浅谈铁路钢桥焊接工艺评定

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  【摘要】: 通过铁路钢桥制造规范的学习,对钢桥焊接工艺评定工作的实施进行了理解和分析,介绍了焊接工艺评定实施的程序及要点,以及应注意的问题。
  【关键词】: 焊接 桥梁用钢铁路钢桥制造规范焊接工艺评定
  中图分类号:K928文献标识码: A
  Assessment Of railway steel bridge welding procedure qualification
  
   Sun Hao
  Company: China Railway Baoji Machinery CO.,LTD.
  Add: NO.118 Bao Fu Road Baoji City,Shaanxi China
  Abstract:Through the study of railway steel bridge manufacturing practice,evaluation of steel bridge welding work carried out to understand and analyze the implementation,describes the implementation of the welding procedure qualification procedures and points,and should pay attention to.
  Keywords:WeldingSteel for bridgesCode for fabrication of railway steel bridgeWelding procedure qualification
  0.前言
  随着科学技术的发展,高速公路网和快速铁路网的延伸,铁路钢桥的建设也得以快速发展。高速铁路数量的迅猛扩增,铁路钢桥数量的也随之不断增加。然而钢桥制作质量尤其是焊接质量的优劣则成为焊接钢桥的重大阻碍。
  现今的桥梁用钢,都是钢铁公司经过先进的冶炼、轧制及热处理技术,通过数次试验研制而成,达到了高强度、高韧性等性能的桥梁专用钢。因此对此类钢的焊接质量控制,将对钢桥整体制作质量有着举足轻重的影响。
  《铁路钢桥制造规范》TB10212-2009中明确规定,制造企业首次采用的钢材及焊接材料必须进行焊接工艺评定,并应根据焊接工艺评定报告确定焊接工艺,这种规定对焊接工作提出来要求,同时也表明焊接工艺评定在焊接施工中的重要性。
  下面,我就结合自己的工作实践,通过对《铁路钢桥制造规范》中焊接工艺评定相关规范的理解,对铁路钢桥焊接工艺评定进行一些探讨。
  1.焊接工艺评定的概念
  焊接工艺评定工作是验证所拟定的焊件及有关产品的焊接工艺的正确性而进行的试验过程和结果评价。它包括焊前准备、焊接、试验及其结果评价的过程。焊接工艺评定也是生产实践中的一个重要过程。所以焊接工艺评定要按照所拟定的焊接工艺方案进行焊前准备、焊接试件、检验试件。然后测定试件的焊接接头是否具有所要求的使用性能的各项技术指标,最后将全过程积累的各项焊接工艺因素、焊接数据和试验结果整理成具有结论性、推荐性的资料,形成“焊接工艺评定报告”。
  2. 焊接工艺评定的意义
  焊接工艺评定是保证钢梁焊接质量的一个重要环节,也是钢梁焊接之前技术准备工作中一项不可缺少的重要内容;是国家质量技术监督机构进行工程审验中必检的项目;是保证焊接工艺正确和合理的必经途径;是保证焊件的质量,焊接接头的各项性能必须符合产品技术条件和相应的标准要求的重要保证。
  因此,必须通过相应的实验即焊接工艺评定加以验证焊接工艺正确性和合理性。通过焊接工艺评定,检验根据拟定的焊接指导书焊制的焊接接头使用性能是否符合设计要求,并为正式制定焊接工艺指导书或焊接工艺卡提供可靠依据。
  同时,焊接工艺评定也是衡量企业焊接生产能力和质量控制有效性的重要手段,还能够在保证焊接接头质量的前提下,尽可能提高企业焊接生产效率和最大限度的降低生产成本,获取最大的经济效益。
  3. 焊接工艺评定的依据
  正确的理解铁路钢桥焊接工艺评定的实质、内容、试验程序、检验过程、结果评定及适用范围,合理合法执行相关标准进行焊接工艺评定,然后确定焊接工艺评定工作的依据。
  对于铁路钢桥这类特殊的钢结构而言,应以《铁路钢桥制造规范》TB10212-2009(以下简称“桥规”)作为焊接工艺评定工作的主要依据,对于其他的相关的焊接检验规程和焊接技术规程等,只作为焊接工艺评定工作的补充,来指导企业正确实施焊接工艺评定。
  4. 焊接工艺评定的程序
  焊接工艺评定是从焊接工艺角度(焊前准备、焊接材料、焊接设备、焊接方法、焊接顺序、焊接位置、焊后热处理等)根据标准所规定,来焊接试件、检验试样从而测定评价焊接接头是否具有所要求的性能。
  焊接工艺评定是在钢材的焊接性试验基础上进行的,并在产品焊接之前完成。
  焊接工艺评定的一般程序:
  (1)提出焊接工艺评定方案,编制焊接工艺评定试验大纲;
  (2)拟定焊接工艺评定作业指导书;
  (3)焊制试件和检验试件、试样;
  (4)编制焊接工艺评定报告,如评定不合格,应修改焊接作业指导书,继续评定直至评定合格。
  (5)根据焊接工艺评定报告编制焊接作业指导书(或称焊接工艺卡)。
  5. 焊接工艺评定的实施
  5.1 焊接工艺评定作业指导书的编制
  5.1.1 焊接工艺评定作业指导书是进行焊评工作的纲领性文件,焊评工作的进行,需得到作业指导书的支持。
  5.1.2 焊接工艺评定作业指导书不可等同于产品的焊接工艺(或称焊接作业指导书),经评定合格的指导书方可作为产品焊接工艺用于生产。
  5.2 试件的制备和施焊
  焊接工艺评定试件的制备和施焊应按照“焊接工艺评定作业指导书”(以下称指导书)的要求进行,但也要考虑尽可能提高覆盖面。
  5.2.1试件制备
  根据设计图纸要求及工程实际,按桥规适用范围做好项目的相关覆盖,确定试件的材质、类型、规格以及采用的焊接方法、焊接参数、焊接位置、焊接接头形式、热处理方法等。
  (1)对接接头试板代表的板厚范围按表1执行。
  表1:对接接头试板厚度(mm)
  序号 试板厚度 产品板厚 备注
  1 t≤16 0.5t<δ≤1.5t δ—产品厚度
  t—试板厚度
  2 16<t≤25 0.75t<δ≤1.5t
  3 25<t≤50 0.75t<δ≤1.3t
  4 50<t≤80 0.75t<δ≤1.0t
  (2)T型接头埋弧自动焊试板可按每一焊脚尺寸在表2中选择一种盖、腹板厚度组合。
  表2:对接接头试板厚度(mm)
  序号 焊脚尺寸 试板厚度
   腹板 盖板
  1 6.5x6.5 8~12 12~16
  2 8x8 10~16 16~24
  3 10x10 14~24 20~40
  4 12x12 >20 >28
  (3)全熔透、部分熔透T型接头试板厚度按表3中选择一种试板厚度。
  表3:全熔透、部分熔透T型接頭试板厚度(mm)
  序号 试板厚度 产品板厚 备注
   腹板 腹板
  1 t≤16 0.5t<δ≤1.5t δ—产品厚度
  t—试板厚度
  2 16<t≤25 0.75t<δ≤1.5t
  3 25<t≤50 0.75t<δ≤1.3t
  4 50<t≤80 0.75t<δ≤1.0t
  (4)试板长度应根据样坯尺寸、数量等因素予以考虑,自动焊不宜小于600mm,焊条电弧焊、CO2气体(混合气体)保护焊不得小于400mm。宽度应根据板厚、试样尺寸、探伤要求确定。
  5.2.2试件的施焊
  (1)焊接材料焊材的牌号,应按指导书的规定选用,焊(条)丝的直径,可按指导书规定或选用更大直径的焊(条)丝。
  (2)焊接位置如果指导书中没有规定焊接位置向上立焊,则可选择平焊位置。如果指导书中规定的焊接位置有向上立焊,应优先选用向上立焊的位置。
  (3)预热和层间温度党规定需要采取预热时,在保证试件不产生冷裂纹的条件下尽量选择指导书规定的预热温度的下限,而层间温度应控制在指导书规定的上限。
  (4)气体当评定的项目为评定气体保护焊时,保护气体的种类、混合保护气的配比应按指导书的规定执行。
  (5)电特性与热输入电流的种类及极性应按指导书要求进行。
  (6)当焊件需要进行焊后热处理时,热处理的温度应按指导书规定;保温时间对于正火
  正火加回火或淬火加回火,按指导书上规定的单位厚度的保温时间结合试件实际厚度折算,对于消除应力热处理,应将保温时间加长。
  5.3试件、试样的检验
  焊接试件与试样检验项目通常包括外观检查、无损探伤、力学性能试验、低温冲击试验和金相试验等。在检查与试验时均应按相关标准规定的要求进行。
  5.3.1 所有焊缝必须在全长范围内进行外观检查,不得有裂纹、未熔合、加渣、未填满弧坑和焊瘤等缺陷,并符合表4的要求:
  5.3.2焊缝应全长进行超声波探伤,对接焊缝、熔透角焊缝质量等级应达到Ⅰ级,角焊缝质量等级应达到Ⅱ级。
  5.3.3样坯取样位置应根据焊缝外形及探伤结果,在试板的有效利用长度内做适当分布。
  5.3.4 力学性能试验项目、试样数量及试验方法应符合表5的规定。
  5.3.5力学性能试验验收的规定。
  (1)当拉伸试验结果(屈服、抗拉强度及拉棒的伸长率)不低于母材标准值时,则判为合格;当试验结果低于母材标准值,则允许从同一个试件上再取一个试样重新试验,若试验结果不低于母材标准值,则仍可判为合格,否则,判为不合格。
  (2)接头侧弯试验结束后,若试样受拉面上的裂纹总长度不大于试样宽度的15%,且单个裂纹长度不大于3mm,则判为合格;当试验结果未满足上述要求,则允许从同一个试件上再取一个试样重新试验,若试验结果满足上述要求,则仍判为合格,否则判为不合格。
  (3)各种钢材焊接接头的冲击功应不低于母材标准规定值。若冲击试验的每一组(3个)试验结果的平均值不低于规定值,且任一试验结果不低于0.7倍的规定值,则判为合格;当试验结果未满足上述要求,允许从同一个试件上再取一组(3个)附加试样重新试验,若总计6个试验结果的平均值不低于规定值,且低于规定值的试验结果不多于3个(其中,不得有2个以上的试验结果低于0.7倍的规定值,也不得有任一试验结果低于0.5倍的规定值),则判为合格,否则,判为不合格。
  (4)当焊接接头的硬度值不大于HV350时,则判为合格,否则,判为不合格。
  (5)力学性能试验结束后,若发现试样断口上有超标的缺陷,应查明产生该缺陷的原因并决定试验结果是否有效。
  5.3.6每一评定应做一次宏观断面酸蚀试验,试验方法应符合现行国家标准《钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验方法》(GB226)的规定;单道焊缝的成型系数应为1.3~2.0。
  5.3.7试件及试样检验应注意的问题
  (1)各检验项目的实施,必须符合相关国家或行业最新标准的要求。
  (2)检验部门必须具有相应的检验资质,且保证从事检验的人员持证上岗。
  (3)检验所用的仪器、仪表、设备等应处于正常的工作状态。
  (4)要确保试样的加工质量,尤其是试样表面光洁度、圆弧尺寸等必须符合要求。
  表4焊缝外观质量标准(mm)
  序号 项目 焊缝种类 质量标准(mm)
  1 气孔 横向对接焊缝 不允许
   纵向对接焊缝、主要角焊缝 直径小于1.0,每米不多于3个,间距不小于20
   其他焊缝 直径小于1.5,每米不多于3个,间距不小于20
  2 咬边 受拉横向对接焊缝、桥面板与弦杆角焊缝、横梁接头板与弦杆角焊缝、桥面板与U型肋角焊缝(桥面板侧)、竖向加劲肋角焊缝(腹板侧受拉区) 不允许
   受压杆件横向对接焊缝及竖加劲肋角焊缝(腹板侧受压区) ≤0.3
   纵向对接焊缝、主要角焊缝 ≤0.5
   其他焊缝 ≤1.0
  3 焊脚尺寸 主要角焊缝 hf
   其他角焊缝 hf(手工焊角焊缝全长允许hf)
  4 焊波 角焊缝 ≤2.0(任意25mm范围高低差)
  5 余高 不铲磨余高的对接焊缝 ≤2.0(焊缝宽度b≤20)
   ≤3.0(b>20)
   有效厚度 T型角焊缝 凸面角焊缝有效厚度应大于规定值2.0,凹面角焊缝应不小于规定值0.3
  6 余高铲磨后的表面 横向对接焊缝(桥面板除外) 不高于母材0.5
   不低于母材0.3
   粗糙度50µm
  
  
  表5力学性能试验项目、试样数量
  试件形式 试验项目 试样数量 试验方法
  对接接头试件 接头拉伸(拉板)试验 1 按《焊接接头机械性能试验方法》(GB2649~2654)的规定
   焊缝金属拉伸试验 1
   拉头侧弯试验 1
   低温冲击试验 6
   接头硬度试验 1
  熔透角接试件 焊缝金属拉伸试验 1
   低温冲击试验 6
   接头硬度试验 1
  T型接头试件 焊缝金属拉伸试验 1
   接头硬度试验 1
  注:①对接接头侧弯试验:弯曲角度α=180°。当试板厚度为10mm以下时,可以用正、反弯各一个代替侧弯。
  ②对接接头及熔透角接低温冲击试验缺口开在焊缝中心及熔合线外1.0mm处各3个,如果接头为异种材质组合,熔合线外1mm分别取样。
  5.4焊接工艺评定报告的编写
  焊接工艺评定报告是焊接生产企业质量管理的重要证明文件,是国家技术监督部门以及用户对企业质量体系评审和产品监督的必检项目。
  焊接工艺评定报告是根据试件焊制时的各项数据和检验的各项原始报告以及记录,由负责评定的焊接工程师做出综合评定结论并填写《焊接工艺评定报告》。
  焊接工艺评定报告是焊接工艺评定的实际记录,要详细记录试件焊接和试验结果的具体数据,任何在试件焊接中未加观察和测量的因素都不能填写,要做到填写及时、客观、真实。
  编制焊接工艺评定报告必须以认真、严肃的态度进行,内容应全面完整,结论应准确、可靠,不得任意编造,弄虚作假。综合评定结论是工艺评定过程所取得的各项数据的汇总和对评定的总体评价以及指导焊接工作的依据。编写综合评定结论时,必须通过对评定各项环节所积累的数据和资料进行认真分析,归纳和总结,提出满足使用条件要求的工艺数据和相应条件。
  5.5 焊接工艺评定实施应注意的问题
  5.5.1 由于评定合格的对接焊缝试件的焊接工艺可覆盖一定厚度的焊件母材,因此对某一钢号不同厚度的焊件的评定可事先进行规划,使每一试件覆盖的焊件母材厚度范围不重复,从而可以最大限度地减少评定数量。
  5.5.2 评定所选用的钢材、焊材必须符合相应的标准。
  5.5.3 评定所用设备、仪表必须处于正常工作状态。
  5.5.4 评定必须由本单位技能熟练的焊接人员焊接试件,并在本单位进行。
  5.5.5 一个已经完成的焊接工艺评定,包括指导书、评定报告和其他原始资料,是一个企业的重要财富,评定没有失效期,除非影响评定的要素发生改变,因此评定文件要妥善保存。
  6 焊接工艺评定实践
  6.1我单位为武汉研究院制作的JQ170架桥机项目,其中的重要构件—机臂的焊接,就是按照《铁路钢桥制造规范规》中相关的焊评要求,结合设计图纸的焊接要求,进行了焊接工艺评定,确定了合理的焊接工艺,为架桥机的顺利制造提供了技术支持。
  6.2我单位为天元公司制作的64米双线简支钢桁梁,设计的采用钢材以及焊接接头形式等为公司首次使用,按桥规必须进行焊接工艺评定,于是根据钢材类型、结构特点、接头形式、焊接方法、焊接位置等制定评定方案,拟定评定指导书,进行焊接工艺评定,经过汇总分析,最终确定了合理的焊接工艺,编制了焊接工艺卡,指导焊接施工,焊接质量得到了甲方及监理单位的一致好评。
  
  参考文献
  
  1.《铁路钢桥制造规范》TB10212-2009【S】 中铁山桥集团有限公司编制北京中国铁道出版社出版发行2009.10
  2.《焊接手册》第二版中国机械工程学会焊接学会编-2级 北京机械工业出版社2001.8
  3.《焊工技师培训教程》机械工业技师考评培训教材编审委员会 北京 机械工业出版社2001.3
  
  作者简介:孙浩,1973年出生,男,焊接工程师,1997年畢业于大连铁道学院材料科学与工程系焊接工艺及设备专业。主要从事钢桥梁及建筑钢结构的焊接工作。
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