焊接结构制造质量的控制和检测
1.概述
焊接结构的制造质量对其运行特性和使用寿命起着决定性的作用，而焊接结构的提前失效轻者造成不可挽回的经济损失，重者造成人员伤亡。因此对于焊接结构的制造质量必须严格控制。在焊接生产过程中应采取各种切实有效的措施，确保焊接质量符合相应的国家标准、行业标准或安全技术监察规程的有关规定，但在实际生产过程中，影响焊接结构制造质量的因素不仅数目繁多，而且难以准确地定量测量，这无疑给焊接质量的控制造成了较大的困难，导致焊接质量的失效时有发生。
我们单位生产的提梁机，架桥机运粱车在使用过程中如果遇到特殊情况，瞬间有可能造成破坏，导致机毁人亡的重大事故，所以质量问题应特别关注，一丝不苟的处理产品质量问题，做到生产过程控制，如，图纸审核，订货合同，相关技术标准或规范，制造工艺文件及工艺记录执行情况，检验工艺文件表格，生产编号生产日期，班组人员，场地，设备，图号，材料，包括焊材烘干，牌号，规格等，当天天气情况，晴，阴，雨，雪，温度，产品简图及检测数据，结论判定等内容。所有记录表及竣工图按台整理后装订成册备查。
提高质量必须进行全面质量管理
1.1图纸设计对产品质量的影响
1）图面应清晰干净，布局合理规范，比例统一，但可以进行局部放大且另注明放大比例，但特殊情况也可以不按比例放大，这时应注明“不按比例放大”。序号（件号）排列有序方便查找。尺寸完整齐全，单位统一，尺寸链及所选基准正确合理，方便测量检查。
2）图纸要分部，分项画出装配图同时要考虑检修运输方便，装配图与零部件图不可混淆，总装配图上应标明设计制造检查验收等标准。零部件图上应标注材料标准加工方法等，有热处理和锻造探伤和物理性能要求时，相关标准更应注明。零部件的安装位置，尺寸方向表达清楚，机加工要标出配合公差，形位公差，不规则零件应有展开图，重要的焊接件应分类标注焊接符号，要求探伤的焊缝还应在焊接符号后尾标注探伤标准，探伤方法比例及评定等级和检验等级。标注焊接符号时一定要考虑制造工艺的可达性，如三面焊符号箭头一定要标注在中间角焊缝处。如果没有有效的制造加工方法可以拆分图纸分别加工然后合装连接成整体。
1.2焊接结构设计时需考虑的因素
焊接结构设计工程师必须掌握各种焊接方法、焊缝和焊接接头设计等方面的有关知识，而且还需要熟悉被焊工件的焊前准备方法和焊接工艺。桥梁及类似结构，金属结构工程师，这些设计专家都必须熟悉焊接结构设计的详细内容和要求。任何设计者的主要目的不仅仅是实现产品的设计功能，而且也还要尽可能的提高焊接效率、降低焊接成本。
为了最经济地满足设计要求，需要考虑下列几点：
①产品的总体设计要求
②载荷类型及应力的准确计算
③容许工作应力
④所用材料的力学和物理性能
⑤拟采用的焊接方法之适用性和熔敷金属性能
⑥接头和坡口类型
⑦现有的加工方法及生产设备
⑧焊接成本，包括焊前及焊后的有关加工方法的成本
⑨准确简明的信息交流方法
⑩质量要求和检验技术
因此，设计者必须充分了解所用材料的性能、焊前处理方法及焊接过程。
1.3影响钢熔焊接头质量的技术因素
1.3.1焊接方法和焊接工艺
焊接工艺的主要参数，如焊接热输入量、预热温度、焊接热循环和保护气体的成分等不仅影响接头的力学性能，而且在某种程度上决定了接头的抗裂性。在实际生产中应严格控制这些焊接工艺重要参数。
接头的施焊位置是选择不适用于立焊位置和全位置焊。而钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊，起效率虽不及埋弧焊，但可完成全位置焊的优质焊缝焊接方法时必须考虑的因素。例如埋弧焊，虽然其焊接质量和焊接效率都很高，但只适用于平焊位置和横焊位置的焊接，。
1.3.2受力状态和焊接应力[NextPage]
焊缝的外表缺陷和内部缺陷会进一步提高焊接接头的应力集中系数。某些外表缺陷如表面裂纹、边缘未熔合、夹渣或咬边等，当缺陷尺寸达到一定数值时，可能成为疲劳断裂或脆性断裂的起源点。因此，大于存在疲劳断裂或脆性断裂危险的焊接结构，必须加强焊缝的质量检查，消除所有不容许的焊缝外表缺陷。对于运行条件特别苛刻的焊接结构，应当制订高要求的检验标准。
对于要求几何尺寸形状长期稳定的焊接结构，焊后亦应考虑作消除应力处理。
1.3.3接头的几何形状
焊件在组装过程中的强制装配会提高接头的拘束度和焊接应力。因此提高组装零部件的加工精度，可以增强焊接结构的承载能力。
2.焊接结构制造质量的控制程序
主要包括产品图样的评审和工艺性审查，产品焊接技术条件或企业焊接质量标准的编制、焊接工艺方案的编制、焊接工艺评定及工艺文件的编制、焊工及检验人员的考核、原材料及焊接材料入厂检验标准的制定和控制，焊接生产工艺过程的控制，焊后热处理工艺过程的控制，焊件工序质量和成品质量的检验，产品焊接质量问题的分析和改进。
2.1产品图样的评审
一是结构设计的正确性和合理性，二是工艺性审查，工艺性审查的依据是相关的国家标准、制造法规、企业的产品焊接技术条件和焊接专业标准。工艺性审查的主要内容有：
1）焊接结构选材的正确性和合理性，要避免采用焊接性低劣的母材用于重要承载部件和受压部件。
2）异种钢接头用材在焊接工艺、热处理制度和力学性能方面的匹配性
3）接头位置的可见度、可达性和可检查性。
4）焊接坡口形状和尺寸与相关标准的一致性，新设计的接头形式、坡口形状和尺寸的工艺性。经济性和合理性。
5）焊材选配的正确性。
6）焊接接头性能检验合格指标的确切性和合法性。
7）认真做好产品图样的焊接工艺性审查可在很大程度上避免设计错误引起的制造质量问题。
2.2材料的入厂检验
原材料和焊接材料的入厂检验 制造焊接结构用金属材料和焊接材料进厂入库前首先应该对材料生产单位提供的质量证明书，其各项理化性能必须符合相应的国家标准或行业标准的规定，对性能有特殊要求的金属材料和焊接材料应符合企业的材料采购规范，对于制造受压部件和重要承载金属结构用金属材料和焊接材料还应按批取样，进行理化性能的复验。确认材料的各项规定性能指标符合相应标准后，才能验收入库。
2.3焊接生产工艺过程的控制
焊接结构生产的全过程包括结构材料的预处理、剪切或下料切割、边缘修整和坡口加工、成形加工、组装定位焊、焊接、焊后热处理、焊件表面后处理等。所有这些工序的加工质量都在不同程度上影响焊件的最终质量，因此都应加以严格的控制。
2.3.1结构材料的预处理
结构材料的预处理是指材料在使用前的矫正和表面清理，金属材料在合装、运输和存放过程中往往会产生各种变形，如整体弯曲、局部弯曲和波浪形弯曲等，不能直接用于制造结构而必须加以矫正。
钢材表面的氧化物、铁锈及油污对焊接质量会产生不利的影响，焊前必须将其清除干净，清理的方法有机械法和化学法两种，机械情理法有喷砂、喷丸、砂轮修磨和钢丝轮打磨等。其中抛丸的清理效果最好。
2.3.1.1排版布料：
排版布料时应考虑焊缝的拼接尺寸和焊缝位置，应符合有关规定，如：长度不得小于1000mm宽度不得小于400mm，且单腹梁宽度方向不得拼料，焊缝位置应让开T型角焊缝边缘50mm以上，且躲开焊缝热影响区，主梁接长横向拼缝不得在中心S/10(S为跨度)内，焊接坡口几何尺寸应符合图纸和焊接工艺规定，需二次加工（如修口起拱平头等）的还必须放出足够的加工余量，同时还应放出焊接收缩量（按每条横角缝加长0.5mm）
2.3.2剪切或切割下料
焊件毛坯的切割下料是保证结构尺寸精度的重要工序，应严格加以控制。如采用机械剪切。手工热切割和机械热切割下料，则应在待下料的金属坯料（钢板等）上按图样以1:1的比例划线、所用卷尺、盘尺和直尺必须经计量部门定期鉴定。对于批量生产的焊件可采用按图样和实际尺寸制作样板进行划线，不仅效率高，而且不易出错。每块样板都应注明产品合同号、图号、规格、图形符号和孔径等，并经检查合格后才能使用。手工划线和样板尺寸公差应符合有关标准规定，并考虑必要的工艺余量。
采用数控切割机下料，可以省去划线放样这道工序，同时可提高切割的精度，通过计算机软件合理套裁，还可大大提高材料的利用率。从控制切割下料的质量出发，应大力推广数控切割机的应用。
2.3.3坡口加工
为使焊缝的厚度达到图纸规定的尺寸或为获得全熔透的焊接接头，焊缝的边缘应按板厚和焊接工艺方法加工成各种形式的坡口。
坡口加工的尺寸公差对于焊件的组装和焊接质量有很大的影响，应严格控制和检查。坡口的尺寸公差一般不应超过±1.0mm。
2.3.4成形加工[NextPage]
焊接结构部件在焊接之前都经过成形加工。成形工艺方法包括冲压、卷制、弯曲和旋压等。
2.3.5组装定位
组装定位是决定焊件质量的关键性工序，工序应为每一部件编制装配工艺卡，详细规定部件的装配顺序和技术要求，检查员应严格按工艺卡检查装配质量。这不仅要求所组装部件的尺寸符合设计图样的规定，而且要求焊缝的装配及定位焊缝的质量符合产品焊接技术条件的要求。
影响焊缝质量最重要的焊接装配尺寸是：
1) 焊缝的装配间隙 装配间隙的大小与所采用的焊接工艺方法有关。装配间隙的允差不应大于焊接工艺规程规定值的±0.5mm
2) 接缝错边 即两相接边缘偏离中心线的差值。允许偏差取决于焊接结构的类别。拼接缝两边钢板边缘的偏差不应大于名义板厚的10%，且不得超过2mm。
为保证装配质量，在组装前应按零件图样和有关工艺文件严格检查待装配零部件的加工尺寸和焊缝坡口尺寸。在装配过程中应采用相应的装配工夹具组装定位，而不应采取强制装配。
当采用定位焊缝组装时，应尽量采用拉肋板定位焊，避免在焊接坡口内用定位焊点固。如因结构所限而必须在焊接坡口内用定位焊点固时，则应在焊接前用电弧气刨或砂轮打磨清除定位焊缝。在某些情况下，如需将定位焊缝保留作为产品焊缝的一部分，则装配定位焊应由考试合格的焊工完成，并采用与焊接产品焊缝相同的焊丝或焊条焊接。
当组装高强度钢和低合金焊件时，如采用拉肋板在焊件上进行定位焊时，则必须采用低氢型的焊条进行定位焊，并在定位焊部位作局部预热，预热温度不得低于焊接工艺规程对该种钢的规定。
焊件的装配-焊接顺序可分为整装-整焊、部件装配焊接-整装焊接和交替装焊三种。选择哪种方式主要依据产品结构的复杂程度和生产批量而定。整装-整焊方式是将所有零部件按图样要求组装定位好后转入焊接工序，并将全部焊缝焊完。
不管采用哪种组装焊接方式，焊件组装定位后，在焊接之前，检查员都必须按图样检查组装件的尺寸和接缝的装配质量是否符合产品焊接技术条件的要求，只有检验合格的组装件才能进行焊接。
2.3.6焊接
所有零部件的焊接和总装焊缝的焊接都应遵守焊接工艺规程的规定。焊工在焊接之前，首先应检查焊件的装配质量、特别是接缝的装配间隙和错边量是否符合要求，其次是核对所领用的焊接材料是否符合工艺规程的要求，药皮焊条或焊剂是否按规定进行烘干，对于低合金钢焊件，Q345 δ≥30mm，应按焊接工艺规程的规定进行预热。除了采用正确的预热方法外，还应准确测定预热范围和预热温度。所使用的焊接设备应装有电流、电压指示仪表或数显荧光屏，以便焊工能正确的选用焊接参数，必要时记录实际的焊接参数备查。焊接过程如发现任何异常或焊缝表面出现不容许的缺陷，如气孔、夹渣、未熔合和裂纹等，则应立即停止施焊，分析产生缺陷的原因并采取措施排除故障后才能继续进行焊接。焊接后，焊工应对所焊的焊缝外表作全面检查，确认无任何超标的表面缺陷后才能转入下道工序或按规定的程序进行焊缝的无损检测。
2.3.7焊件的焊后热处理
承载钢结构及其他的重要焊接结构，当构件的壁厚超过一定的界限时焊后应作消除应力处理。焊后热处理是焊接工艺的重要组成部分，是保证焊接结构使用特性和寿命的关键工序，根据焊件材料的种类和对接头性能的要求，可选用不同的焊后热处理工艺。
焊后热处理必须严格按相应的焊后热处理工艺规程进行。这种工艺规程这种工艺规程主要按产品或部件编制，其中明确规定焊后热处理方法和热处理工艺参数，包括加热温度、加热速度、保温时间、冷却速度和冷却介质，断电或出炉温度等。
2.3.8焊件质量的检验
综上所述，焊件的质量最根本的应依靠整个焊接生产过程各工序，特别是关键工序的控制。长期的生产经验证明，这是一种最可靠、最经济的质量保证措施。焊件的最终质量检验实质上是一种辅助性的质量控制手段。如果只强调最终的质量检验而忽视生产过程的质量控制，必然会造成重大的经济损失。但就我公司目前的企业管理水平而言，焊件的最终质量检验仍然是保证焊接结构质量不可缺少的重要环节。
2.3.8.1.焊接结构的外形尺寸检验
结构的外形和尺寸都必须符合设计图样的规定。不容许存在各种结构形状的畸变。如凹陷、凸鼓、挠度超差、严重错边等。梁柱等金属结构的上挠度、旁弯量、腹板垂直度及波浪变形等。这些外形和尺寸的超差都会对结构的工作特性产生不利的影响，有的甚至会大大降低结构的使用寿命。
2.3.8.2.焊缝的外观检查
焊缝的外观检查亦称目视检查。必要时可采用5倍以下的放大镜检查。目视检查的项目主要是焊缝的外形尺寸，如焊缝宽度、余高、焊脚尺寸、焊缝有效厚度以及焊缝的外表缺陷如咬边、焊瘤、下凹、气孔、裂纹、烧穿、溢流、未熔合和弧坑等，要特别注意检查漏焊。焊缝外形尺寸应符合图样或有关标准的规定。焊缝外表缺陷不应超过有关标准或产品技术条件的规定。检查中发现的所有外表缺陷必须按相应的焊补工艺规程修正及补焊，并作重复检查。焊缝的外观检查对于任何焊接结构都是一项不可缺少的检验程序，因为外表缺陷属于张开型缺陷。如漏焊、裂纹、未熔合和咬边等容易在工作应力和焊接残余应力的作用下扩展成危险性的缺陷，故必须重视焊缝外观检查并做好检查记录。
2.3.8.3.焊接接头的无损检测
焊接接头的无损检测是为目视检查不能或无法发现的各种表层和内部缺陷，如表层的微裂纹、夹渣、气孔以及各种内部缺陷。
2.3.9焊接缺陷的返修和补焊
2.3.9.1.编制焊补工艺规程
专用的焊补工艺规程的内容应包括: ①缺陷清除方法、补焊区尺寸和坡口角度等②补焊用焊条及焊条烘干参数③补焊前预热温度、预热区宽度④焊补工艺参数与焊前机械处理方法（如锤击等）⑤补焊后缓冷处理或后热温度⑥焊后热处理方法和热处理工艺参数⑦焊后无损检测方法⑧焊补焊缝修整方法。
2.3.9.2.焊补前准备工作
按射线照相底片或超声波探伤报告确定缺陷部位，选用最合适的方法清除焊接缺陷和修整坡口。
2.3.9.3.焊补操作
按焊补工艺规程对焊补区进行预热、清理、焊补和锤击等。
2.3.9.4.焊补区后热处理[NextPage]
按焊接工艺规程的规定对焊补区进行后热处理或立即进行焊后消除应力处理。
2.3.9.5.焊补区复查
焊补区后热或消除应力处理后，修整焊补焊缝表面，进行无损探伤复查。
2.3.10特殊工艺过程的控制
在焊接结构制造中，应将那些对制造质量有重要影响，且工艺参数较多、变化复杂的加工工艺作为特殊工艺过程加以控制，例如弧焊工艺，还应加强工艺过程的检查、焊接参数的检测和旁站记录。
2.3.11不合格品的控制和处理
在生产过程中可能出现的不合格品有结构材料、焊接材料、加工件、焊接部件和整体结构。无疑。不合格品将给企业带来经济损失，因此必须制定相应的工作程序，严加控制。为尽量减少或挽回经济损失，可按不合格项对产品质量影响的程度，分直接回用，返修回用和报废三级进行处理。不合格品处理单应由责任单位和责任人填报，由技术部门责任工程师审查并提出处理意见。鉴于不合格品处理单应由企业的技术负责人或总工程师签署批准。不合格品回用、返修记录，见证资料必须存入本台内部档案中备查。
对于确认为不合格品的原材料、焊接材料、零部件、半成品和最终的产品必须在显著位置加不合格品标记，并与合格品隔离存放。经责任工程师审查允许返修的不合格品应标明“返修”字样。已被判废的不合格品应立即转入废品隔离区及时处理。
2.4焊接接头的目视检查
2.4.1.概述
在各类焊接结构的生产中，目视检查是一种相当有效又十分经济的检查方法，是控制焊接质量不可缺少的检查程序。目视检查可贯穿于焊件的整个生产周期，其作用不仅可检查与焊接有关的各道工序是否符合相应工艺文件的规定，而且能早期发现施工中的错误，挽回不必要的经济损失。
焊接接头的目视检查按焊件的生产顺序可分为三个阶段，即焊前目视检即焊前目视检查、焊中目视检查和焊后目视检查。
2.4.2焊前目视检查
为确保焊件的焊接质量，专职检查员必须对下列项目进行认真的检查并做好记录。
1） 核对发给焊工的技术文件，包括施工图样、焊缝识别卡、焊接工艺规程或作业指导书等与正待焊接的焊件是否一致，发现错误及时通知生产管理部门。
2） 检查待焊焊接件的母材牌号、规格及热处理状态是否符合图样的规定。特种材料的检验报告是否符合工厂采购规范的要求。
3） 检查待焊接头坡口准备情况、坡口形状和加工尺寸，清理是否符合施工图样或焊接工艺规程的要求。
4） 检查焊件的装配尺寸和组对质量，特别是接缝的装配间隙是否符合图样和焊接工艺规程的要求。
5） 检查单面焊接头的衬垫、衬环和焊剂垫的装配质量是否符合图样和焊接工艺规程的要求。
6） 检查装配定位焊的质量，定位焊用焊接材料是否符合作业指导书的规定。如装配定位焊缝容许保留作为主焊缝的一部分，则必须由持证焊工焊接。当相应的焊接工艺规程规定焊前预热时，装配定位焊前亦应进行预热，此时应检查预热温度和预热范围是否符合工艺文件的规定。
7） 检查焊接坡口及其两侧的清洁度、作业环境是否符合产品技术条件和焊接工艺规程的要求。如发现不符合项应立即通知生产管理部门，及时采取有效的改进措施。
2.4.3焊接过程中的目视检查
在焊件的焊接过程中，专职检查员应进行下列项目的检查;
1) 检查拟采用的焊接方法和焊接工艺是否与焊接工艺规程的规定相一致。
2) 检查拟采用的焊接材料是否与焊件的母材相匹配，并符合焊接工艺规程的规定。特种用途的焊接材料应符合相应的焊接材料采购规范的要求，检查焊接材料存储和烘干设施运行是否正常，对于质量要求高的重要焊件，应记录焊条的生产批号或焊丝的熔炼炉次号。
3) 检查所使用的焊接设备包括焊接电源、焊接变位机械、夹紧和定位装置是否处于良好的工作状态。焊接参数指示仪表是否正常。如发现任何异常现象应及时通知有关部门修理或校正。
4) 检查影响焊接质量的主要焊接参数，包括焊接电流、焊接电压、焊接速度和送丝速度等是否在焊接工艺规程规定的范围之内，使用直流电焊接时，极性是否正确。
5) 当焊接工艺规程要求焊前预热是，应检查焊件的预热温度和预热范围。应通过焊件内外表面的温度测量确定焊件的预热温度是均热温度而不应是表面预热。应记录焊件的预热温度和预热时间备查。
6) 检查焊工操作的熟练程度和技能。核对焊工资格证书是否符合所从事焊接工作的技术等级要求。如根据焊工所焊焊缝的质量判断焊工的技能达不到规定的要求或对焊工的技艺状况有怀疑时，专职检查员应及时通报生产管理人员或焊接责任工程师、提请对该焊工进行重复考试或更换技能符合要求的焊工。
7) 在焊接过程中应检查层间温度是否符合规定。如因故中断焊接作业，在重新开始焊接之前应检查焊件温度是否保持所规定的层间温度，并作好记录。
8) 检查焊缝层间的清理和焊缝背面的清根质量是否符合工艺规程或作业指导书的要求。
9) 注意焊工的操作和执行工艺纪律的状况。防止和杜绝一切违章操作，严禁向坡口内添加钢棒、金属条之类恶化焊缝金属性能的材料。
10) 在焊接过程中检查焊道表面。如发现表面裂纹、边缘未熔合和夹渣及表面气孔时，检查员应通知焊工中止焊接，并会同焊接责任工程师分析缺陷产生的原因，采取必要的改进措施或修改焊接工艺规程。
2.4.4.焊后目视检查
焊后目视检查是在焊件的焊接工作完全结束后进行。检查内容包括以下三方面：①焊件的外形和尺寸②焊缝的外形和尺寸③焊缝表面的可见缺陷。
2.4.4.1.焊件的外形和尺寸检查
焊件焊接以后，其外形及尺寸应完全符合设计图样的要求，形位尺寸偏差应在图样标注的公差范围之内。不正确的焊接顺序和过高的焊接热输入可能引起焊件产生不容许的角变形、挠曲和扭曲等畸变。应通过对焊件外形尺寸、直线度、平行度和垂直度的测量，确定焊件变形是否超出容许的范围，并做好检查记录。外形尺寸超标的焊件应加明显的标记，填写不合格品通知单交管理人员，由焊接责任工程师提出校正方案和补救措施。
2.4.4.2.焊缝外形尺寸的检查
焊件所有焊缝的外形和尺寸应符合设计图样和有关标准的规定。检查员应使用标准的焊缝尺寸量规或专用焊缝量规进行测量。对接焊缝主要测量焊缝宽度、余高及直线度，角焊缝主要测量焊脚高度、外凸量和内凹量。
2.4.4.3.焊缝表面缺陷的检查[NextPage]
不管对于哪类焊接结构，下列焊缝表面缺陷都是不允许存在的：
1） 各种表面裂纹，包括焊趾裂纹。
2） 弧坑裂纹及未填满的弧坑缩孔。
3） 表面气孔（Ⅰ、Ⅱ级焊缝不允许）
4） 单面焊接头的根部未熔透。
5） 咬边（Ⅰ级焊缝不允许、Ⅱ级咬边深度≯钢板负差的1/2时可以修磨）
6） 焊缝内外表面过量内凹，未填满
7） 焊接坡口未填满
8） 焊缝余高太大，角焊缝凸出量太大
9） 背面焊缝余高太大，烧穿
10）焊缝搭头过高
11）错边量超差
12)飞溅过多
检查员应对所发现的焊缝表面缺陷部位加注明显的标记，开列不合格品通知单，由生产管理人员组织返修。对于所发现的表面裂纹，应通报焊接责任工程师，分析产生原因并提出返修工艺方案和补焊工艺。
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工艺部
2012-2-2
