焊接技术与工艺的相关探讨

焊接技术与工艺的相关探讨

俞少晨

湖南省农林工业勘察设计研究总院 湖南省长沙市 410000

摘要：焊接是机电安装工程中常用的技术方法，焊接工艺是否合理将直接影响装配质量、承载能力、制造成本，在施工过程中属于质量控制点，验收主控项目。根据焊接方法及特点，进行焊接工艺评定，制定焊接工艺规程是焊接技术管理的关键。

关键词 焊接技术 工艺评定 无损检测

焊接技术是通过加热或加压或二者并用的方法，将两种或两种以上的同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程，可以连接金属材料和非金属材料。按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点可将焊接方法分为熔焊、压焊、钎焊三大类。

常见的焊接方法如焊条电弧焊具有机动灵活性好、焊缝金属性能良好、工艺适应性强的优点。所需要的焊接设备相对简单，焊接场地不受限制，适用全位置焊接。焊缝金属结晶致密，力学性能良好，特别是缺口冲击韧性高。除活性金属以外的多数金属结构材料均可以采用焊条电弧焊。但是焊条电弧焊也有生产效率低，劳动条件差，焊接质量不稳定的缺点。低效率是焊条电弧焊的根本缺点，焊工容易受到弧光辐射、烟尘、氮氧化合物、臭氧等有毒有害物质的危害。焊接质量受焊工操作技术、经验和情绪的影响。焊条按熔渣碱性可分为酸性焊条和碱性焊条，两者工艺性能有较明显差异，对比见表：

项目	碱性焊条	酸性焊条
药皮氧化还原性	还原性强	氧化性强
对水、锈产生气孔敏感性	敏感	不敏感
电弧稳定性	应采用短弧操作	稳定、可长弧操作
电源极性	直流、反极性	交、直流两用
耐大电流	一般	好
焊缝成形	熔深较深	熔深较浅
熔渣结构	呈结晶状	玻璃状
焊接烟尘	较多	少
扩散氢含量	低	高
全位置焊接操作性	一般	好

表1，碱性焊条与酸性焊条工艺性能对比表

钨极惰性气体保护焊（TIG）除了具有焊条电弧焊的特点之外还具有以下优点：电弧热量集中，可精确控制焊接热输入、焊接热影响区窄；焊接过程不产生熔渣、无飞溅，焊缝表面光洁；工艺适用性强，可焊接化学活泼性强的有色金属、不锈钢、耐热钢等和各种合金；焊接过程无烟尘，焊缝质量高；焊接参数可精确控制，易于实现焊接全过程机械化、自动化。但TIG焊也有缺点：熔深浅，熔敷速度小，生产效率低；只适用于薄板及超薄材料焊接；气体保护幕容易受周围气流干扰，不宜野外作业；惰性气体生产成本较高。熔化极气体保护焊（MIG或MAG）具有焊接速度快，熔敷效率较高，劳动生产率高；不采用钨极，成本比TIG低的优点，同样具备TIG焊的优势。

等离子弧焊也是不熔化极电弧焊，是钨极氩弧焊的进一步发展。等离子弧是自由电弧压缩而成，等离子弧能量集中，温度高，焰流速度大。具备如下优点：焊接速度快，生产效率高；穿透能力强，对大多数金属在一定厚度范围内都能获得锁孔效应，一次行程可完成8mm以下直边对接接头单面焊双面成型的焊缝，焊缝致密成型美观，电弧直度和方向性好。但存在设备较复杂，费用较高，工艺参数调节匹配也比较复杂的缺点。

焊接工艺评定是为了验证所拟定的焊接工艺正确性而进行的试验过程及结果评价。根据《承压设备焊接工艺评定》NB/T 47014-2011中规定，记载验证性的试验及结果，对拟定的焊接工艺规程进行评价的报告称为焊接工艺评定报告（PQR）。拟定的焊接工艺规程是为焊接工艺评定所拟定的焊接工艺文件。简称预焊接工艺规程（PWPS）。焊接工艺评定是验证施焊单位拟定焊接工艺的正确性，评定施焊单位在限制条件下焊接合格接头的能力。焊接工艺评定报告是编制焊接工艺规程的依据。

焊接工艺评定步骤为工艺评定的委托→拟定预焊接工艺规程→施焊试件→试件检验→签发报告。其中焊接工艺评定的关键工作（PWPS的编制、试件施焊）应由施焊单位完成，不允许委托分包。试件检验项目应包括：外观检查、无损检测、力学性能试验、弯曲试验。焊接工艺规程应由单位焊接技术负责人批准，经审批后方可用于指导焊接作业与焊后热处理工作。焊接作业前，应由焊接专业技术人员向焊工发放焊接工艺规程并进行技术交底。技术交底内容应包括：焊接工程特点、焊接工艺规程内容、焊接质量检验计划、进度要求等。

设计应采取措施降低焊接应力，减少焊缝的数量和尺寸并避免焊缝过于集中，优化设计结构。焊接工艺应采用较小的焊接线能量，合理安排装配焊接顺序，焊后用小锤轻敲焊缝周围区域释放残余应力，预热拉伸补偿焊缝收缩，选用塑性好的焊条，焊前预热，焊后消氢处理、热处理。预防焊接变形应采取合理的装配工艺措施，包括预留收缩余量法，反变形法，刚性固定法，合理选择装配顺序。采取合理的焊接工艺措施，尽量采用气体保护焊等热源集中的焊接方法。例如金属储罐的焊接工艺中，罐底应采用收缩变形最小的焊接工艺和焊接顺序：中幅板焊缝→罐底边缘板对接焊缝靠边缘300mm部位→罐底与罐壁板连接的角焊缝→边缘板剩余对接焊缝→边缘板与中幅板间收缩缝。罐壁焊接工艺原则为先焊纵向焊缝，后焊环向焊缝。纵焊缝采用自动焊时应自下向上焊接，环焊缝采用埋弧自动焊时，焊机应均匀分布，沿同一方向施焊。罐顶的径向长焊缝采用隔缝对称施焊的方法，先短后长由中心向外分段跳焊。

焊接检验是焊接质量全面管理的重要手段之一，包括破坏性检验和非破坏性检验。非破坏性检验主要有外观检验、无损检测、耐压试验、泄漏试验。现代无损检测技术发展很快，目前正在应用和研究的无损检测方法多达70余种。现代无损检测技术还运用计算机数据和图像处理、图像识别与合成以及自动化检测技术。随着现代工业和科学技术发展，无损检测技术日益受到各个工业邻域和科研部门的重视。在工业生产、安装质量检验中，目前应用最广泛的无损检测方法主要是射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）。

射线检测使用X射线或 射线。X射线的优点是显示缺陷的灵敏度高，缺点是设备复杂笨重，成本高，不便操作。 射线的波长较X射线短，故其射线更硬，穿透力更强，其优点是设备轻便灵活，投资少。但曝光时间长，灵敏度较低， 射线对人体有危害作用。超声波检测是是指使超声波与试件相互作用，对反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性和组织结构的检测和表征，并对其进行评价的技术。优点是具有较高灵敏度，探伤周期短且对人体无害，设备轻便成本低。局限性是不能直接记录缺陷的形状，要求检测人员具备丰富经验，对工作表面要求平滑。磁粉检测是利用导磁金属在磁场中被磁化能显示介质缺陷特性的探伤方法。局限性为只适用于铁磁性材料，只能发现表面缺陷，检测后需要退磁和清洗，试件表面不得有油脂或其他粘附磁粉的物质。渗透检测将溶有荧光材料或着色材料的渗透液施加于试件表面，处理后施加显像剂可以显示缺陷处。其优点可以同时检验开口于表面的所有缺陷，检验速度快操作简便，可以进行批量检验。缺点是只能检测表面缺陷。

焊接技术自发明至今已经有百余年历史，几乎可以满足当前工业生产中一切重要产品生产制造的需要，新兴工业的发展仍然促使着焊接技术不断前进。

参考文献：

《焊接技术手册》 化学工业出版社

《建设工程技术与计量》 中国计划出版社