小议焊接工艺评定的策划与实施范文

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1焊接工艺评定的策划和实践

根据《规范》要求实施焊接工艺评定存在以下问题，需要焊接技术人员予以解决：1）如何确定一个工程所需要的WPS数量；2）根据工程所需要的WPS，做多少个焊接工艺评定；3）根据评定结果如何根据规范规定编制WPS。对上述问题的解决就是一项工程焊接工艺评定的策划和实施，是工程施工前重要的技术准备工作之一，也是当前钢结构工程施工和管理过程中的薄弱环节。为便于理解和实施，本文以某高层建筑钢结构中的箱型柱（图1）为例，按照《规范》要求介绍焊接该柱所需要的WPS数量以及需要支撑的焊接工艺评定。根据《规范》对焊接工艺评定的要求，图2给出了WPS策划和实施焊接工艺评定的流程。

1．1WPS数量的确定

WPS的数量与施工单位所承接的钢结构工程的设计节点形式，钢材类型、规格，采用的焊接方法、焊接位置、坡口形式，所选用的焊材等有关，这些因素是确定所需WPS数量的依据。对一项工程而言，确定WPS的数量是焊接工艺评定策划和实践中的关键和难点。为了确定工程焊接所需要的WPS数量，首先将构件按类型进行分类，例如柱、梁、支撑等；其次是收集与构件焊接相关的信息，包括材料等级和厚度范围、接头形式、焊接类型等；最后根据焊接基准图、焊接施工现场的条件以及选用的焊接方法、焊接位置、坡口形式来确定所需的WPS。具体的实施步骤如下：1）构件分类；2）根据合同技术规范以及设计部门提供的材料清单明确母材的类别、等级和厚度；3）根据焊接基准图和结构设计图识别出接头种类和焊缝类别；4）根据施工单位的设备能力以及工程结构特点确定使用的焊接方法和位置；5）根据焊缝类别和焊接方法，确定焊接接头的细节（坡口形式）；6）根据选用的焊接方法以及对应的母材类别和质量等级选择合适的焊接材料；7）综合上述信息，确定所需的WPS。以图1所示的箱型柱为例，根据上述步骤2）、步骤3）可将与焊接相关的信息收集后以表的形式罗列出来（见表1“工程状况”一列），再根据步骤3）—步骤6）策划出该柱焊接所需的WPS数量（见表1“拟采用的焊接工艺”一列）。值得注意的是，在该阶段最重要的是防止所需WPS的遗漏。另外，对于定位焊以及焊缝返工等，也应编制相应的WPS，必要时实施相应的焊接工艺评定。

1．2焊接工艺评定数量的确定（图2）根据表1（工程状况见图1）中所需要的WPS和工程采用的焊接规范（本例采用GB50661），首先确定以下3个事项：1）对于施工单位已经评定过并且在有效期内的WPS，如果适用于本工程可以直接使用；2）是否有免除评定的WPS，如果有，可以直接编制“免除评定的WPS”；3）根据已有的PQR，在《规范》允许的覆盖范围内编制适合本工程焊接节点的WPS。如果以上3项均不能满足，则需要对WPS进行评定。另外，同一焊接工艺评定可支持不同的焊接工艺规程（规范允许范围内），要熟悉规范中涉及的变量要求才能达到以最少PQR数量支持最多的WPS，所以确定焊接工艺评定要从工程整体的焊接要素考虑，尽量避免仅为某一个单独焊接节点进行评定。根据《规范》要求，以下方面应是确定焊接工艺评定的主要因素。1）母材：同级别的母材，质量等级高的可以替代质量等级低的。本例中箱型柱母材为Q345－B／D，所以焊接工艺评定试板应全部选用Q345－D。2）母材厚度：对于焊接试板厚度的选择，应充分利用《规范》给定的覆盖规则，尽可能宽地覆盖，为今后其他工程的WPS提供支撑。如本例中的对接焊缝，尽管拟采用实芯焊丝气保焊（GMAW）和埋弧焊（SAW）组合，但就母材厚度要求，二者均应覆盖25～80mm。限于《规范》规定，选择1块试板厚度不能覆盖，所以必须选择2块试板。表1中选择了20mm和50mm两个厚度，这样覆盖的范围就扩大为3～100mm，在以后的工程中只要满足其他相关要素的要求，在此范围内的材料厚度，就可以利用该PQR的支撑而直接编制WPS。3）焊接位置：横焊（H）可代替平焊（F），立焊（V）不能代替其他位置，也不能被其他位置代替。本例中GMAW为F、H、V三个位置，SAW为F，丝极电渣焊（ESW）为V，根据焊接位置覆盖原则，试板焊接位置为GMAW：H、V，SAW：F，ESW：V。4）接头和坡口形式：《规范》对接头形式的变化要求重新进行工艺评定，而对坡口变化是否重新进行评定没有明确，只是对“带衬垫板和清根全熔透焊缝互相替代”作了规定，所以参照了AWSD1．1的规定除了部分细节（诸如坡口角度误差、钝边误差、组装误差等）符合要求外，坡口形式的改变均需要重新进行焊接工艺评定（免除评定的标准坡口除外）。为此，焊接试板的坡口应根据工程焊接拟采用的坡口形式，分别选用单面衬垫板或反面清根的全熔透焊缝。基于以上要素，针对本例箱型柱所需的WPS，根据《规范》和该柱焊接要求确定了所需要评定的WPS数量（表1“所需的焊接工艺评定”一列）。

1．3焊接工艺评定过程中的注意事项

在具体实施焊接工艺评定时，有些焊接工艺评定试板形式比较明确，如对接接头使用的评定试板，无论是全熔透（简称CJP）还是半熔透（简称PJP）试板均容易制备，但有的评定试板相对较难，如T形接头的ESW评定，要转化为十字接头才能实现制备拉伸试样的目的。为此，在焊接工艺评定的实践中，要仔细研究规范的要求。对因规范限制而不能实现的工艺评定，应与工程代表或监理协商，提出可替代的试板，以达到评定之目的（GB50661关于工艺评定的可实施性将另行讨论）。另外，在实施焊接工艺评定试验的流程中。

1．4WPS的编制

WPS主要包括3个方面，即基本信息（材料、方法等）、焊接参数和相关技术措施。PQR一旦形成，焊接技术人员就可以在此基础上，根据规范的要求和规定编制WPS。在编制WPS时，最重要的是焊接参数和预热温度的确定。值得注意的是，WPS并非简单地将焊接工艺评定方案（pWPS）直接转换，而是依据所采用的焊接规范要求和规定与PQR记录的参数进行编制。

1．4．1焊接参数的确定例如在选择某层焊接电流范围时，应根据PQR的数值，按照规范允许的变动范围来确定，这样才能保证焊缝的性能满足预定的要求。表3给出了一个说明示例，以供参考。另外，对于电流I较大的焊接方法（如SAW），应根据焊接技术人员的经验适当缩小范围，使WPS起到指导实际焊工操作的目的。

1．4．2预热温度的确定无论工艺评定所选用的母材厚度是否需要预热，在编制WPS时必须充分考虑实际施工过程中母材不同厚度和结构拘束对焊接最低预热温度的影响。如果没有PQR的支撑，在一般拘束度的条件下，可选择规范推荐的最低预热温度。例如t＝32mm／Q345－D的工艺评定（无需预热）合格后，能够覆盖t＝64mm的母材。基于该PQR编制的WPS，必须要考虑当t≥40mm时的预热温度。通常的处理方法是在WPS中设置不同厚度范围的预热温度值。而对拘束度大的结构焊接时，还要适当提高预热温度，这时可以根据特殊的结构编制新的WPS。反之，如果降低规范规定的预热温度，就需要重新进行相应的工艺评定。

2结语

当前在钢结构工程施工中存在的焊接工艺不足、施工管理不到位的现象，即使在一些特大的钢结构工程中，也存在WPS不规范、工艺评定不足等缺陷。新规范的颁布无疑对推动和规范焊接工艺评定起到重大作用，但一定要充分理解和应用规范规则，才能安全又经济地达到焊接施工管理要求。通过实践总结了WPS和工艺评定策划与实施注意事项，对指导钢结构焊接施工前技术准备工作具有现实意义。

作者：刘绪明孙岩单位：上海中远川崎重工钢结构有限公司