基于ASMIXE的阀门堆焊工艺评定试验.pdf

机械研究 与应用 2 0 1 3 年 第1 期 第2 6 卷， 总 第1 2 3 期 应用与试验 基于 AS MI X E的阀门堆焊 工艺评定试验 朱朝晖 ， 童南青 1 ． 苏州大学， 江苏 苏州2 1 5 1 3 1 ； 2 ． 苏州德 兰能源科技有限公 司， 江 苏 苏州2 1 5 1 4 3 摘要 为了生产满足 A S ME I X 规范的零件， 焊接工程师必须充分理解该规范的内容。从焊接工艺评定的重要性及 流程入手， 阐述了预备焊接工艺规程 P WP S 的观念 ， 提出试件的尺寸选择应综合考虑规范的最低要求、 产品 的重要性及焊接工艺评定数量最少化三个方面， 描述了试验中堆焊操作细节及焊后应做的检测试验。 关键 词 阀门；堆焊 ；工艺评 定 ； A S ME规范 中图分类号 T G 4 5 5 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 7 4 4 1 4 2 0 1 3 O 1 0 0 6 9 0 3 Va l v e o v e r l a y i n g p r o c e d u r e q u a l i fi c a t i o n t e s t b a s e d o n t h e AS ME I X c o d e Zh u Zh a o- hu i ，To n g Na nq i n 1 ． S o o c h o w u n e 妒， J i a n g s u S u z h o u 2 1 5 1 3 1 ， C h i n a ； 2 ．S u z h o u D e l a n e n e r g y s c i e n c e t e c h n o l o g y C o ． ， L t d ， J i a n g s u S u z h o u 2 1 5 1 4 3 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o ma n u f a c t u r e q u Mi fi e d c o mp o n e n t s i n a c c o r d a n c e w i t h t h e A S ME I X c o d e，t h e we l d i n g e n g i n e e r s mu s t f u l l y u n d e r s t a n d t h e c o n t e n t o f t h e s p e c i fi c a t i o n ．Be g i n wi t h t h e i mp o r t a n c e a n d p r o c e s s f o r w e l d i n g q u a l i fi c a t i o n，t h e c o n c e p t o f P WP S P r i o r We l d i n g P r o c e s s S p e c i fi c a t i o n i s p r e s e n t e d ， t h e m i n i mu m r e q u i r e me n t s ， t h e i mp o a n e e g r a d e o f t h e p r o d u c t a n d mi n i mi z i n g t h e n u mb e r o f p r o c e d u r e q u a l i fi c a t i o n t e s t s s h o u l d b e c o n s i d e r e d c o mp r e h e n s i v e l y ，t h e o p e r a t i o n d e t a i l s a n d t y p e o f t e s t s r e q u i r e d a t p o s t we l d a r e o v e da y e d ． Ke y wo r d sv a l v e；o v e rla y；p r o c e d ur e q ua l i fic a t i o n；AS ME c o de 1 引 言 堆焊是用焊接方法在零件表 面堆敷一层或数层 具有一定性能材料的工艺方法， 其目的在于使零件表 面获得具有耐磨、 耐蚀等特殊性能⋯。堆焊在阀门 焊接工作量中占有 6 0 ％以上的比重， 故堆焊工艺评 定工作对于阀门企业有着重要的意义。 2 焊接工艺评定的重要性 工艺评定工作的流程如图 1 所示。 依产品 图样 及标 准 确 定 试 件 尺 寸 二 二 1．r 编制预备焊接 工艺规程 IP S 实施工艺试验并记录参数 图 1 框架流程图 A S M E IX要求产品焊接工作必须按照经过焊接 工艺评定合格的焊接工艺规程 WP S 的各项参数进 行操作 j 。焊接工艺评定是保证产 品焊接质量的重 要措施 ， 通过此项工作可以验证施焊单位拟订的焊接 工艺是否能满足焊件预期性能 ， 并对施焊单位现有工 况下的生产加工能力进行了认可。同时， 焊接工艺评 定为编制焊接工艺规程提供了可靠的依据。 3 试件 尺寸的确定 3 ． 1尺寸 根据 A S ME I X Q W一 4 5 3说 明， 耐磨层或耐蚀 层 的堆焊评定用母材 的尺寸不得小于 6英寸 6英寸 ， 或者采用与产品零件相同尺寸的母材试件 J 。从理 论上讲， 采用与实际产品零件相同或者相似的母材来 做评定试验 ， 对于验证产品焊接接头的性能更具说服 力。可是 ， A S ME IX优先推荐使用大于等于 6英寸 6 英寸的试件 ， 除了考虑到耐蚀层堆焊评定需要取弯曲 试样外 ， 还在于 A S ME标准所提出的要求是从产 品安 全性角度 出发 给出的最低要求 J ， 并且在 不影响对 焊缝性能的判定的条件下为 了规范操作统一 了试件 尺寸。 由于阀门产品在 口径 、 温度 、 压力 、 介质 、 流量控 制等方面千差万别， 这就要求焊接工程师在做焊接工 艺评定前务必知晓企业订单产品的重要程度， 从而决 收稿 日期 2 0 1 2 1 2 2 5 作者简介 朱朝晖 1 9 7 1 一 ， 女， 浙江海宁人， 讲师， 主要从事焊接、 热处理生产及教学工作。 6 9 应用与试验 2 0 1 3 年 第1 期 第2 6 卷， 总 第1 2 3 期 机械研究与应用 定是否采用与实际产品尺寸相一致 的母材做评定试 验。例如 ， 某些质量及安全等级高的船用阀门和核电 阀门用户会在技术规范 中提 出使用与产 品尺寸及材 料相一致的试件做评定试验。因此 ， 焊接工程师必须 参与合同评审工作。 3 ． 2尺寸与评定范围 为了尽可能减少焊接工艺评定的数量 ， 从评定范 围的角度考虑试件尺寸也很有必要。例如 企业需要 做某种耐蚀层堆焊的工艺评定 ， 根据企业的产品图样 汇总出零件堆焊前的厚度都在 3 0～ 5 0 m m范 围， 则试 件的厚度 选择 2 5 m m 更 有利 。原 因在 于 A S ME I X Q W一 4 5 3中 1英寸 约 2 5 ． 4 ra m 是一个重要 的数据 ， 根据标准有如表 1 所列。 表 1 耐蚀层和耐磨层评定厚度范围表 针对上例 ， 如果试件选用厚度为 3 0～ 5 0 mm范围 内任何厚度， 评定厚度范围均为 1 i n ． 1 英寸～ ∞， 而实际取 2 5 mm 约 1 英寸 就能实现上述评定范 围。 另举一例， 某企业耐磨堆焊零件焊前的厚度都在 1 5～ 2 5 m m范围， 试件的厚度 又该选择多少较合适 呢根据表 1 ， 选最小值 1 5 m m即可实现评定厚度范 围 1 5 2 5 m m。但笔者的工作经验是取 比 1 5 m m更小 的常见数据 l O m m或 1 2 mm。因为产品规格的变化扩 大到 1 22 5 m m范 围时， 不必仅 因差 3 m m而重新做 一 次评定 。 此外， 如果制造厂的实际产品厚度范围恰恰涵盖 了2 5 ． 4 m m 1英 寸 ， 例如 ， 厚度范 围是 1 5～3 0 ra m， 那么依据本规范 ， 就只能做两个工艺评 定。其中， 一 个试件取 2 5 m m， 另 一个根 据实 际情况可取 1 5 m m。 标准 中将把 1英寸 约 2 5 ． 4 m m 作为一个临界值是 因为根据焊接传热学， 对于低碳钢焊件当厚度大于 2 5 mm时 ， 焊接热源被认为是点状热源 ， 在其表面的 堆焊熔池产生的温度场是三维的。不锈钢材料 的界 定厚度为2 0 ra m， 但因为大多数情况下不锈钢是作为 耐蚀金属熔敷于碳素钢或低合金钢基体表面， 故规范 中仅有 1 英寸这个关键数据。 根据上例可知， 工程师在做焊接工艺评定方案时 应充分了解产品规格及产品发展趋势， 结合对标准内 容深度理解才有可能在满足规范 的条件下尽可能减 少工艺评定的数量 。 ．7 0 ． 4 预备焊接工艺规程 P WP S 预备焊接工艺规程 P WP S P r i o r We l d i n g P r o c e s s S p e c i fi c a t i o n 应在执行焊接工艺评定试验 前获得批 准， 可由有资质的焊接工程师依据企业的近似产品经 验值给出， 如果没有近似产品也可以参考业界其他企 业 的参数。 由于 A S ME I X卷 中并 没有术语 预 备焊接 工艺 P WP S ， 但是通 读 A S ME I X可看 出焊 接工 艺规程 WP S We l d i n g P r o c e s s S p e c i fi c a t i o n ， 也 被称为焊接 作业指导书 是 工艺评 定工 作 的焦 点。根 据 Q w一 1 0 0 ． 1的描述 ， WP S可列出各种重要的和非重要的变 素 ， 以及当采用某 WP S时 ， 相关 变素的容许范 围 J 。 实际操作中一次工艺评定试验不可能涵盖各 变素 的 极限条件。例如， 堆焊时采用最低层问温度试验就不 可能验证最高层 问温度。所 以把针对某一工艺评定 试验所做的焊接工艺规程称为 P WP S以区别 于经评 定合格后编制 的 WP S ， 工作 中也可 以把 P WP S看做 试生产工艺规程或首件认证工作 的一部分 。 5 试件的焊接 因为堆焊材料往往比母材 基体材料 特殊且经 济价值高 ， 在满足堆焊层性能前提下尽可能采用较少 的焊接层数， 这对实际生产成本控制很重要。因此 ， 必须重视堆焊中稀释率问题 。 稀释率通常用母材在堆焊熔敷金属 中所 占的百 分比来表示。如稀释率 1 0 ％熔敷金属中含有 1 0 ％的 母材和 9 0 ％的堆焊合金 J 。稀释率增加则堆焊层本 应具有的特殊性能开始下降。但 是过分强调低的稀 释率则容易导致堆焊焊缝出现未熔合 的缺陷 ， 进而导 致堆焊层整体剥落。 鉴于上述原因， 在焊接工艺评定试验 中应注意以 下情况。 1 焊接层数 宜选择 3～ 4层 ， 对于耐磨合金堆 焊尽可能选择 3层。 2 稀释率 在保证与母材间熔合的条件下第一 层的稀释率要尽可能低。具体措施涉及焊接参数间 合理匹配， 例如， 为了降低稀释率可降低第一层焊缝 的热输入 ， 其直接表现为减小焊接电流或者保持电流 不变而提高焊接速度 J 。 3 焊接操作 A S ME I X中指出进行评定试验 的 焊工或焊机操作工应是熟练的技工 J 。需要指出的 是该熟练技工应该是一名熟练的堆焊技工 ， 而不是指 要求一位高水平的对接焊或擅长其它接头形式的焊 工来完成。尽管对接焊焊缝的质量要求看起来比堆 焊对焊工操作技术要求更高， 但实际生产中会发现那 些很熟练的对接焊焊工在堆焊评定试验 中化学成分 的检测项目难以通过。究其原因在于长期的对接焊 机械研究与应用 2 0 1 3 年 第1 期 第2 6 卷， 总 第1 2 3 期 应用与试验 工作会让焊工很注重焊缝的焊透程度， 习惯于关注焊 透程度必然在底层焊缝 中停 留较久 引起较高 的稀释 率， 而堆焊焊缝的目标不是焊透而是熔合即可。具体 的操作方法是底层焊缝两侧不必要求等高的熔敷厚 度 ， 至第 2和第 3 、 4层通过在焊缝宽度两侧增加停 留 时间来弥补边缘 的熔敷厚度 。 6 试验与检验 根据 Q W一 4 5 3中的注释， 耐蚀层 的焊件焊后 需 要做表面渗透检查、 4 个侧弯试样的试验和化学成分 分析。对耐磨层 的焊接试件要求做渗透检查 、 硬度试 验、 宏观试验和化学成分分析 4个项 目。其中， 对化 学成分检测不是强制要求 ， 当有要求时才需要检测 。 通常采购技术协议中会有相关约定 。 当所有上述试验项 目由有资质的检测机构测试 合格后， 该工艺评定工作即基本完成， 需要引起注意 的是原始的试验报告、 所有试样、 工艺评定试件残 留 部分应妥善保存留作补充试样或见证用。 7 结语 阅读标准文件如同学习法律法规， 不结合实际应 用很难深刻理解。但是 ， 在实际生产应用中总会发现 按规范操作的过程中有诸多不明确的细节， 这就要求 工程师能翻来覆去地查 阅相关章节 ， 包括查找英文版 规范以避免因翻译导致 的含义误读 ， 同时需要查找相 应的A S M E产品卷， 才能识别具体与通用要求间的差 异 。 参考文献 [ 1 ] 周振丰， 张文钺．焊接冶金与金属焊接性[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 2 ． [ 2 ] 王希东． 通用阀门焊接评定 A S M E和 E N标准的应用[ J ] ． 阀门， 2 0 0 4 6 1 8 ． [ 3 ] A S M E c o d e ， s e c t i o n IX Q W一 4 5 3 ， We l d i n g a n d B r a z i n g Q u a l i fi c a t i o n s 1 9 9 8 [ S ] ． [ 4 ] 赫 ． 汉 伯瑞 克． 焊接评 定 中对 A S ME法规 第Ⅸ 卷的理解 和应 用 [ J ] ． 压力容器 ， 1 9 8 8 ， 5 1 6 4 ． [ 5 ] AS ME c o d e ， s e c t i o n IX Q W一 1 0 0 ． 1 ， We l d i n g a n d B r a z i n g Q u a l i fi ． c a t i o n s 1 9 9 8 [ S ] ． [ 6 ] 美国金属学会 金属手册焊接与钎焊[ M] ． 第8版． 北京 机械 工业 出版社 ， 1 9 8 4 ． [ 7 ] 高清宝， 王德权 ， 苏志东．阀门堆焊技术[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 4 ． h “ h i n i , n il I 。 _ l 1 ． ⋯一 。_ l i d , , ,, , J J J l h q “ I I ⋯ 。 ⋯⋯ ⋯f l ⋯ 。 I h ‘ ‘ I “I h ‘ 。 l -一 ’ I n i n J J , n i l I h “ nl 一 。 ’ 0 I I i 上接第 6 8页 Ma t l a b对其输 出结果为 Y0． 0 00 0 0． 9 9 98 0． 0 0 0 3 0． 0 0 00 0． 0 0 0 0 0． 0 0 0 0 0． 0 0 0 0 1 ． 0 0 0 0 0． 0 0 0 0 0． 0 00 0 由上述 2组实例分析可知 网络训练误差很小 ， 对应安全状态分别为 较为安全 0 1 0 0 0 和过渡 状态 0 0 1 0 0 0 。E l ma n神经网络的识别结果与模 糊分类结果吻合较好 ， 误差较小 ， 可 以满足实际起重 机安全评估 的需要。 6 结论 神经 网络具有较强的 自学 习、 自适应能力 ， 用于 评价信息残缺的系统更具优势。另外， 神经网络可以 再现评估专家的经验、 知识和直觉思维 ， 较好地保证 l l - “ ⋯ p t, , , , , t i l l ⋯ ’ ‘ ⋯⋯ ‘ h l ‘。 l - “ l | _。 ’ - ” h i i - ’‘ ‘ ” ⋯I | 1’ ’ ⋯⋯ ‘ ⋯⋯ ‘ 。 ⋯ I - - ‘ 了评估结果的客观性。应用 E l ma n神经网络进行起 重机在建筑施工 中的安全状态评估 ， 在理论上和应用 上都是可行的， 与传统方法相比更具有快速、 简便等 优点 。 参考文献 [ 1 ] 范俊祥． 塔式起重机[ M] ． 北京 中国建材工业出版社， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 李斌． 塔式起重机安全状态的模糊识别理论及在线监测方法 研究[ J ] ． 沈阳建筑工程学院学报， 2 0 0 0 8 1 9 2 1 9 5 ． [ 3 ] 王丽珍． 神经网络自组织模糊控制算法及其应用[ J ] ． 机械研究 与应用 ， 2 0 1 l 6 l O 一 1 2 ． [ 4 ] 潘凤鸣， 林梅， 冯永华． 塔式起重机工作状态稳定性判定及影 响因素分析[ J ] ． 机械研究与应用 ， 2 0 0 9 2 3 5 3 6 ． 。 ’ | 1 ’ ” -。 ’ l l ’” }。 ’ 。 ’ l l | 1。 ‘ l l - ” 。 l l _ ． 一 “ I ． ⋯ 。 - ‘ “ l ⋯| _ 。 l I ‘ ’ ⋯ 一 。 酒钢主持修订汽车大梁用钢行业标准 2 0 1 3年 1 月 1 3日， 酒钢集团公司与冶金工业信息标准研究院一起主持修订 汽车大梁用热轧钢板和钢带 国家标准 ， 这是酒钢集团首次主持修订国家行业标准。目前， 已经完成了前期的产品开发、 市场跟踪和反馈、 信息收集等工作， 两卷合格产品正在进行相关试验。试验完成后， 将根据实验结果和评价报告， 完成下一步的 修订意见。 本刊辑 7l