焊接生产质量控制

基础知识

产品质量不仅是在完成全部加工装配工作之后，通过专职检验人员测定若干技术参数，获得用户认可就达到了要求，而是在生产加工一开始就存在并贯穿于生产的全过程中。最终产品合格与否，决定于原材料的全部工序误差的累积结果。因此，产品质量是以工序质量为基础的，必须具有优良的工序加工质量，才能生产出优良的产品。

焊接结构件的生产包括许多工序，如金属的去污除锈、备料、划线、下料、坡口加工成形，焊接结构的装配、焊接、热处理等，各个工序都有一定的质量要求，并存在影响其质量的因素。因此，必须对焊接结构件进行焊前、焊中、焊后各个工序进行质量控制，以控制最终焊接产品的质量。

任务实施

一、焊接前的质量控制

焊接前的各项质量检验是焊接质量控制的开始，主要包括原材料质量控制、焊接前各个工序质量控制、焊接工艺评定。

1.原材料质量控制

（1）金属原材料的质量检验 焊接结构使用的金属材料，应根据金属材料的型号，出厂质量检验证明书加以鉴定。此外，还须做外部检查和抽样复核，以检查发现在型号错乱和运输过程中产生的外部缺陷。

（2）焊条、焊丝、焊剂质量的检验 检验焊丝、焊条、焊剂的化学成分、机械性能、焊接性能等是否符合国家标准。

2.焊接前各工序质量控制

（1）生产图纸和工艺 焊接前首先需要熟悉焊接结构生产图纸和焊接工艺，这是保证焊接产品顺利生产的重要环节。

（2）母材预处理和下料

①母材预处理：金属结构材料预处理主要是指钢材在使用前进行的矫正和表面处理。

②下料：焊件毛坯切割下料是保证结构尺寸精度的重要工作，采用机械剪切、手工热切割和机械热切割法下料，须在金属毛坯上按图样1∶1的比例进行划线。对于批量生产的工件，可按图样制作的样板划线。每块都应注明产品名、图号、规格、图形符号和孔径等，并经检查合格才可以使用。

③坡口加工：为使有一定厚度的焊件上的焊缝不出现焊接缺陷和获得全焊透的焊接接头，焊缝的边缘应根据板厚和焊接工艺要求加工成各种形式的坡口。常用焊接接头坡口形式有V形、X形、U形等。设计和选择坡口焊缝时，应考虑坡口角度、根部间隙、钝边和根部半径等。

④成形加工：大多数焊接结构，如压力容器、桥梁、船舶和重型机械等，许多部件为达到产品设计的要求，焊接之前都需要经过成形加工。成形工艺包括冲压、弯曲、卷制和旋压等。

⑤装配：焊接结构在焊接前需要进行安装与装配，为保证产品质量，也可能会用到夹具、焊件变位机、焊工变位机、焊机变位机等。

⑥焊前预热：焊前预热是防止厚板焊接裂纹、低合金和中合金钢接头焊接裂纹的有效措施之一。焊前预热有利于改善焊接过程的热循环，降低焊接接头区域的冷却速度，降低焊接应力，防止焊缝与热影响区产生裂纹，减少变形，提高焊缝金属与热影响区的塑性与冲击韧性。

3.焊接工艺评定

焊接工艺评定是通过焊接接头的力学性能或其他性能的试验，证实焊接工艺规程的正确性和合理性的一种程序。生产厂家应按国家有关标准自行组织并完成焊接工艺的评定工作。

焊接工艺评定的目的在于验证所拟定的焊接工艺的正确性、合理性，评定制造单位是否有能力焊接出符合要求的焊接接头，为制定焊接工艺提供可靠依据。

二、焊接过程中的质量控制

焊接生产过程中的质量控制是焊接中最重要的环节，一般是先按照设计要求选定焊接工艺参数，然后边生产、边检验。主要包括焊接环境的检查、焊缝尺寸检查、焊接工装夹具的检查与调整、焊接结构装配的检查、焊接规范检查等。

1．焊接环境的检查

焊接环境对焊接质量有较大影响。例如，过低的温度，可增大焊件与焊缝之间的温差，增加焊缝金属冷却速度，使材料变脆，在焊接应力作用下产生裂纹；雨雪天气或湿度过大时，焊缝易出现气孔；风力较大时会影响焊条电弧焊或气体保护焊的保护效果等。

许多情况下，焊接工作是在露天条件下进行的，如焊接桥梁、大型储罐、长距离输油管道的施工等，焊接质量在很大程度上受环境的影响。因此，在焊接过程中，焊工与检查人员要及时根据焊接时的实际环境采取相应的防护措施，保证焊接顺利进行。

GB 150–1998《钢制压力容器》（2003年修订）中规定，施焊环境出现以下任一情况，且无有效防护措施时，禁止施焊：

（1）雨雪天气；

（2）相对湿度大于90%；

（3）焊条电弧焊时风速大于10 m/s；

（4）气体保护焊时风速大于2 m/s。

此外，温度对焊接过程也有一定影响，焊接温度不可低于相关标准或规范，以防止冷裂纹的产生。不同性能的钢材在现场施焊的条件下，允许焊接的最低温度规定为：低碳钢，–20℃；低合金结构钢，–10℃；中、高合金钢，0℃。

2.焊缝尺寸的检查

焊缝尺寸的检查应根据工艺卡或国家标准所规定的精度要求进行，一般采用特制的量规和样板来测量。最常用的测量焊缝的量具是样板，样板是分别按不同板厚的标准焊缝尺寸制造出来的，样板的序号与钢板的厚度相对应。此外，还可用万能量规测量T形接头焊缝焊脚的凸出量及凹下量，以及对接接头焊缝的余高、对接接头坡口间隙等。

3.夹具状态检查

夹具是结构装配过程中用来固定、夹紧工件的工艺装备。夹具应具有足够的刚度、强度和精确度，在使用中应对其进行定期的检修和校核。检查它是否妨碍工件的焊接，焊接后工件发生的变形是否会妨碍夹具卸下取出；检查当夹具放在施焊处附近时，是否有防护措施，防止因焊接时的飞溅而破坏了夹具的活动部分，造成卸下取出夹具困难；检查夹具所放的位置是否正确，会不会引起工件尺寸的偏差和造成工件的歪斜变形；还要检查夹紧是否可靠，不能因零件热胀冷缩或外来的震动而使夹具松动失去夹紧能力。

4.结构装配质量的检验

对焊接装配结构主要应作如下几项的检查：按图纸检查各部分尺寸、基准线及相对位置；检查焊接接头的坡口形式及尺寸是否正确；检查定位焊的焊缝布置是否恰当，检验定位焊焊缝的缺陷并及时处理；检查焊接处是否清洁，有无缺陷。

5.焊接规范及执行规范的检查

焊接规范是指焊接过程中的工艺参数，如焊接电压、焊接电流、焊接速度、焊条（焊丝）直径、焊接的道数、层数、焊接顺序、电源的种类和极性等。

焊接规范及执行规范正确与否对焊缝质量起着决定性作用。正确的焊接规范是在焊前进行多次试验、总结而取得的；有了正确的规范，还要在焊接过程中严格执行，才能保证接头质量的优良和稳定。对焊接规范的检查，不同的焊接方法有不同的要求。

（1）焊条电弧焊规范的检查 焊条电弧焊焊缝质量很大程度上取决于焊工的操作，因而对焊接参数要求不严格，通常只规定各层的焊条型号、直径和焊接电流范围。此外，焊工还应严格执行焊接工艺规定的焊接顺序、焊接道数、电弧长度等。

（2）埋弧自动焊和半自动焊焊接规范的检验 埋弧自动焊和半自动焊除了检查电弧电压、焊接电流、焊丝直径、送丝速度、焊接速度（对自动焊而言）外，还要认真检查焊剂的牌号、颗粒度、焊丝伸出长度等。

（3）气焊规范的检验 气焊主要检查焊丝的牌号、直径，焊嘴的号码，并检查可燃气体的纯度和火焰的性质。如果选用过大的焊嘴，会使焊件烧坏，过小则会形成未焊透。使用过分还原性火焰会使金属渗碳，而氧化焰会使金属激烈氧化，这些都会使焊缝金属机械性能降低。

6.预热的检查

预热是减少焊接应力的重要工艺措施，检查预热主要是检查预热方法、预热范围和预热温度。在一般情况下，预热温度可略高于焊接工艺卡给出的预热温度，特别是施焊时焊接环境温度较低的情况下，允许超出更多，以弥补因温差过大产生的散热损失。

在焊接开始时，检查次数应频繁些；当预热温度稳定在一定范围内时，说明焊接过程中向焊接接头提供的热量与散失的热量大体平衡，这是正常焊接预热所需要的状态。

7.焊后热的检查

焊后热的主要作用是加快焊缝中氢的逸出，为了达到这一目的，必须检查以下几点：

（1）及时加热 焊缝冷却到100℃以上时即时加热。

（2）加热温度 加热温度一般要求在200℃～350℃。温度过低消氢效果不理想；温度过高有可能使某些低碳合金钢产生回火脆性。

（3）加热持续时间 在以上加热温度下保持3～4 h。

（4）加热宽度范围 要求焊缝每侧的加热宽度不小于板厚的5倍，且不小于100 mm。

（5）保温措施 热源撤销后要采取良好的保温措施。

8.产品试板的质量控制

（1）制作产品试板的意义及要求 焊缝内的缺陷可以通过各种无损探伤来检查；而焊接接头的力学性能或某些需经最终处理才能达到使用要求的产品，显然无法直接在产品上确定其是否合格，也不允许直接从产品上切取试板进行试验，因此，只能通过制作产品试板来进行检验。

为了使从试板上得到的实验数据尽可能反映生产条件下的实际情况，要求对试板进行检查并保证以下几点：

①试板材料要与产品使用的材料具有相同的钢号、规格和热处理工艺，切取试板时应进行标记移植。

②试板必须采用与产品相同的坡口形式，且坡口加工方法也必须相同。

③试板要由焊接正式产品的焊工焊接，并采用与正式产品焊接相同的工艺条件进行施焊。

④容器上的试板必须在筒体纵缝的延长部位与筒体连续施焊。在实际生产中将试板定位在筒节纵缝的端部，以保证试板与产品焊接工艺条件的一致性。

⑤对有热处理要求的产品，试板应随产品一起热处理。

按上述要求制作的产品试板的实验数据，可以作为判断产品是否合格的依据。

（2）压力容器产品试板的种类 按应用条件不同，压力容器产品试板分为：产品焊接试板、焊接工艺纪律检查试板和母材热处理试板。

三、焊接后成品质量控制

1.焊后成品质量检验

为了保证产品质量，对成品也必须进行质量检验。焊接结构成品主要检验外观和无损探伤。同时，焊接产品在使用中的检验也是成品检验的一部分。

（1）外观检查和测量 焊接接头的外观检验是一种简便而又应用广泛的检验方法，是成品检验的一个重要内容。外观检查主要是发现焊缝表面的缺陷和尺寸上的偏差。这种检查一般是通过肉眼观察，并借助标准样板、量规和放大镜等工具来进行检验的。

（2）致密性检验 贮存液体或气体的焊接容器，其焊缝的不致密缺陷，可用致密性试验来发现。致密性检验方法有：煤油试验、吹气试验、载水试验、沉水试验、水冲试验、氨气试验和氦气试验等。

（3）受压容器的强度检验 由于受压容器产品的特殊性和整体性，除进行密封性试验外，还要进行压力试验，也叫强度试验，常见有水压试验和气压试验两种。它们都能检验在压力下工作的容器和管道的焊缝致密性。气压试验比水压试验更为灵敏和迅速，同时，试验后的产品不用排水处理，对于排水困难的产品尤为适用，但气压试验的危险性比水压试验大。进行试验时，必须遵守相应的安全技术要求，以防试验过程中发生事故。

（4）物理方法的检验 物理检验方法是利用一些物理现象测定被检材料或焊件的有关技术参数，如温度、压力、黏度、电阻等来判断其内部存在的问题的方法。材料或焊件内部缺陷存在与否的检验，一般都是采用无损探伤的方法，目前的无损探伤方法有超声波探伤、射线探伤、磁力探伤、渗透探伤等。

（5）焊接结构可探伤性鉴定 为使焊接检验能顺利进行，需要进行检验的焊接结构应具备可检验的条件，也就是应具有可探伤性。一个焊接产品进行探伤，应具有以下条件：有适当的空间位置、有便于探伤的探测面、有适宜探伤的探测部位的底面。无损检测方法所要求的条件见表2-2。

表2-2 产品进行探伤时各种探伤方法所要求的条件

2.焊接产品服役质量检验

（1）焊接质量问题的现场处理 发现漏检，应作补充检查并补齐质量证明文件。可修可不修的焊接缺陷一般不返修，焊接缺陷明显超标，应进行返修。其中大型焊接结构应尽量在现场修复，较小焊接结构而修复工艺复杂者也应及时返厂修复。

（2）焊接产品服役质量的检验 焊接产品运行期间一般采用声发射技术经常监控运行情况。对苛刻条件，如腐蚀介质、交变载荷、热应力下工作的焊接产品，应有计划地定期复查。对重要焊接产品的返修要重新进行工艺评定，验证焊接工艺，制定返修工艺措施，编制质量控制指导书和记录卡。

（3）焊接结构破坏事故的现场调查与分析 现场调查与分析，对母材和焊缝取样分析，复查焊接结构的制造工艺过程。对照设计说明书重新复查焊接结构的设计参数、焊接结构的制造工艺过程是否合乎规定，查清责任，为确定修复工艺做准备。

3.焊接检验档案的建立

焊接检验档案为各类焊接产品的质量控制的统计、分析工作提供依据，为焊接产品运行期间的维修和改造、事故分析等提供了质量考查的依据和历史凭证。首先，要进行焊接检验记录，按照制造工序编制检验程序，印制质量控制表格，使记录规范化，按照规定的检验程序记录，保证记录及时、完整。其次，要书写焊接检验证明书。焊接产品的检验证书，是产品完工时收集检验工作的原始记录，也是对相关资料进行汇总而编制的质量证明文件。再次，要建立焊接检验档案，为检查和修复、查阅检验档案、考查产品的原始质量提供依据。