小議焊接工藝評定的策劃與實施范文
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根據(jù)《規(guī)范》要求實施焊接工藝評定存在以下問題，需要焊接技術(shù)人員予以解決：1）如何確定一個工程所需要的WPS數(shù)量；2）根據(jù)工程所需要的WPS，做多少個焊接工藝評定；3）根據(jù)評定結(jié)果如何根據(jù)規(guī)范規(guī)定編制WPS。對上述問題的解決就是一項工程焊接工藝評定的策劃和實施，是工程施工前重要的技術(shù)準(zhǔn)備工作之一，也是當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)工程施工和管理過程中的薄弱環(huán)節(jié)。為便于理解和實施，本文以某高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中的箱型柱（圖1）為例，按照《規(guī)范》要求介紹焊接該柱所需要的WPS數(shù)量以及需要支撐的焊接工藝評定。根據(jù)《規(guī)范》對焊接工藝評定的要求，圖2給出了WPS策劃和實施焊接工藝評定的流程。
1．1WPS數(shù)量的確定
WPS的數(shù)量與施工單位所承接的鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計節(jié)點形式，鋼材類型、規(guī)格，采用的焊接方法、焊接位置、坡口形式，所選用的焊材等有關(guān)，這些因素是確定所需WPS數(shù)量的依據(jù)。對一項工程而言，確定WPS的數(shù)量是焊接工藝評定策劃和實踐中的關(guān)鍵和難點。為了確定工程焊接所需要的WPS數(shù)量，首先將構(gòu)件按類型進(jìn)行分類，例如柱、梁、支撐等；其次是收集與構(gòu)件焊接相關(guān)的信息，包括材料等級和厚度范圍、接頭形式、焊接類型等；最后根據(jù)焊接基準(zhǔn)圖、焊接施工現(xiàn)場的條件以及選用的焊接方法、焊接位置、坡口形式來確定所需的WPS。具體的實施步驟如下：1）構(gòu)件分類；2）根據(jù)合同技術(shù)規(guī)范以及設(shè)計部門提供的材料清單明確母材的類別、等級和厚度；3）根據(jù)焊接基準(zhǔn)圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計圖識別出接頭種類和焊縫類別；4）根據(jù)施工單位的設(shè)備能力以及工程結(jié)構(gòu)特點確定使用的焊接方法和位置；5）根據(jù)焊縫類別和焊接方法，確定焊接接頭的細(xì)節(jié)（坡口形式）；6）根據(jù)選用的焊接方法以及對應(yīng)的母材類別和質(zhì)量等級選擇合適的焊接材料；7）綜合上述信息，確定所需的WPS。以圖1所示的箱型柱為例，根據(jù)上述步驟2）、步驟3）可將與焊接相關(guān)的信息收集后以表的形式羅列出來（見表1“工程狀況”一列），再根據(jù)步驟3）—步驟6）策劃出該柱焊接所需的WPS數(shù)量（見表1“擬采用的焊接工藝”一列）。值得注意的是，在該階段最重要的是防止所需WPS的遺漏。另外，對于定位焊以及焊縫返工等，也應(yīng)編制相應(yīng)的WPS，必要時實施相應(yīng)的焊接工藝評定。
1．2焊接工藝評定數(shù)量的確定（圖2）根據(jù)表1（工程狀況見圖1）中所需要的WPS和工程采用的焊接規(guī)范（本例采用GB50661），首先確定以下3個事項：1）對于施工單位已經(jīng)評定過并且在有效期內(nèi)的WPS，如果適用于本工程可以直接使用；2）是否有免除評定的WPS，如果有，可以直接編制“免除評定的WPS”；3）根據(jù)已有的PQR，在《規(guī)范》允許的覆蓋范圍內(nèi)編制適合本工程焊接節(jié)點的WPS。如果以上3項均不能滿足，則需要對WPS進(jìn)行評定。另外，同一焊接工藝評定可支持不同的焊接工藝規(guī)程（規(guī)范允許范圍內(nèi)），要熟悉規(guī)范中涉及的變量要求才能達(dá)到以最少PQR數(shù)量支持最多的WPS，所以確定焊接工藝評定要從工程整體的焊接要素考慮，盡量避免僅為某一個單獨焊接節(jié)點進(jìn)行評定。根據(jù)《規(guī)范》要求，以下方面應(yīng)是確定焊接工藝評定的主要因素。1）母材：同級別的母材，質(zhì)量等級高的可以替代質(zhì)量等級低的。本例中箱型柱母材為Q345－B／D，所以焊接工藝評定試板應(yīng)全部選用Q345－D。2）母材厚度：對于焊接試板厚度的選擇，應(yīng)充分利用《規(guī)范》給定的覆蓋規(guī)則，盡可能寬地覆蓋，為今后其他工程的WPS提供支撐。如本例中的對接焊縫，盡管擬采用實芯焊絲氣保焊（GMAW）和埋弧焊（SAW）組合，但就母材厚度要求，二者均應(yīng)覆蓋25～80mm。限于《規(guī)范》規(guī)定，選擇1塊試板厚度不能覆蓋，所以必須選擇2塊試板。表1中選擇了20mm和50mm兩個厚度，這樣覆蓋的范圍就擴大為3～100mm，在以后的工程中只要滿足其他相關(guān)要素的要求，在此范圍內(nèi)的材料厚度，就可以利用該PQR的支撐而直接編制WPS。3）焊接位置：橫焊（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為F、H、V三個位置，SAW為F，絲極電渣焊（ESW）為V，根據(jù)焊接位置覆蓋原則，試板焊接位置為GMAW：H、V，SAW：F，ESW：V。4）接頭和坡口形式：《規(guī)范》對接頭形式的變化要求重新進(jìn)行工藝評定，而對坡口變化是否重新進(jìn)行評定沒有明確，只是對“帶襯墊板和清根全熔透焊縫互相替代”作了規(guī)定，所以參照了AWSD1．1的規(guī)定除了部分細(xì)節(jié)（諸如坡口角度誤差、鈍邊誤差、組裝誤差等）符合要求外，坡口形式的改變均需要重新進(jìn)行焊接工藝評定（免除評定的標(biāo)準(zhǔn)坡口除外）。為此，焊接試板的坡口應(yīng)根據(jù)工程焊接擬采用的坡口形式，分別選用單面襯墊板或反面清根的全熔透焊縫。基于以上要素，針對本例箱型柱所需的WPS，根據(jù)《規(guī)范》和該柱焊接要求確定了所需要評定的WPS數(shù)量（表1“所需的焊接工藝評定”一列）。
1．3焊接工藝評定過程中的注意事項
在具體實施焊接工藝評定時，有些焊接工藝評定試板形式比較明確，如對接接頭使用的評定試板，無論是全熔透（簡稱CJP）還是半熔透（簡稱PJP）試板均容易制備，但有的評定試板相對較難，如T形接頭的ESW評定，要轉(zhuǎn)化為十字接頭才能實現(xiàn)制備拉伸試樣的目的。為此，在焊接工藝評定的實踐中，要仔細(xì)研究規(guī)范的要求。對因規(guī)范限制而不能實現(xiàn)的工藝評定，應(yīng)與工程代表或監(jiān)理協(xié)商，提出可替代的試板，以達(dá)到評定之目的（GB50661關(guān)于工藝評定的可實施性將另行討論）。另外，在實施焊接工藝評定試驗的流程中。
1．4WPS的編制
WPS主要包括3個方面，即基本信息（材料、方法等）、焊接參數(shù)和相關(guān)技術(shù)措施。PQR一旦形成，焊接技術(shù)人員就可以在此基礎(chǔ)上，根據(jù)規(guī)范的要求和規(guī)定編制WPS。在編制WPS時，最重要的是焊接參數(shù)和預(yù)熱溫度的確定。值得注意的是，WPS并非簡單地將焊接工藝評定方案（pWPS）直接轉(zhuǎn)換，而是依據(jù)所采用的焊接規(guī)范要求和規(guī)定與PQR記錄的參數(shù)進(jìn)行編制。
1．4．1焊接參數(shù)的確定例如在選擇某層焊接電流范圍時，應(yīng)根據(jù)PQR的數(shù)值，按照規(guī)范允許的變動范圍來確定，這樣才能保證焊縫的性能滿足預(yù)定的要求。表3給出了一個說明示例，以供參考。另外，對于電流I較大的焊接方法（如SAW），應(yīng)根據(jù)焊接技術(shù)人員的經(jīng)驗適當(dāng)縮小范圍，使WPS起到指導(dǎo)實際焊工操作的目的。
1．4．2預(yù)熱溫度的確定無論工藝評定所選用的母材厚度是否需要預(yù)熱，在編制WPS時必須充分考慮實際施工過程中母材不同厚度和結(jié)構(gòu)拘束對焊接最低預(yù)熱溫度的影響。如果沒有PQR的支撐，在一般拘束度的條件下，可選擇規(guī)范推薦的最低預(yù)熱溫度。例如t＝32mm／Q345－D的工藝評定（無需預(yù)熱）合格后，能夠覆蓋t＝64mm的母材。基于該PQR編制的WPS，必須要考慮當(dāng)t≥40mm時的預(yù)熱溫度。通常的處理方法是在WPS中設(shè)置不同厚度范圍的預(yù)熱溫度值。而對拘束度大的結(jié)構(gòu)焊接時，還要適當(dāng)提高預(yù)熱溫度，這時可以根據(jù)特殊的結(jié)構(gòu)編制新的WPS。反之，如果降低規(guī)范規(guī)定的預(yù)熱溫度，就需要重新進(jìn)行相應(yīng)的工藝評定。
2結(jié)語
當(dāng)前在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中存在的焊接工藝不足、施工管理不到位的現(xiàn)象，即使在一些特大的鋼結(jié)構(gòu)工程中，也存在WPS不規(guī)范、工藝評定不足等缺陷。新規(guī)范的頒布無疑對推動和規(guī)范焊接工藝評定起到重大作用，但一定要充分理解和應(yīng)用規(guī)范規(guī)則，才能安全又經(jīng)濟(jì)地達(dá)到焊接施工管理要求。通過實踐總結(jié)了WPS和工藝評定策劃與實施注意事項，對指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)焊接施工前技術(shù)準(zhǔn)備工作具有現(xiàn)實意義。
作者：劉緒明孫巖單位：上海中遠(yuǎn)川崎重工鋼結(jié)構(gòu)有限公司