焊接行業(yè)發(fā)展服務(wù)，為考評對象服務(wù)，公平、公正的對待每一次考評工作和每一個參加考評人員，嚴(yán)格遵守職業(yè)技能鑒定法律法規(guī)，廉潔自律，杜絕，做好職業(yè)技能鑒定考評工作。
參考文獻(xiàn)：
為改善鋼的性能，Q460鋼在冶煉時一般會比Q345鋼加入更多的一些合金元素，提高了鋼的強(qiáng)度，但有可能因此而降低Q460鋼的焊接性，GB/T 1591C2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定的碳當(dāng)量最高值達(dá)到0.46%（熱軋、控軋）、0.53%（正火、正火軋制、正火加回火）、0.47%（TMCP、TMCP+回火）。
低合金高強(qiáng)度鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入總質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不超過5%的合金元素，屈服強(qiáng)度超過275MPa，并具有不同用途結(jié)構(gòu)所要求的良好的強(qiáng)度、塑性、韌性、焊接性、成型性、耐蝕性、耐熱性、耐低溫性、耐磨性或其它特殊性能，通常以板、帶、型、管等鋼材形式供應(yīng)，用戶不需經(jīng)過重新熱加工、熱處理而直接使用的結(jié)構(gòu)鋼種可稱之為低合金高強(qiáng)度鋼。國外這類鋼多年來已逐漸形成一個統(tǒng)一名稱――高強(qiáng)度低合金鋼.
由于低合金高強(qiáng)度鋼不但具有較高的強(qiáng)度和良好的綜合性能，而且還有較好的經(jīng)濟(jì)性，因此，低合金高強(qiáng)度鋼在多個行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展非常迅速，包括建筑、橋梁、鐵道、船舶、輸送管線、鍋爐、壓力容器、汽車、機(jī)械、核能等領(lǐng)域，并且其應(yīng)用范圍將越來越廣。鋼材的焊接性在一定程度上限制了Q460高強(qiáng)鋼在電力工程中的推廣應(yīng)用，某些工程也只是試驗性地采用焊接連接方式，都盡可能地少用或不用焊接，因此，高強(qiáng)鋼的焊接性問題引起了電力行業(yè)內(nèi)眾多工程技術(shù)人員的關(guān)注。大家共同關(guān)注的問題主要有兩方面：1、目前的冶金技術(shù)生產(chǎn)的Q460鋼材力學(xué)性能離散性如何？是否能達(dá)到100%的合格？2、目前的Q460鋼的強(qiáng)化形式是怎樣？是否會降低其焊接性（包括使用焊接性和工藝焊接性）？為了在生產(chǎn)中采用科學(xué)正確的焊接工藝，保證焊接接頭各項性能指標(biāo)，最終保證應(yīng)用Q460鋼的工程質(zhì)量安全，非常有必要開展Q460高強(qiáng)鋼的焊接性研究，為Q460鋼焊接工藝評定施焊參數(shù)的制定提供充足、科學(xué)的依據(jù)，這是本論文主要的研究背景和初衷。對Q460鋼進(jìn)行系統(tǒng)充分的研究，如果驗證此鋼材的焊接性良好并適合應(yīng)用于電力工程，可以推動更多新建或改造的電力工程使用Q460鋼，將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
因此，本論文不僅能促進(jìn)我公司掌握更多的Q460高強(qiáng)鋼焊接性數(shù)據(jù)，積累更多高強(qiáng)鋼焊接經(jīng)驗，完善焊接工藝規(guī)程，并且為公司拓展市場起著積極作用。而且，本論文對我國電力行業(yè)的發(fā)展有著積極影響，具有較大的學(xué)術(shù)價值和實際應(yīng)用意義，正因為工程中有著這樣的需求，Q460鋼的焊接性研究也將是國內(nèi)有關(guān)單位研究的熱門課題之一，信未來會有更多的研究成果產(chǎn)生。
我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13304.2C2008《鋼分類》第2部分規(guī)定了按主要質(zhì)量等級和主要性能或按使用特性進(jìn)行分類的分類方法。GB/T 1591C2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定的鋼材如按照主要特性分類可統(tǒng)一歸類為可焊接低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，如按照主要質(zhì)量等級可分為優(yōu)質(zhì)低合金鋼和特殊質(zhì)量低合金鋼兩類。GB/T 1591C2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》中各牌號及各質(zhì)量等級鋼按GB/T 13304.2C2008《鋼分類》第2部分進(jìn)行分類，Q460各質(zhì)量等級均屬于特殊質(zhì)量低合金鋼。YB/T 4163C2007《鐵塔用熱軋角鋼》規(guī)定了5類適用于鐵塔用的熱軋角鋼強(qiáng)度級別，其中低合金高強(qiáng)度鋼包括Q345T、Q420T和Q460T，為Q460牌號的角鋼在輸變電鋼結(jié)構(gòu)上推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，并從標(biāo)準(zhǔn)指引上縮短了我國與國外先進(jìn)國家的差距。
日本電力事業(yè)發(fā)展較早并且較先進(jìn)，為滿足高電壓等級、大容量、大型化輸電線路的建設(shè)要求，日本較早應(yīng)用高強(qiáng)度級別的鋼材，日本鐵塔協(xié)會1995年頒布的《輸電用鋼管鐵塔制作基準(zhǔn)》對鋼材的種類、材質(zhì)、力學(xué)性能. 日本鐵塔規(guī)范中規(guī)定的最高強(qiáng)度的鋼材是應(yīng)用于鋼板構(gòu)件的SM570鋼，其屈服強(qiáng)度級別達(dá)到460MPa，是可焊性良好的焊接結(jié)構(gòu)用鋼；另外，對于鋼管、角鋼和法蘭用鋼其最高的屈服強(qiáng)度級別達(dá)到440MPa（STKT590、SH590S、SH590P、SFT590）。另外，俄羅斯對鐵塔用鋼的最高強(qiáng)度級別達(dá)到578MPa。日本、歐美等國使用高強(qiáng)鋼的工程經(jīng)驗為我國工程標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和高強(qiáng)鋼在工程上探索使用、推廣應(yīng)用提供了參考。
