張艷輝 陳劍鋒 陳煥

摘要： 針對(duì)ISO標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝評(píng)定在國(guó)內(nèi)的開(kāi)展情況及國(guó)際化焊接制造體系對(duì)焊接工藝評(píng)定的要求，對(duì)動(dòng)車(chē)組焊接生產(chǎn)工藝評(píng)定的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。結(jié)合動(dòng)車(chē)組生產(chǎn)中焊接工藝評(píng)定的目的和意義，論述了焊接工藝評(píng)定對(duì)于動(dòng)車(chē)組生產(chǎn)中焊接質(zhì)量保證及提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的影響。

關(guān)鍵詞： 國(guó)際化制造體系; 焊接工藝評(píng)定; 動(dòng)車(chē)組

中圖分類(lèi)號(hào)： TG 47

Application of ISO standard welding procedure qualificationin welding production of CRH train

Zhang Yanhui1， Chen Jianfeng2， Chen Huan2

（1.CRRC Tangshan Co.， Ltd.， Tangshan 063035， Hebei， China;2. Harbin Welding Training Institute， Harbin 150046， Heilongjiang， China）

Abstract： ?According to the development of ISO standard welding process qualification in China and requirements of international welding manufacturing system for welding process qualification， the application of welding process qualification for CRH train was expounded. The influence of welding process qualification on welding quality assurance and economic benefit improvement of enterprises was discussed.

Key words： ?international manufacturing system;? welding procedure qualification;? CRH train

0 前言

中國(guó)制造業(yè)這些年來(lái)飛速發(fā)展，越來(lái)越多的產(chǎn)品走向世界，進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，這就要求國(guó)內(nèi)制造企業(yè)要按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施生產(chǎn)。對(duì)于具體的焊接產(chǎn)品，由于焊接技術(shù)的自身特點(diǎn)，其可變參數(shù)較多，屬于難以明確量化的熱加工技術(shù)，因此要制定出合理的焊接工藝規(guī)程（Welding procedure specification， WPS）來(lái)滿(mǎn)足焊接生產(chǎn)的需要，特別是要參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焊接產(chǎn)品，企業(yè)要通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的焊接工藝評(píng)定（Specification and qualification of welding procedures， WPQ），來(lái)驗(yàn)證預(yù)焊接工藝規(guī)程焊制的焊接接頭性能是否可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。企業(yè)應(yīng)該嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行WPQ，既要使WPQ成為保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)和有效手段，又要避免不必要的重復(fù)評(píng)定所造成的浪費(fèi)，使得企業(yè)在最經(jīng)濟(jì)的條件下完成必要的WPQ，從而保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性[1]。

動(dòng)車(chē)組焊接生產(chǎn)按照EN 15085焊接質(zhì)量體系執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接工藝、焊工技能、焊接工藝評(píng)定、焊接檢驗(yàn)和體系運(yùn)行均進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，其中，對(duì)于WPQ需要嚴(yán)格按照ISO 15614系列標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。通過(guò)按照國(guó)際系列標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，使動(dòng)車(chē)組生產(chǎn)更加與國(guó)際化接軌，為動(dòng)車(chē)組焊接生產(chǎn)做了充分的前期準(zhǔn)備。

1 ISO標(biāo)準(zhǔn)WPQ在國(guó)內(nèi)的開(kāi)展

ISO 15614系列標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織委員會(huì)（CEN）之間的技術(shù)合作協(xié)定（維也納協(xié)定），由歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CEN）與ISO/TC44焊接和焊接類(lèi)過(guò)程技術(shù)委員會(huì)中的金屬焊接要求的統(tǒng)一下屬委員會(huì)SC10共同合作制定的[2]。該系列標(biāo)準(zhǔn)具有國(guó)際權(quán)威性，并被廣泛認(rèn)可，目前世界許多國(guó)家都在執(zhí)行并使用。

在動(dòng)車(chē)組生產(chǎn)中，WPQ是強(qiáng)制性條款。根據(jù)EN 15085-4標(biāo)準(zhǔn)要求，一定質(zhì)量等級(jí)的焊縫需要根據(jù)ISO 15609系列標(biāo)準(zhǔn)編制WPS，而每項(xiàng)WPS均需要經(jīng)過(guò)WPQ的驗(yàn)證。WPQ是控制動(dòng)車(chē)組生產(chǎn)焊接質(zhì)量的重要步驟和環(huán)節(jié)。WPQ由企業(yè)自行進(jìn)行焊接，WPQ的檢驗(yàn)和檢驗(yàn)報(bào)告均由第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)完成并出具報(bào)告。

機(jī)械工業(yè)哈爾濱焊接技術(shù)培訓(xùn)中心（WTI Harbin），作為長(zhǎng)期與國(guó)外合作的第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，從1999年開(kāi)始在國(guó)內(nèi)最先開(kāi)展按EN 288進(jìn)行WPQ，2005年在國(guó)內(nèi)最先開(kāi)展按ISO 15614進(jìn)行WPQ至今，在22年的時(shí)間跨度中完成近2 0000項(xiàng)WPQ，為軌道車(chē)輛及鋼結(jié)構(gòu)等焊接企業(yè)提供了支持。

WTI Harbin本著對(duì)企業(yè)負(fù)責(zé)，對(duì)焊接質(zhì)量負(fù)責(zé)的一貫原則，協(xié)助企業(yè)進(jìn)行WPQ試驗(yàn)，并在評(píng)判過(guò)程中，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使企業(yè)的焊接產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)際化水準(zhǔn)。在這些WPQ中，除了常規(guī)熔化焊和壓力焊外，還涉及了攪拌摩擦焊、激光焊、釬焊、閃光對(duì)焊、堆焊、等離子焊、高頻焊等，涉及鋼、鋁、銅、鈦、鎳等合金材料，促進(jìn)了新的焊接技術(shù)和新材料的焊接應(yīng)用。

2 國(guó)際化焊接制造體系對(duì)WPQ的要求

根據(jù)EN 15085焊接質(zhì)量體系要求，標(biāo)準(zhǔn)接頭的焊縫需要根據(jù)ISO 15614系列標(biāo)準(zhǔn)加以證明，用于驗(yàn)證焊接工藝、材料、方法、位置、保護(hù)氣體、熔滴過(guò)渡形式、自動(dòng)化程度等等。該標(biāo)準(zhǔn)適用于制造焊接、補(bǔ)焊和堆焊，指出如何通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)對(duì)預(yù)焊接工藝規(guī)程進(jìn)行評(píng)定。規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的試件形狀及尺寸、取樣位置、檢驗(yàn)和試驗(yàn)的類(lèi)型和要求、無(wú)損檢測(cè)、破壞性試驗(yàn)、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收等級(jí)、評(píng)定范圍等。

對(duì)于特殊接頭的焊縫不需要根據(jù)ISO 15614系列標(biāo)準(zhǔn)證明，為了確保焊縫的連接需要焊接工作試件。工作試件和焊接部位最終生產(chǎn)時(shí)相同的生產(chǎn)條件下制備。工作試件應(yīng)根據(jù)ISO 15613實(shí)施，可以單獨(dú)以試板的形式、樣品組件或者是正式工件。

3 動(dòng)車(chē)組WPQ的實(shí)施過(guò)程和要求

動(dòng)車(chē)組生產(chǎn)車(chē)體焊縫和轉(zhuǎn)向架焊縫質(zhì)量等級(jí)大多為CPC1和CPC2，車(chē)體和轉(zhuǎn)向架所有焊縫均需進(jìn)行WPQ驗(yàn)證。企業(yè)由焊接工藝工程師對(duì)圖紙上設(shè)計(jì)的焊縫列出接頭清單，對(duì)接頭清單中所羅列的焊縫類(lèi)型、焊接工藝進(jìn)行分類(lèi)，參照WPQ標(biāo)準(zhǔn)確定所需覆蓋范圍，列出需要的WPQ項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)技術(shù)評(píng)審后，由企業(yè)有經(jīng)驗(yàn)的焊工進(jìn)行焊接。WPQ的目的是驗(yàn)證所制定的焊接工藝的正確性，因此進(jìn)行WPQ時(shí)要求焊工或操作工技能熟練，并排除人為因素的干擾。對(duì)焊接完成的試板交由第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)。在制定的焊接計(jì)劃中，針對(duì)每個(gè)工件，應(yīng)指出所需進(jìn)行的WPQ項(xiàng)目，明確該項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的工藝評(píng)定報(bào)告，為確保相關(guān)焊接工藝文件使用的準(zhǔn)確性，焊接工藝文件應(yīng)由主焊接責(zé)任人或焊接責(zé)任人代表審核通過(guò)后方可下發(fā)生產(chǎn)車(chē)間。

母材、焊材、保護(hù)氣體、焊接方法、熔滴過(guò)渡形式、自動(dòng)化程度、熱輸入、預(yù)熱、層間溫度、接頭類(lèi)型等因素超出了原工藝評(píng)定的覆蓋范圍，均需要重新進(jìn)行評(píng)定。

4 ISO標(biāo)準(zhǔn)WPQ對(duì)動(dòng)車(chē)組生產(chǎn)制造的意義

4.1 通過(guò)焊接工藝評(píng)定保證焊縫質(zhì)量

焊接質(zhì)量關(guān)系著動(dòng)車(chē)組列車(chē)承載安全，那么為了保證焊接質(zhì)量的而編制的WPS，就需要通過(guò)WPQ及其相關(guān)檢驗(yàn)來(lái)保障，從而保證動(dòng)車(chē)組生產(chǎn)中重要部件焊縫強(qiáng)度和焊縫質(zhì)量。因此在WPQ試件施焊過(guò)程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都很重要，所以應(yīng)保留比較詳實(shí)的原始記錄，其中包括試件加工及打磨情況、焊接位置、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、預(yù)熱溫度及層間溫度等信息。無(wú)論是無(wú)損檢測(cè)還是破壞性檢測(cè)，均應(yīng)按照指定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，即要正確理解標(biāo)準(zhǔn)含義和正確應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。如果其中某一重要要素發(fā)生變化，需要重新進(jìn)行評(píng)定。

4.2 通過(guò)WPQ對(duì)新技術(shù)、新工藝進(jìn)行技術(shù)研究

目前在動(dòng)車(chē)組生產(chǎn)中，為減小焊接變形、節(jié)約生產(chǎn)成本，提高焊縫質(zhì)量，廣泛采用攪拌摩擦焊技術(shù)。采用的攪拌摩擦焊設(shè)備有動(dòng)龍門(mén)和靜龍門(mén)兩種，攪拌摩擦焊設(shè)備，如圖1所示。

焊接工藝參數(shù)直接影響到了焊接熱輸入和材料的流動(dòng)性，進(jìn)而關(guān)系到攪拌摩擦焊接最終的成型質(zhì)量。選擇合適的焊接工藝參數(shù)，比如攪拌頭工具的幾何結(jié)構(gòu)、進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速、下壓量、傾角度及下壓壓力參數(shù)，對(duì)于攪拌摩擦焊接頭質(zhì)量有至關(guān)重要的影響。針對(duì)不同的焊接實(shí)驗(yàn)材料，確定最優(yōu)的焊接工藝參數(shù)是攪拌摩擦焊接工程應(yīng)用及科學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)[3]。

攪拌摩擦焊產(chǎn)品的焊接工藝評(píng)定按照ISO 25239-4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。通過(guò)對(duì)攪拌頭幾何尺寸以及旋轉(zhuǎn)速度、進(jìn)給速度、下壓量等參數(shù)的不斷研究探索，按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。

目前多個(gè)主機(jī)廠(chǎng)已經(jīng)建立了攪拌摩擦焊質(zhì)量控制體系。地板、枕梁、車(chē)鉤連接板、側(cè)墻等長(zhǎng)、大焊縫均采用攪拌摩擦焊方法進(jìn)行焊接。在工藝準(zhǔn)備階段，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)WPS進(jìn)行WPQ試驗(yàn)驗(yàn)證。攪拌摩擦焊工件，如圖2所示。通過(guò)WPQ試驗(yàn)，驗(yàn)證各項(xiàng)參數(shù)性能指標(biāo)，保證了焊縫質(zhì)量。攪拌摩擦焊工藝在動(dòng)車(chē)組批量生產(chǎn)中，質(zhì)量穩(wěn)定，焊縫成型美觀(guān)，生產(chǎn)效率大幅度提高。

動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架是動(dòng)車(chē)組的重要部件質(zhì)疑，具有支撐車(chē)體質(zhì)量、引導(dǎo)車(chē)輛沿軌道運(yùn)行、承受并傳遞車(chē)體至輪對(duì)、輪軌至車(chē)體搭建的各種載荷及作用力的作用。WPQ是制定WPS和驗(yàn)證焊接工藝的重要工作，也是控制轉(zhuǎn)向架焊接質(zhì)量的重要步驟和環(huán)節(jié)。

為提高批量生產(chǎn)能力，確保轉(zhuǎn)向架質(zhì)量穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)向架側(cè)梁和構(gòu)架的生產(chǎn)中，采用IGM全自動(dòng)焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料、自動(dòng)裝夾、自動(dòng)焊接，大大提高焊接效率和焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向架全自動(dòng)焊接機(jī)器人，如圖3所示。

按照ISO 15614-1標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)全自動(dòng)焊接機(jī)器人產(chǎn)品進(jìn)行WPQ試驗(yàn)驗(yàn)證，保證焊接工藝參數(shù)的合理性，使焊接接頭的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)于全自動(dòng)焊接機(jī)器人焊接的每道焊縫，均按照ISO 15613標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接工作試件驗(yàn)證，保證自動(dòng)焊設(shè)備的焊接質(zhì)量。通過(guò)工藝試驗(yàn)，保證了自動(dòng)焊接產(chǎn)線(xiàn)焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

4.3 WPQ管理技術(shù)應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在高速動(dòng)車(chē)組的生產(chǎn)中，引進(jìn)了許多先進(jìn)的焊接工藝技術(shù)和管理技術(shù)。車(chē)體上有上萬(wàn)條焊縫，需要工藝評(píng)定近百項(xiàng)，許多企業(yè)引進(jìn)了焊接專(zhuān)家系統(tǒng)。對(duì)焊接工藝文件和WPQ進(jìn)行規(guī)范化管理。焊接專(zhuān)家系統(tǒng)如圖4所示。通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)焊接基礎(chǔ)信息高效、便捷、準(zhǔn)確匯總和輸出，對(duì)接頭匯總信息實(shí)現(xiàn)快速錄入，實(shí)現(xiàn)了焊接技術(shù)數(shù)據(jù)的快速查找、統(tǒng)計(jì)分析和高效管理?？梢砸罁?jù)不同用戶(hù)的需求，通過(guò)查詢(xún)、維護(hù)、打印3大模塊查詢(xún)焊接工藝評(píng)定報(bào)告，同時(shí)可以形成WPQ清單，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)定和反饋。建立了母材數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，實(shí)現(xiàn)了向用戶(hù)提供常用母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、牌號(hào)對(duì)照、碳當(dāng)量計(jì)算等。建立焊材數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入焊材型號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)和焊材類(lèi)別中的一個(gè)或多個(gè)查詢(xún)條件，系統(tǒng)將按查詢(xún)條件進(jìn)行查詢(xún)，并可顯示符合條件的焊材型號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、焊材類(lèi)別、成分信息和性能信息等。

實(shí)現(xiàn)焊接工藝數(shù)據(jù)的自動(dòng)化匹配和評(píng)定試驗(yàn)項(xiàng)目的智能化輸出?；跇?biāo)準(zhǔn)的匹配原則對(duì)WPQ和WPS進(jìn)行匹配，輸出WPQ項(xiàng)目。

5 結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)車(chē)組系列產(chǎn)品是中國(guó)制造的“名片”，也代表了中國(guó)制造的新形象，為使其更具國(guó)際領(lǐng)先，就要求制造過(guò)程嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，無(wú)論是常規(guī)的熔化焊技術(shù)還是新技術(shù)都要有合理的WPS作為保障。ISO標(biāo)準(zhǔn)的WPQ在動(dòng)車(chē)組WPS的準(zhǔn)備中發(fā)揮了非常重要而又積極的作用，促進(jìn)了動(dòng)車(chē)組焊接生產(chǎn)過(guò)程按國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

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