CN107627043A - 一种高强耐候钢的焊接工艺评定系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强耐候钢的焊接工艺评定系统，包含7个单元，任务启动单元、焊材选择单元，工艺制定单元，判断单元、预判单元、试验单元，评定确认单元；通过该系统，可以设计出更加合理的焊接工艺和焊接工艺评定方法，不仅提高工艺设计质量，还能为企业改善管理提供科学依据，实现工艺过程的规范化和标准化。充分利用了企业多年积累的焊接工艺系统和焊接工艺评定系统数据，在焊接工艺试验之前判定焊接工艺系统的合理性，可以有效减少不合格焊接工艺系统的比例，同时可以减少焊接试验的次数和焊接试件数目，缩短焊接试验的周期。

Description

一种高强耐候钢的焊接工艺评定系统

技术领域

本发明涉及高强耐候钢的焊接工艺评定系统的制定方法，适用于高强耐候钢的焊接工艺系统的编制，属于焊接领域。

背景技术

高强耐候钢是耐腐蚀性能介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，在普碳钢的基础上添加少量铜、镍、铬、钼、锰等合金元素改善其耐腐蚀性能和提高其力学性能，不仅具备优质钢的强韧性、延展性、成型性、抗疲劳等特性，其耐候性为普碳钢的2-8倍，越来越广泛的于钢铁制造领域。

高强耐候钢化学成分复杂，还要保证焊接接头性能的匹配，给焊接工艺系统的制定和焊接工艺评定带来了很大困难，焊接预热温度的确定、焊接时焊接电流、电压及焊接速度等关键焊接工艺参数的调节范围都需要经过反复繁杂的试探性工艺实验来逐步确认，不仅耗费大量的人力，还需要很长的实验周期。

企业每年都要做大量的工艺评定，积累了大量数据，如果能将其充分利用，不仅能提高工艺评定的效率，还能避免重复评定，节省大量人力和财力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的高强耐候钢的焊接工艺评定系统。

为达到上述技术系统的效果，本发明的技术系统为：一种高强耐候钢的焊接工艺评定系统，包含任务启动单元、焊材选择单元，工艺制定单元，判断单元、预判单元、试验单元，评定确认单元；

任务启动单元提供启动接口，工作人员利用焊接工艺评定要求对任务启动单元进行启动；然后任务启动单元自动生成一份和焊接工艺评定要求匹配的项目状态表，项目状态表对每个项目分配有一个唯一的项目状态ID；

焊材选择单元是任务启动单元的辅助功能单元，任务启动单元识别出项目状态表中没有焊接材料的信息时，则启动焊材选择单元；焊材选择单元是一个人机互动的单元，互动过程如下：给项目状态表编制一个焊材索引，焊材索引为 (A₁,A₂,A₃,A₄,A₅)，A₁、A₂、A₃、A₄、A₅分别为母材的牌号、母材的厚度、焊接方法、焊接位置、接头的类型，用焊材索引在焊接工艺数据库中进行查询，查找出美国AWS标准和国家行业标准中规定可以使用的焊接材料，同时得到具有相同的焊材索引的所有焊接工艺中使用比例最高的焊接材料，焊材选择单元默认将使用比例最高的焊接材料存储到项目状态表中，工作人员可以手动修改填入项目状态表的焊接材料；焊接材料选择完后，将焊接材料的焊材牌号添加到焊材索引中得到接头和坡口索引，接头和坡口索引为(A₁,A₂,A₃,A₄,A₅,A₆),A₆为焊接材料的焊材牌号；用接头和坡口索引在焊接工艺数据库中进行查询，查找出具有相同的接头和坡口索引的所有焊接工艺中使用比例最高的接头和坡口的设计参数，焊材选择单元默认将使用比例最高的接头和坡口的设计参数存储到项目状态表中，工作人员可以手动修改填入项目状态表的接头和坡口的设计参数；当任务启动单元识别出项目状态表中焊接材料的信息已齐全，则启动工艺制定单元；

焊接工艺制定单元用于拟定焊接预热温度、焊接技术措施、电特性、焊后热处理的工艺，并将其存储到项目状态表中；当焊接工艺制定单元执行完后，项目状态表中存储的信息就是初步焊接工艺；

判断单元用于判断初步焊接工艺是否需要进行焊接工艺试验，判断过程如下：给初步焊接工艺编制一个任务ID，任务ID以一维向量的形式表示为 (X₁,X₂，…,X_n)，在任务ID中：n为自然数，表示重要焊接因素的个数，X是变量，表示重要焊接因素的取值，X₁表示第1个重要焊接因素的取值、X₂表示第2 个重要焊接因素的取值、X_n表示第n个重要焊接因素的取值；重要焊接因素就是焊接工艺的所有参数中，对接头的力学性能有影响的参数；用任务ID在焊接工艺数据库中按事先设置好的规则搜索同等焊接工艺，同等焊接工艺就是将常规符合标准规范的钢种、焊接方法、坡口形式、焊接位置、焊接材料的组合做成的规范化焊接工艺，规则就是判断焊接工艺和规范化焊接工艺是否匹配的方法；如果能搜索到结果，则直接启动评定确认单元；如果搜索不到结果，则初步焊接工艺确认为新立项焊接工艺，再启动预判单元；

预判单元用于对新立项焊接工艺进行焊接工艺预判，用公式一计算合理性因子：

公式一：

其中，ε为合理性因子，取值范围为0～1，a、b为计算系数，由工作人员根据经验制定，取值范围为0～1，n为重要焊接因素的个数，q为焊接工艺数据库中已经评定过的焊接工艺中和重要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺的个数， p为和重要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺中通过焊接工艺评定的焊接工艺的个数；i为重要焊接因素的编号，q_i为焊接工艺数据库中已经评定过的焊接工艺中和第i个重要重要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺的个数，p_i为和第i个重要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺中通过焊接工艺评定的焊接工艺的个数；m为次要焊接因素的个数，次要焊接因素就是项目状态中的所有焊接因素除去重要焊接因素之外的焊接因素，s为焊接工艺数据库中已经评定过的焊接工艺中和次要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺的个数，t为和次要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺中通过焊接工艺评定的焊接工艺的个数；j为次要焊接因素的编号，s_j为焊接工艺数据库中已经评定过的焊接工艺中和第j个次要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺的个数，t_j为和第j个重要次要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺中通过焊接工艺评定的焊接工艺的个数；

计算出判定因子为：(a+b)/2，将合理性因子和判定因子作比较，若合理性因子不小于判定因子，则认为新立项焊接工艺不需要调整，可将新立项焊接工艺作为确认焊接工艺；若合理性因子小于判定因子，则认为新立项焊接工艺需要调整，要修改焊接因素，修改后的新立项焊接工艺作为确认焊接工艺存储到项目状态表中；

试验单元包括焊件制作组件和接头性能测试组件；焊件制作组件用于制作焊件，并对焊件进行力学试验和无损探伤检测；通过力学试验和无损探伤检测的焊件则按照确认焊接工艺进行焊接工艺试验，得到焊后试件；接头性能测试组件用于对焊后试件进行性能分析，将分析结果存储到项目状态表中；

评定确认单元用于将项目状态表中信息补充完整。

本发明的有益成果为：本发明的方法针对现有高强耐候钢焊接工艺试验的繁杂和周期长的缺点，提供了高强耐候钢的焊接工艺评定系统。通过该系统，可以设计出更加合理的焊接工艺和焊接工艺评定方法，不仅提高工艺设计质量，还能为企业改善管理提供科学依据，实现工艺过程的规范化和标准化。充分利用了企业多年积累的焊接工艺系统和焊接工艺评定系统数据，在焊接工艺试验之前判定焊接工艺系统的合理性，可以有效减少不合格焊接工艺系统的比例，同时可以减少焊接试验的次数和焊接试件数目，缩短焊接试验的周期。

附图说明

图1为本发明一种高强耐候钢的焊接工艺评定系统的工作流程图；

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术系统及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：

实施例1：本实施例具体说明了高强耐候钢的焊接工艺评定系统的结构，包含任务启动单元、焊材选择单元，工艺制定单元，判断单元、预判单元、试验单元，评定确认单元；

任务启动单元提供启动接口，工作人员利用焊接工艺评定要求对任务启动单元进行启动；然后任务启动单元自动生成一份和焊接工艺评定要求匹配的项目状态表，项目状态表对每个项目分配有一个唯一的项目状态ID；

焊材选择单元是任务启动单元的辅助功能单元，任务启动单元识别出项目状态表中没有焊接材料的信息时，则启动焊材选择单元；焊材选择单元是一个人机互动的单元，互动过程如下：给项目状态表编制一个焊材索引，焊材索引为 (A₁,A₂,A₃,A₄,A₅)，A₁、A₂、A₃、A₄、A₅分别为母材的牌号、母材的厚度、焊接方法、焊接位置、接头的类型，用焊材索引在焊接工艺数据库中进行查询，查找出美国AWS标准和国家行业标准中规定可以使用的焊接材料，同时得到具有相同的焊材索引的所有焊接工艺中使用比例最高的焊接材料，焊材选择单元默认将使用比例最高的焊接材料存储到项目状态表中，工作人员可以手动修改填入项目状态表的焊接材料；焊接材料选择完后，将焊接材料的焊材牌号添加到焊材索引中得到接头和坡口索引，接头和坡口索引为(A₁,A₂,A₃,A₄,A₅,A₆),A₆为焊接材料的焊材牌号；用接头和坡口索引在焊接工艺数据库中进行查询，查找出具有相同的接头和坡口索引的所有焊接工艺中使用比例最高的接头和坡口的设计参数，焊材选择单元默认将使用比例最高的接头和坡口的设计参数存储到项目状态表中，工作人员可以手动修改填入项目状态表的接头和坡口的设计参数；当任务启动单元识别出项目状态表中焊接材料的信息已齐全，则启动工艺制定单元；

焊接工艺制定单元用于拟定焊接预热温度、焊接技术措施、电特性、焊后热处理的工艺，并将其存储到项目状态表中；当焊接工艺制定单元执行完后，项目状态表中存储的信息就是初步焊接工艺；

判断单元用于判断初步焊接工艺是否需要进行焊接工艺试验，判断过程如下：给初步焊接工艺编制一个任务ID，任务ID以一维向量的形式表示为 (X₁,X₂，…,X_n)，在任务ID中：n为自然数，表示重要焊接因素的个数，X是变量，表示重要焊接因素的取值，X₁表示第1个重要焊接因素的取值、X₂表示第2 个重要焊接因素的取值、X_n表示第n个重要焊接因素的取值；重要焊接因素就是焊接工艺的所有参数中，对接头的力学性能有影响的参数；用任务ID在焊接工艺数据库中按事先设置好的规则搜索同等焊接工艺，同等焊接工艺就是将常规符合标准规范的钢种、焊接方法、坡口形式、焊接位置、焊接材料的组合做成的规范化焊接工艺，规则就是判断焊接工艺和规范化焊接工艺是否匹配的方法；如果能搜索到结果，则直接启动评定确认单元；如果搜索不到结果，则初步焊接工艺确认为新立项焊接工艺，再启动预判单元；

预判单元用于对新立项焊接工艺进行焊接工艺预判，用公式一计算合理性因子：

公式一：

其中，ε为合理性因子，取值范围为0～1，a、b为计算系数，由工作人员根据经验制定，取值范围为0～1，n为重要焊接因素的个数，q为焊接工艺数据库中已经评定过的焊接工艺中和重要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺的个数， p为和重要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺中通过焊接工艺评定的焊接工艺的个数；i为重要焊接因素的编号，q_i为焊接工艺数据库中已经评定过的焊接工艺中和第i个重要重要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺的个数，p_i为和第i个重要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺中通过焊接工艺评定的焊接工艺的个数；m为次要焊接因素的个数，次要焊接因素就是项目状态中的所有焊接因素除去重要焊接因素之外的焊接因素，s为焊接工艺数据库中已经评定过的焊接工艺中和次要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺的个数，t为和次要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺中通过焊接工艺评定的焊接工艺的个数；j为次要焊接因素的编号，s_j为焊接工艺数据库中已经评定过的焊接工艺中和第j个次要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺的个数，t_j为和第j个重要次要焊接因素的取值相同的所有焊接工艺中通过焊接工艺评定的焊接工艺的个数；

计算出判定因子为：(a+b)/2，将合理性因子和判定因子作比较，若合理性因子不小于判定因子，则认为新立项焊接工艺不需要调整，可将新立项焊接工艺作为确认焊接工艺；若合理性因子小于判定因子，则认为新立项焊接工艺需要调整，要修改焊接因素，修改后的新立项焊接工艺作为确认焊接工艺存储到项目状态表中；

试验单元包括焊件制作组件和接头性能测试组件；焊件制作组件用于制作焊件，并对焊件进行力学试验和无损探伤检测；通过力学试验和无损探伤检测的焊件则按照确认焊接工艺进行焊接工艺试验，得到焊后试件；接头性能测试组件用于对焊后试件进行性能分析，将分析结果存储到项目状态表中；

评定确认单元用于将项目状态表中信息补充完整。

实施例2：本实施例主要举例说明了高强耐候钢的焊接工艺评定系统的使用步骤，过程如下：

步骤1：

评定的项目中采用Q550NQR1高强耐候钢，交货状态为热轧，钢板厚度为 12mm，对接接头，采用熔化极活性气体保护焊，保护气体为80％Ar+20％CO2，焊接位置为立焊，经查询可选择选取的配套焊丝为TH650EW－Ⅱ，焊材成分中适当降低P、S含量，且提高Ni含量以保证焊缝冲击韧性。

步骤2：Q550NQR1高强耐候钢的化学成分和力学性能如表1和表2所示：

表1 Q550NQR1钢的化学成分(质量分数％)

表2 Q550NQR1力学性能

分析母材的焊接性能：含有的铜提高钢材的强度和韧性，但在热加工时容易产生热脆，但是铜含量仅为0.26％＜0.50％，对钢材的焊接性无不良影响，而且 S、P等杂质含量较低，也不易产生热裂纹；按照采用国际焊接学会(I IW)推荐的碳当量计算公式进行计算，得到CE＝0.41，说明母材具有一定淬硬倾向，为降低淬硬倾向，应采取预热措；确定施焊时需要75～100℃预热处理，多层焊时，层间温度控制为100～120℃；拟定的初步焊接工艺的部分焊接参数见表3：

表3焊接参数

步骤3：根据编制的任务ID搜索不到同等焊接工艺，初步焊接工艺确定为新立项焊接工艺，需要进行焊接工艺试验和焊接接头性能测试；

步骤4：对新立项焊接工艺进行焊接工艺预判，用公式一计算出合理性因子：

公式一：

合理性因子为ε＝0.72；

步骤5：计算出判定因子为0.58，新立项焊接工艺不需要调整，可作为确认焊接工艺；

步骤6：根据美国AWS标准和国家行业标准，制作焊件，并对焊件进行了 100％VT、MT、RT检测，检测结果表明焊缝成形良好，焊缝表面及焊缝内部无焊接缺陷；对试件进行剖切，制备金相试样，焊接接头宏观金相照片未发现未熔合、气孔、裂纹、夹杂等缺陷，与无损检测结果统一，说明采用该参数焊接 Q550NQR1钢具有良好的工艺操作性；符合要求的试件再按照确认焊接工艺进行焊接工艺试验，得到焊后试件；

步骤7：根据美国AWS标准和国家行业标准，对焊后试件进行焊接接头性能测试，测试结果见表4，分析测试结果：Q550NQR1钢同种材质焊接试件的拉伸强度平均值为715MPa，断裂位置为母材，拉伸结果表明焊缝接头强度满足要求。焊缝的硬度值比母材的硬度值要高，这与拉伸强度试验中断裂位置在硬度、强度较低的母材部分结果一致，将上述测试结果与设计要求进行对比，说明采用上述工艺参数焊接Q550NQR1钢完全满足使用要求。

表4焊接接头性能测试结果

步骤8：焊接工艺满足评定要求，将项目状态中信息补充完整，评定工作完成。

本发明的有益成果为：本发明的方法针对现有高强耐候钢焊接工艺试验的繁杂和周期长的缺点，提供了高强耐候钢的焊接工艺评定系统。通过该系统，可以设计出更加合理的焊接工艺和焊接工艺评定方法，不仅提高工艺设计质量，还能为企业改善管理提供科学依据，实现工艺过程的规范化和标准化。充分利用了企业多年积累的焊接工艺系统和焊接工艺评定系统数据，在焊接工艺试验之前判定焊接工艺系统的合理性，可以有效减少不合格焊接工艺系统的比例，同时可以减少焊接试验的次数和焊接试件数目，缩短焊接试验的周期。

Claims (1)

1.一种高强耐候钢的焊接工艺评定系统，其特征在于，包含任务启动单元、焊材选择单元，工艺制定单元，判断单元、预判单元、试验单元，评定确认单元；

所述任务启动单元提供启动接口，工作人员利用焊接工艺评定要求对所述任务启动单元进行启动；然后所述任务启动单元自动生成一份和所述焊接工艺评定要求匹配的项目状态表，所述项目状态表对每个项目分配有一个唯一的项目状态ID；

所述焊材选择单元是所述任务启动单元的辅助功能单元，所述任务启动单元识别出所述项目状态表中没有焊接材料的信息时，则启动所述焊材选择单元；所述焊材选择单元是一个人机互动的单元，互动过程如下：给所述项目状态表编制一个焊材索引，所述焊材索引为(A₁,A₂,A₃,A₄,A₅)，所述A₁、所述A₂、所述A₃、所述A₄、所述A₅分别为母材的牌号、母材的厚度、焊接方法、焊接位置、接头的类型，用所述焊材索引在焊接工艺数据库中进行查询，查找出美国AWS标准和国家行业标准中规定可以使用的所述焊接材料，同时得到具有相同的所述焊材索引的所有焊接工艺中使用比例最高的所述焊接材料，所述焊材选择单元默认将使用比例最高的所述焊接材料存储到所述项目状态表中，所述工作人员可以手动修改填入所述项目状态表的所述焊接材料；所述焊接材料选择完后，将所述焊接材料的焊材牌号添加到所述焊材索引中得到接头和坡口索引，所述接头和坡口索引为(A₁,A₂,A₃,A₄,A₅,A₆),所述A₆为所述焊接材料的所述焊材牌号；用所述接头和坡口索引在所述焊接工艺数据库中进行查询，查找出具有相同的所述接头和坡口索引的所有所述焊接工艺中使用比例最高的接头和坡口的设计参数，所述焊材选择单元默认将所述使用比例最高的接头和坡口的设计参数存储到所述项目状态表中，所述工作人员可以手动修改填入所述项目状态表的接头和坡口的设计参数；当所述任务启动单元识别出所述项目状态表中焊接材料的信息已齐全，则启动工艺制定单元；

所述焊接工艺制定单元用于拟定焊接预热温度、焊接技术措施、电特性、焊后热处理的工艺，并将其存储到所述项目状态表中；当所述焊接工艺制定单元执行完后，所述项目状态表中存储的信息就是初步焊接工艺；

所述判断单元用于判断所述初步焊接工艺是否需要进行焊接工艺试验，判断过程如下：给所述初步焊接工艺编制一个任务ID，所述任务ID以一维向量的形式表示为(X₁,X₂，…,X_n)，在所述任务ID中：所述n为自然数，表示重要焊接因素的个数，所述X是变量，表示所述重要焊接因素的取值，所述X₁表示第1个所述重要焊接因素的取值、所述X₂表示第2个所述重要焊接因素的取值、所述X_n表示第n个所述重要焊接因素的取值；所述重要焊接因素就是所述焊接工艺的所有参数中，对接头的力学性能有影响的参数；用所述任务ID在所述焊接工艺数据库中按事先设置好的规则搜索同等焊接工艺，所述同等焊接工艺就是将常规符合标准规范的钢种、所述焊接方法、坡口形式、所述焊接位置、所述焊接材料的组合做成的规范化焊接工艺，所述规则就是判断所述焊接工艺和所述规范化焊接工艺是否匹配的方法；如果能搜索到结果，则直接启动所述评定确认单元；如果搜索不到所述结果，则所述初步焊接工艺确认为新立项焊接工艺，再启动所述预判单元；

所述预判单元用于对所述新立项焊接工艺进行焊接工艺预判，用公式一计算合理性因子：

公式一：

其中，ε为所述合理性因子，取值范围为0～1，a、b为计算系数，由所述工作人员根据经验制定，所述取值范围为0～1，n为所述重要焊接因素的个数，q为所述焊接工艺数据库中已经评定过的所述焊接工艺中和所述重要焊接因素的取值相同的所有所述焊接工艺的个数，p为和所述重要焊接因素的取值相同的所有所述焊接工艺中通过焊接工艺评定的所述焊接工艺的个数；i为所述重要焊接因素的编号，q_i为所述焊接工艺数据库中已经评定过的所述焊接工艺中和第i个重要所述重要焊接因素的取值相同的所有所述焊接工艺的个数，p_i为所述和第i个所述重要焊接因素的取值相同的所有所述焊接工艺中通过焊接工艺评定的所述焊接工艺的个数；m为次要焊接因素的个数，所述次要焊接因素就是所述项目状态中的所有焊接因素除去所述重要焊接因素之外的所述焊接因素，s为所述焊接工艺数据库中已经评定过的所述焊接工艺中和所述次要焊接因素的取值相同的所有所述焊接工艺的个数，t为和所述次要焊接因素的取值相同的所有所述焊接工艺中通过焊接工艺评定的所述焊接工艺的个数；j为所述次要焊接因素的编号，s_j为所述焊接工艺数据库中已经评定过的所述焊接工艺中和第j个所述次要焊接因素的取值相同的所有所述焊接工艺的个数，t_j为所述和第j个重要所述次要焊接因素的取值相同的所有所述焊接工艺中通过焊接工艺评定的所述焊接工艺的个数；

计算出判定因子为：(a+b)/2，将所述合理性因子和所述判定因子作比较，若所述合理性因子不小于所述判定因子，则认为所述新立项焊接工艺不需要调整，可将所述新立项焊接工艺作为确认焊接工艺；若所述合理性因子小于所述判定因子，则认为所述新立项焊接工艺需要调整，要修改所述焊接因素，修改后的所述新立项焊接工艺作为所述确认焊接工艺存储到所述项目状态表中；

所述试验单元包括焊件制作组件和接头性能测试组件；所述焊件制作组件用于制作焊件，并对所述焊件进行力学试验和无损探伤检测；通过所述力学试验和无损探伤检测的所述焊件则按照所述确认焊接工艺进行焊接工艺试验，得到焊后试件；所述接头性能测试组件用于对所述焊后试件进行性能分析，将分析结果存储到所述项目状态表中；

所述评定确认单元用于将所述项目状态表中信息补充完整。