熊亞飛

（河南省特種設(shè)備安全檢測研究院，河南 鄭州 450047）

橋架類起重機(jī)焊接工藝評定實(shí)驗室的規(guī)劃和建設(shè)

熊亞飛

（河南省特種設(shè)備安全檢測研究院，河南 鄭州 450047）

金屬結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量安全對橋架類起重機(jī)有重要意義，合理的焊接工藝是控制焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。就目前焊接工藝評定過程中存在的問題以及橋架類起重機(jī)焊接結(jié)構(gòu)的工藝要求及特點(diǎn)，作者從焊接工藝評定的必要性、內(nèi)容的評定、評定流程的規(guī)范、常規(guī)評定試驗的深化、計算機(jī)輔助焊接工藝評定系統(tǒng)的研究等方面對橋架類起重機(jī)焊接工藝評定實(shí)驗室進(jìn)行了規(guī)劃和建設(shè)。

橋架類起重機(jī)；焊接工藝評定；實(shí)驗室；建設(shè)；規(guī)劃

1 引言

橋架類起重機(jī)是制造、物流、交通等行業(yè)的重要裝備，它通常由橋架、起升機(jī)構(gòu)、大小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、操縱控制及必要的輔助裝置組合而成。金屬結(jié)構(gòu)是橋架類起重機(jī)的骨架，通過一定的裝配方式和連接方法相互連接，組成整體結(jié)構(gòu)以承受包括自身結(jié)構(gòu)和起重量在內(nèi)的全部載荷。焊接連接是起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中最主要、最普遍的連接方法，焊接質(zhì)量影響著起重機(jī)的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和安全性，因此保證焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全對橋架類起重機(jī)有重要意義[1]。

焊接工藝是保證焊接質(zhì)量的重要措施，是控制焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。以此來規(guī)范和約束起重機(jī)在制造過程中的焊接行為，為起重機(jī)的安全運(yùn)行提供基礎(chǔ)。

為此作者以籌建國家橋架類及輕小型起重機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心建設(shè)為契機(jī)，以企業(yè)為依托，以實(shí)驗室創(chuàng)新建設(shè)為動力，建立適合于橋架類起重機(jī)的焊接工藝評定實(shí)驗室。

2 焊接工藝評定的必要性

焊接工藝評定主要是根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品所依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，或者技術(shù)要求中的具體要求來進(jìn)行評定。通過模擬生產(chǎn)過程中所采用的材質(zhì)、接頭、參數(shù)、方法等進(jìn)行試驗，再通過相關(guān)測試進(jìn)行驗證。因此焊接工藝評定也是衡量企業(yè)是否有能力生產(chǎn)出符合相應(yīng)規(guī)程、規(guī)范和產(chǎn)品技術(shù)條件要求的產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，驗證焊接工藝規(guī)程的正確性和合理性，從而指導(dǎo)生產(chǎn)。

2 橋架類起重機(jī)焊接工藝評定存在的問題

2.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺乏

目前國內(nèi)與起重機(jī)焊接工藝評定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，都是參照 ASME《鍋爐壓力容器規(guī)范》第Ⅸ卷《焊接、釬接和粘結(jié)評定》編制，包括GB/T 50661-2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》、JGJ 81-2002《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》、NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》、DL/T 868-2004《焊接工藝評定規(guī)程》等。起重機(jī)械行業(yè)還沒有專門的焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，主要參照《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的附錄Ⅰ“焊接工藝評定”來評定[2]，雖然有一些地方發(fā)布了相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)，但也是各有側(cè)重不同類型的起重機(jī)。

2.2 評定因素界定不清

焊接工藝評定因素分為：重要因素、補(bǔ)加因素和次要因素。重要因素是指影響焊接接頭抗拉強(qiáng)度和彎曲性能的焊接工藝因素，補(bǔ)加因素是指影響焊接接頭沖擊韌性的焊接工藝因素，當(dāng)規(guī)定進(jìn)行沖擊試驗時，需增加補(bǔ)加因素，次要因素是指對要求測定的力學(xué)性能無明顯影響的焊接工藝因素。當(dāng)改變?nèi)魏我粋€重要因素時，都需要重新進(jìn)行焊接工藝評定；當(dāng)改變?nèi)魏我粋€次要因素時，不需要重新進(jìn)行焊接工藝評定，但需重新編制預(yù)焊接工藝規(guī)程；當(dāng)改變?nèi)魏我粋€補(bǔ)加因素時，則要增焊沖擊韌性試件進(jìn)行試驗。

對于一個指定的焊接方法，有無沖擊要求時，一個指定的評定因素可能表現(xiàn)為不同的影響因素，而且一個次要因素也可能轉(zhuǎn)變?yōu)檠a(bǔ)加因素；當(dāng)一個評定因素同時存在有無沖擊要求兩種評定規(guī)則時，該評定因素即是重要因素也是補(bǔ)加因素。

而對橋架類起重機(jī)而言，所用鋼材厚度一般不超過50mm，預(yù)熱和焊后熱處理工序不適用于其生產(chǎn)，并且對焊接接頭的力學(xué)性能也無沖擊要求，但當(dāng)客戶要求進(jìn)行沖擊試驗時，這種情況下，當(dāng)焊接方法發(fā)生改變時，補(bǔ)加因素應(yīng)該如何對待。

2.3 不同焊縫的焊接工藝評定矛盾

橋架類起重機(jī)主要受力構(gòu)件的焊縫包括對接焊縫、角焊縫以及組合焊縫三種。NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》規(guī)定：對接焊縫試件評定合格的焊接工藝，適用于焊件中的對接焊縫和角焊縫；但對于特殊行業(yè)的起重機(jī)則不適用，如：TSG Q0002-2008《起重機(jī)安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——橋式起重機(jī)》中規(guī)定受力構(gòu)件受拉區(qū)、受壓區(qū)的對接焊縫必須做焊接工藝評定，并且規(guī)定冶金起重機(jī)中焊透的角焊縫也必須做焊接工藝評定，對于未焊透的角焊縫則未做要求。

3 實(shí)驗室建設(shè)目的

鑒于上述存在的問題，借助籌建國家橋架類起重機(jī)質(zhì)檢中心的機(jī)會，加強(qiáng)焊接工藝評定實(shí)驗室的創(chuàng)新型建設(shè)，深入理論技術(shù)研究，提出自己的研究問題，面向國際，跟國際先進(jìn)技術(shù)接軌；并且要形成自身的特色，真正實(shí)際地解決橋架類起重機(jī)在制造過程存在的焊接質(zhì)量問題，全面且可靠地為企業(yè)服務(wù)。

4 實(shí)驗室建設(shè)規(guī)劃

4.1 編寫標(biāo)準(zhǔn)

焊接工藝評定實(shí)驗室要面向國際，必須要加強(qiáng)與國際知名檢驗集團(tuán)之間的合作，因此，焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)也必須要與國際適用的焊接標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合[3]。

基于我國的國情，研究國內(nèi)外起重機(jī)行業(yè)現(xiàn)有焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)，對比各標(biāo)準(zhǔn)在評定項目和檢測項目上的異同，對其進(jìn)行分析與研究，經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗與論證，編寫出更適合于國內(nèi)企業(yè)需要、最適合于橋架類起重機(jī)的焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)。

中國的焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)若要與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，與時俱進(jìn)，就要加強(qiáng)中國與國外的經(jīng)驗交流，提高企業(yè)對焊接工藝評定的執(zhí)行力，落實(shí)焊接操作人員的具體職責(zé)，從而達(dá)到促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最終目的。

4.2 規(guī)范評定流程

分析橋架類起重機(jī)制造企業(yè)焊接工藝評定的流程，以相關(guān)產(chǎn)品為中心，根據(jù)金屬材料的焊接性能，按照設(shè)計文件的規(guī)定和制造工藝的要求，完成焊接工藝評定必要性判斷、提出焊接工藝評定項目、明確焊接工藝評定內(nèi)容、編制預(yù)焊接工藝規(guī)程、進(jìn)行焊接工藝評定試驗、編制焊接工藝評定報告、編制焊接工藝規(guī)程以及各種試驗報告[4]的工作。

根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)件焊縫的母材材質(zhì)、接頭形式、焊接方法、填充金屬來確定所需的焊接工藝評定項目，明確完成該項目所需要的內(nèi)容，主要包括：試件焊接后的檢驗要求、試件的種類和數(shù)量、試樣的取樣位置、評定所需的試驗種類以及合格標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)要求。

編制預(yù)焊接工藝規(guī)程，進(jìn)行焊接工藝評定試驗，一般的評定試驗項目包括拉伸、彎曲、沖擊、硬度和宏觀金相。主要包括：評定試驗包括試件和試樣的制備、試件和試樣的檢驗以及試件和試樣的試驗。試件和試樣的檢驗包括外觀檢查和無損檢測，無損檢測包括超聲波、射線、磁粉、滲透檢測。

在要求評定的項目檢驗試驗全部合格后，進(jìn)行焊接工藝評定報告的編制；然后根據(jù)合格的焊接工藝評定報告，編制最終的焊接工藝規(guī)程；最后根據(jù)焊接工藝規(guī)程編制相應(yīng)的焊接工藝作業(yè)指導(dǎo)書，從而指導(dǎo)生產(chǎn)。

4.3 深化常規(guī)評定試驗

一般的焊接工藝評定試驗項目包括：力學(xué)性能試驗（拉伸、彎曲、沖擊、硬度）和宏觀金相試驗。

力學(xué)性能試驗是指在施加各種外加載荷下測定材料特性的試驗方法，主要用于檢驗材料是否符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和研究材料的性能。通過力學(xué)性能測試，可以最大限度發(fā)揮材料潛力、分析結(jié)構(gòu)故障、確保結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。

宏觀金相試驗可以研究材料的物理性能和機(jī)械性能與其內(nèi)部組織的關(guān)系，因此，可以借著金相試驗的宏觀組織來判斷材料的各項性能。

（1）高低溫下的焊接工藝評定試驗

就起重機(jī)而言，工作環(huán)境溫度一般在0-40℃，海拔不超過1000m，因此鋼材的力學(xué)性能試驗都是在常溫下進(jìn)行。但對于高溫環(huán)境（如冶金起重機(jī)）和低溫環(huán)境（如海撥高度高）下使用的起重機(jī)而言，常溫力學(xué)性能試驗所得到的測試結(jié)果已不能滿足實(shí)際工況的需要。

低溫環(huán)境下，鋼材的強(qiáng)度降低、脆性增強(qiáng)，嚴(yán)重削弱了鋼材的使用性能，金屬結(jié)構(gòu)由于嚴(yán)重收縮變形而失效；高溫環(huán)境下，鋼材的強(qiáng)度降低且易發(fā)生永久變形，金屬結(jié)構(gòu)的膨脹變形會使剛度受到嚴(yán)重影響，結(jié)構(gòu)件和機(jī)械件的變形影響正常的機(jī)械傳動，從而使起重機(jī)無法正常工作[4]。

因此，增加高溫和低溫環(huán)境下的焊接工藝評定試驗對研究起重機(jī)焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全有著重要意義，也是實(shí)際生產(chǎn)的需要。

（2）高強(qiáng)度鋼的焊接工藝評定試驗

目前橋架類起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中常用的鋼材為Q235和20鋼，當(dāng)需要高強(qiáng)度鋼材時，則采用Q345、Q390和Q420鋼。隨著起重技術(shù)的發(fā)展，起重機(jī)的起重能力不斷提升，常用鋼材的強(qiáng)度較低，要想增加起重機(jī)的承載能力，就必須增加板材的厚度。這不僅增加了制造過程中焊接的難度和成本，而且增加了起重機(jī)整體重量，導(dǎo)致了大噸位起重機(jī)在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、使用、檢驗過程中的各種不便。

因此，可以通過提高鋼材的強(qiáng)度來增加承載能力，同時又降低起重機(jī)自身的重量。目前一些高強(qiáng)度鋼已運(yùn)用在起重機(jī)的生產(chǎn)中，如Q690D在船用起重機(jī)上的應(yīng)用[5]、HG60在汽車起重機(jī)上的應(yīng)用等。

雖然高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能比較優(yōu)越，但其焊接性卻很差，如何對高強(qiáng)度鋼的焊接性、配套焊接材料及焊接工藝進(jìn)行詳細(xì)的研究，并對其焊接接頭的性能進(jìn)行了試驗和評定，目前都沒有統(tǒng)一的定論。

4.4 研究計算機(jī)輔助焊接工藝評定系統(tǒng)

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，并非所有的焊接工藝都要經(jīng)過焊接工藝評定試驗來驗證其合格性。根據(jù)相關(guān)特定條件，查詢是否有現(xiàn)成的焊接工藝規(guī)程，若沒有，則要重新編制。這其中就不可避免的出現(xiàn)很多重復(fù)勞動，并且人為編制焊接工藝規(guī)程的任務(wù)也比較繁重，在這種情況下，生產(chǎn)的組織、效率、成本和周期都受到直接的影響。

計算機(jī)輔助焊接工藝評定系統(tǒng)就是將焊接工藝評定流程計算機(jī)模型化，充分利用數(shù)據(jù)資源、優(yōu)化評定過程、降低生產(chǎn)成本、保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量[6]。具體的流程大致為：依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)焊接方法、母材等條件查詢是否有現(xiàn)成適用的焊接工藝流程；若有，則評定系統(tǒng)直接引用，若無，則根據(jù)提供的條件，系統(tǒng)可以自動生成新的焊接工藝流程。評定的基本內(nèi)容包括評定試驗必要性判斷、評定試驗項目提出和評定試驗結(jié)果判定三部分。

5 結(jié)語

橋架類起重機(jī)焊接工藝評定實(shí)驗室的建設(shè)，要以創(chuàng)新為動力，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，形成自己的特色。通過焊接工藝評定，制定合理的焊接工藝規(guī)程，以此來規(guī)范和約束起重機(jī)企業(yè)在制造過程中的焊接行為，為起重機(jī)的安全運(yùn)行提供基礎(chǔ)，在焊接工藝評定的基礎(chǔ)上，對起重機(jī)進(jìn)行質(zhì)量檢驗檢測、安全評價等業(yè)務(wù)。

[1]董達(dá)善.起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)[M].上海交通大學(xué)出版社.2011.10-98.

[2]張興法.橋門式起重機(jī)焊接工藝評定存在的問題及對策討論[J].經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊,2011,9:313-314.

[3]連立群.起重機(jī)械焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)分析及建議[J].江西有色金屬,2009,4:41-43.

[4]張勇等.室外及高低溫環(huán)境下的起重機(jī)設(shè)計[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2013.10:60-62.

[5]王偉,等.雙八千大型起重機(jī)臂架用Q690D高強(qiáng)鋼焊接工藝研究[J].中國造船,2012.11(s2):389-395.

[6l李寶清,等.計算機(jī)輔助焊接工藝評定的研究與進(jìn)展[J].焊接,2000.8:6-9.

Planning and Construction of Welding Procedure Quali fi cation Laboratory for Overhead and Gantry Cranes

XIONG Ya-Fei
(Henan Institute of Inspection and Safety of Special Equipment,Zhengzhou 450000,Henan,China)

The quality and safety of welded structures has great significance for overhead and gantry cranes.The reasonable welding procedure plays an important role in the control of quality of welding structure.In view of the problems existing in the process of welding procedure quali fi cation and the quality and safety requirements and characteristics of welding structure of overhead and gantry cranes,the author discuss the planning and construction of welding procedure quali fi cation laboratory of overhead and gantry cranes from the necessity of welding procedure quali fi cation,standard,speci fi cation of quali fi cation process,deepening of quali fi cation test,research of computer aided welding procedure quali fi cation system and so on.

Overhead and gantry cranes;Welding procedure quali fi cation;Laboratory;Planning;Construction

2017-01-06

熊亞飛，男，河南省特種設(shè)備安全檢測研究院，助理工程師，碩士