焊接工作試件的制作

南車資陽機車有限公司 （四川 641301） 劉玉慧 劉麗娟

1.概述

焊接是軌道機車車輛和車輛部件生產中的一道特別的生產工藝，軌道車輛特別要求的焊接技術構成了EN15085系列標準的基礎。在軌道交通領域，該系列標準用于確定焊接企業的生產及維修的認證和質量要求，此外在設計確定的質量要求、生產中相應的焊縫質量和檢測要求的質量證明之間存在一個基礎的聯系。此聯系通過生產中規定的焊縫質量等級來達成，焊縫質量等級歸入鑒定等級，從而保證生產中要求的質量。在焊縫質量等級的基礎上規定生產的認證等級，以及審查工序和焊接人員的資格認證。工作試件就是在闡述焊接制造過程中焊接企業制作的，它是在與焊接部件制造條件相同的條件下制造出來的，主要依據是EN15085—4中規定，本文詳細地說明了制作工作試件的具體流程和注意事項。

2.統計工作試件項目

企業制作工作試件的目的主要有以下幾點：

（1）驗證和確保設計是否滿足EN15085—3中的要求 用于證明設計結構焊接性的工作試件主要是證明以下幾點：可實施性、材料的選擇、可檢測性、機械質量數據。

（2）用于驗證焊接工藝的工作試件 對于不能按照ISO 15614驗證的特殊焊縫，需要工作試件來檢測以下形式的焊縫接頭，以證明焊接工藝：不完全焊透的對接和T形接頭的焊縫、單側可達的T形接頭的HV形焊縫。

（3）用于驗證焊接人員資質的工作試件 以下情況的焊縫需要做工作試件來證明焊工技能：T形接頭的HV或HY形焊縫；具有多種難度等級的焊縫，如三聯接頭、塞焊、十字接頭、擠壓成形部位的復雜焊縫；較差的焊接可達性；焊接性差的材料、支管、薄板搭接接頭及角接接頭（t≤3mm）；特殊高質量要求的焊縫，如EN15085—3的焊縫質量等級CPA等。

（4）用于驗證焊縫質量的工作試件 焊縫質量可以通過工作試件來證明，以下情況需要考慮：當射線探傷和超聲波探傷都無法進行時，為了確定焊縫檢測等級為CT2的焊縫質量，則需要制作工作試件；工作試件的類型和頻率應該在檢測計劃文件中進行規定；工作試件要從部件中提取，或者從工件或者同種工件的延長件中提取；工作試件應該根據EN ISO 15613進行檢測；檢測要形成文件記錄。同時一個工作試件可適用于上述多個目的。

焊接工藝人員在技術評審完成之后，對產品圖樣中焊接接頭進行統計，根據上述目的來確定制作工作試件的項目，將工作試件項目以表格形式表示。工作試件項目表主要包括：工作試件號、焊接工藝預規程編號、焊接工藝規程編號、圖號和所屬部類、圖中位置、焊接方法、質量等級、接頭簡圖、接頭形式和板厚、母材類別、焊縫長度、焊接位置、焊縫細節、驗收級別，以及檢測等級、焊接填充材料、氣體保護類型、工作胎位和焊工名單等，工作試件項目表中的各項內容都是根據圖樣信息而來，是制作工作試件的基礎和依據，具體形式如附表所示。

工作試件項目

3.編制焊接工藝預規程（PWPS）

焊接工藝預規程必須滿足ISO 15609—1或ISO 15609—2的要求，焊接工藝預規程應當包含執行焊接操作的必要條件，主要有以下幾個方面。

第一，有關制造商的內容：包括制造商名稱、PWPS編號、焊接工藝評定報告。

第二，有關母材的內容：包括材料的型號、牌號、材料類組、材料厚度、坡口制備和清理等。

第三，焊接方法和位置。

第四，接頭形式和簡圖。

第五，焊接參數：對于熔化極活性氣體保護焊，其焊接參數主要包括焊接方法、焊材規格、焊接電流、電弧電壓、電流極性、送絲速度、焊接速度和焊接熱輸入。

第六，保護氣體流量和焊絲伸出長度。

第七，預熱溫度、層間溫度以及焊后熱處理、焊槍角度等。

4.工作試件下料

圖1 全焊透的板對接焊縫試件

工作試件的下料是根據工作試件項目表中規定的材料和板厚來確定的，試件應具有足夠的尺寸和數量以確保滿足所有要求的試驗，試件的形狀和最小尺寸應符合圖1～圖4要求。如圖1所示為全焊透的板對接焊縫試件，圖2為全焊透的管對接焊縫試件，圖3為T形接頭試件，圖4為支接管試件。需要進行熱影響區沖擊試驗時，應標記試件板材的軋制方向，試件的厚度和管子外徑應按照本標準的要求選擇。

圖2 全焊透的管對接焊縫試件

圖3 T形接頭試件

圖4 支接管試件

5.焊接工作試件

焊接工作試件必須根據PWPS和在對其有效的生產焊接一般條件下進行試驗樣品的準備和焊接，試驗樣品傾斜角和扭轉角的焊接位置和極限值必須符合EN ISO 6947的要求，如果在最后連接中采用定位焊接，則必須在試樣中對其加以考慮，試樣樣品的焊接和試驗必須有一個試驗人員或一個試驗站人員在場的情況下進行。需要預熱和層間溫度的要嚴格控制，確保各項參數是按照PWPS規定執行。在焊接過程中焊接工藝人員要做現場記錄，現場記錄包含的主要內容是某一個定值，不是在某一個范圍內的區間值，它是對完成焊接試件過程的一個全面記錄，焊接完成之后要在試件上打鋼號，最后送往檢測部門對試件進行檢測。

6.工作試件的檢測

工作試件的檢測分為無損檢測（NDT）和破壞性試驗。

（1）無損檢測 應在切割試件之前進行，并且要在規定的焊后熱處理之后，對于氫致裂紋敏感的材料，而且不規定進行后熱或焊后熱處理時，應延遲一段時間再做無損檢測。無損檢測包括外觀檢測、射線或超聲波檢測、表面裂紋檢測等，超聲波檢測不適用于板厚＜8mm的試件，對于非磁性材料，采用滲透檢測。

（2）破壞性試驗 包括橫向拉伸、橫向彎曲、缺口沖擊韌性試驗、硬度試驗和低倍金相試驗等。取樣位置也是非常重要的，下面為常用的幾種接頭取樣位置，圖5是在板材上進行對接接頭的試驗取樣位置，圖5中3適合1個拉伸試驗、1個彎曲試驗，4適合沖擊韌性試驗和補充試驗，5適合1個拉力試驗、1個彎曲試驗，6 適合1個低倍磨片和1個硬度試驗。圖6是在管材對接的試驗取樣位置，2適合1個拉力試驗，1個彎曲試驗，3適合沖擊韌性試驗和補充試驗，4適合1個拉力試驗，一個彎曲試驗，5適合一個低倍磨片和一個硬度試驗。圖7是T形接頭的試驗取樣位置。

圖5 板材對接試驗取樣位置

圖6 管材對接試驗取樣位置

圖7 T形接頭的試驗取樣位置

例如對于完全熔透的對接接頭的檢測主要包括以下幾點：無損檢測方面有100%目視檢測、100%表面裂紋檢測、100%透視或超聲波檢測；破壞性試驗有2個橫向拉伸長試驗、4個橫向彎曲試驗、2組沖擊韌性試驗、1個低倍磨片試驗和根據需要做的硬度試驗。這些試驗都需要填寫記錄，作為工作試件合格的依據。

7.工作試件評定報告

完成上述各項檢測之后，對于檢測合格的工作試件由焊接工藝人員根據以上資料對該工作試件做工作試件評定報告。工作試件評定報告內容清楚地反映了該工作試件的基本細節，包括焊工名單、焊工編號、氣體保護、材料型號和規格等最基本信息，報告內容主要是根據檢測結果對工作試件做一個全面的分析，主要有宏觀金相圖和各項檢測的結果。

對于不合格項需修改PWPS中各項參數重新制作工作試件。

8.編制焊接工藝規程（WPS）

焊接工藝人員對檢測合格的工作試件所對應的焊接接頭編制焊接工藝規程，主要依據是焊接工藝預規程，其內容同焊接工藝預規程。完成WPS的編制，就可以焊接該接頭形式對應的產品焊縫了。

9.結語

焊接是制造軌道車輛及其部件的一個特殊過程，關于該過程的要求在EN ISO 3834標準系列中進行了闡述，而EN15085此歐洲標準適用于制造和維修軌道車輛及其部件的金屬材料的焊接。

為了能更好地占領國外市場，得到廣大客戶的信任和滿意，公司生產的機車大部分要根據該標準執行，而工作試件是該標準下產品生產的前提，只有工作試件評定通過，才能完成產品的焊接，提高產品的焊接質量，從而生產出高質量、高保障的產品，只有這樣才能滿足廣大用戶的需求和提升自己企業的影響力。