導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇自動焊接技術(shù)論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

2鍋爐壓力容器制造中焊接自動化技術(shù)的應(yīng)用

2.1膜式壁焊機

我國的工業(yè)發(fā)展比較迅速，伴隨著工業(yè)的發(fā)展，焊接技術(shù)也表現(xiàn)出了時代性的特征。由于人口的增加和社會需求的增加，鍋爐壓力容器的制造水平也獲得提升。在焊接自動化技術(shù)的應(yīng)用中，具有代表性的一種叫做膜式壁焊機。該設(shè)備主要有氣體保護焊和埋弧焊兩種工藝。在起初的階段，我國由于技術(shù)不純熟，因此依賴于進口。后續(xù)的研究成功后，便開始應(yīng)用自己生產(chǎn)的設(shè)備。從現(xiàn)有的應(yīng)用來看，哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐廠等，主要是運用膜式壁焊機中的氣體保護焊；而上海鍋爐廠、武漢鍋爐廠等主要運用埋弧焊工藝。氣體保護焊屬于比較簡單的焊接自動化工藝，現(xiàn)有的應(yīng)用范圍不是很大，但其穩(wěn)定性和安全性較高，因此北方運用較多。埋弧焊屬于高端一些的焊接自動化技術(shù)，同時效率較高，但由于在自動化方面融入的元素不是很多，因此需要在一定程度上增加人工操作，日后的提升空間較大。

2.2直管接長焊機

鍋爐壓力容器所要承受的壓力是非常大的，僅僅憑借膜式壁焊機，并不能長久的滿足要求。為此，技術(shù)人員通過長期的調(diào)查和研究，制定了全新的焊接自動化技術(shù)——直管接長焊機。該焊機的優(yōu)勢在于，其擁有的自動化程度較高，能夠滿足日常焊接中的較多工作，即便是應(yīng)對一些技術(shù)性較強的焊接，也沒有表現(xiàn)出較多的問題，總體上的滿意度較高。比如說武漢鍋爐廠就與美國的阿爾斯通展開了合作，引進了管子預(yù)處理線，該線包括管子定長切斷、管端數(shù)控倒角機、管端內(nèi)外磨光機、管內(nèi)清理機等先進的設(shè)備和裝置，采用了PLC自動化控制技術(shù)，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。在所有的設(shè)備當(dāng)中，管端數(shù)控倒角機是一個非常重要的設(shè)備，這一設(shè)備利用旋轉(zhuǎn)及軸向進刀的過程中，可以根據(jù)管子的規(guī)格及要求編制相應(yīng)的切削程序，快速、標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)質(zhì)的切割出各種坡口。由此可見，直管接長焊接的功能性較多，日后可以在鍋爐壓力容器制造中推廣應(yīng)用。

2.3馬鞍形焊機

鍋爐壓力容器在現(xiàn)階段的應(yīng)用中，常常是為了滿足一些特殊要求而設(shè)定的，為此，僅憑上述的兩項技術(shù)，依然沒有完全的滿足需求。經(jīng)過探究，技術(shù)人員還研制出了一種名為馬鞍形焊機的設(shè)備。該設(shè)備能夠應(yīng)對較多的特殊形狀或者是特殊功能的鍋爐壓力容器。第一，該焊接技術(shù)，利用數(shù)控技術(shù)建立數(shù)學(xué)模型，保證設(shè)備的形狀和具體功能不會發(fā)生偏差。第二，主管與焊槍的同步運用，使得焊接的效率和質(zhì)量穩(wěn)步提升，并且有效的解決了兩直徑相近的相關(guān)結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量問題，總體上的焊接效果比較理想。在今后的工作中，可將上述的三種焊接技術(shù)，廣泛應(yīng)用與鍋爐壓力容器制造中，并深入研究，健全技術(shù)體系和應(yīng)用方式，創(chuàng)造更多的效益。

篇2

 

當(dāng)前管道的工作參數(shù)得到了很大的改變，其使用領(lǐng)域正在逐漸擴展,這就使得焊接技術(shù)的要求變得更加嚴(yán)格。最為常用的焊接方法、焊接工藝、焊接材料、焊接設(shè)備等方面的使用情況得到了很大的改進，而在高效、低耗、低污染等方面的要求也有所提升。隨著技術(shù)競爭不斷加大，焊接工作者面臨的焊接技術(shù)難題也會越來越復(fù)雜，這就需要積極研究出新的焊接方法，運用先進的焊接技術(shù)投入到工業(yè)生產(chǎn)中，促進管道的焊接技術(shù)得到顯著的改進。

1.當(dāng)前管道焊接施工面臨的相關(guān)問題

1.1現(xiàn)場施工環(huán)焊縫的焊接

低C微合金控軋及加速冷卻后將會出現(xiàn)管線鋼，且力學(xué)性能較強。但焊縫是屬于電弧熔化的一種組織形式，其強韌性匹配程度水平較低，在使用過程中倘若與母材韌性匹配存在著很大的難度。在經(jīng)過X80管線鋼的相關(guān)檢驗后得出,當(dāng)管線鋼強度級別增強時，其環(huán)焊接頭達到高強匹配的難度將逐漸增加。這就使得管線鋼強度的大大增強，給研制高強度、高韌性焊接材料造成了較大的麻煩,而現(xiàn)場環(huán)焊縫的焊接對于高強度管線鋼運用有著很大的阻礙。

1.2管道建設(shè)的焊接工藝

焊接施工作業(yè)點對于整個管道建設(shè)而言，其能夠出現(xiàn)不同情況的變化，由于自然環(huán)境出現(xiàn)的清理復(fù)雜，使得長輸管道的施工常出現(xiàn)很多不同的因素影響，如：人文環(huán)境、地質(zhì)形貌、氣候條件等。管道施工的焊接工藝要想達到各種焊接環(huán)境的需要，就必須保證管道施工的焊接工藝呈現(xiàn)多種形式。但是當(dāng)前管道環(huán)焊縫最為普遍運用等不斷變化的同時，焊接施工勞動強度也會隨之增強，當(dāng)前的自保護藥芯焊絲半自動焊工藝卻難以滿足今后的管道建設(shè)需要。

1.3高效率的根焊方法的不斷開發(fā)

管道焊接施工大多采用流水作業(yè)方式,根焊完成的速度決定了整條管道建設(shè)的效率。而焊部焊縫中的未熔合、未焊透、咬邊、內(nèi)凹等缺欠是影響管道安全的重要因素。因此,根焊的質(zhì)量和速度是管道建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前管道建設(shè)常采用的根焊方法有纖維素焊條電弧焊、數(shù)字電源熔化極氣保護半自動焊和內(nèi)焊機熔化極氣保護自動焊等,幾種方法在焊接工藝性、焊接質(zhì)量和焊接速度等方面各有所長。管道技術(shù)人員仍在不斷開發(fā)新的高質(zhì)量、高效率的根焊方法。

2.管道中常用兩種焊接工藝的對比分析

2.1纖維素型焊條下向電弧焊焊接工藝

纖維素型焊條在使用過程中其電弧吹力大，且工藝效果顯著，能夠在單面焊雙面成型的根部焊接中發(fā)揮作用。自保護藥芯焊絲由于半自動焊，其操作形式較為優(yōu)越，且位置能夠快速成型，熔敷性能好，使得焊工對于此項技術(shù)很好的把握。這類形式的焊接方法主要用在野外環(huán)境下的施工，在當(dāng)前的管道焊接施工中也是極為普遍的方式。伴隨著管道輸送壓力和鋼管強度級別的有所改善，給環(huán)焊縫的強韌性制定了更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足自保護藥芯焊絲產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。

2.2熔化極氣體保護下向自動焊工藝

熔化極氣保護焊過程中，在焊接區(qū)中的優(yōu)越性體現(xiàn)在維護邊界,生產(chǎn)快速，能夠?qū)嵤┳詣踊a(chǎn)，且采取必要的全位置焊接。這使得該技術(shù)在長輸管道焊接中的自動化焊接方面得到了充分的運用。自動焊焊接的特點在于效率高、消耗低、穩(wěn)定型好，對于惡劣的環(huán)境條件中使用效果顯著。對于坡口形式的標(biāo)準(zhǔn)更加高，當(dāng)其難以達到標(biāo)準(zhǔn)需要時，則將導(dǎo)致管口組織的精度較差，導(dǎo)致燒穿、未焊透、未熔合等問題。這就需要在焊接施工現(xiàn)場結(jié)合配管端坡口的相關(guān)形式做好處理，以保證最終的精度達到相關(guān)的要求。但在外界因素的影響下，自動焊接施工涉及到的范圍較大，而焊接機組需經(jīng)過一個調(diào)整時期，這對改正焊接作用的發(fā)揮有著很大的阻礙作用。

3.大直徑厚壁管的高效焊接法

當(dāng)管道的形式屬于全焊結(jié)構(gòu)時，其焊接工作的勞動強度將變得更強，且在質(zhì)量方面的標(biāo)準(zhǔn)也會大大提升。但焊接工作者在施工過程中根據(jù)自己的實際經(jīng)驗進行研究，取得了客觀的技術(shù)進步。而在輸送管線工作參數(shù)積極改進的當(dāng)前,對大直徑厚壁管的要求更為嚴(yán)格。在生產(chǎn)過程中主要是運用把鋼板壓制成形的方式，這樣才能保證管道的使用性能不會被影響。針對厚壁管焊接工作量較大這一問題，需要使用串列電弧高速埋弧焊來增加鋼管的產(chǎn)量。對于5絲埋弧焊焊接16 mm厚壁管外縱縫而言，其最高焊接速度能夠達到156m/h，而焊接38mm厚壁管外縱縫的速度則達100m/h。

4.大直徑管對接全位置TIG焊機

對于我國的管道生產(chǎn)企業(yè)而言，很多中型企業(yè)的焊接機械化、自動化水平已經(jīng)達到了一個較高的臺階。焊接機械化主要是說焊接機頭的運動和焊絲的給送通過機械化的形式來實現(xiàn)，不需要人工進行操作，這就需要在焊接過程中焊頭適當(dāng)調(diào)整接縫中心位置，并對相關(guān)的焊接操作做好觀察調(diào)整。焊接自動化主要是說焊接過程在開始到結(jié)束后這一過程都是通過焊機的執(zhí)行機構(gòu)自動實現(xiàn)。不需要操作工人為改動。整個調(diào)整過程都是在焊機的自適應(yīng)控制系統(tǒng)下完成的。論文參考網(wǎng)。由于自適應(yīng)控制系統(tǒng)主要是受到高靈敏傳感器的作用，采用了先進的人工智能軟件，這對于數(shù)據(jù)信息的處理能夠發(fā)揮出明顯的優(yōu)勢。

大直徑管對接的全位置TIG焊在當(dāng)前的管道焊接中屬于一項技術(shù)含量較高的操作。當(dāng)前企業(yè)要想培訓(xùn)出技能高度熟練的焊工則需投入較大的資金，并且在焊接質(zhì)量上難以得到保證，產(chǎn)品的焊接質(zhì)量必須靠焊工自己積累的經(jīng)驗才能有所提升。為避免焊工技能不足帶來的問題,防止人為因素給產(chǎn)品焊接質(zhì)量造成影響，這就需要采用先進的智能操作方式來實現(xiàn)生產(chǎn)。這種自動焊管機能夠在直徑165～1000mm,壁厚7.0～35.0mm的不銹鋼管環(huán)縫中得到有效的處理。焊機的自動控制系統(tǒng)使用的是視覺和聽覺傳感器，并通過計算機來實現(xiàn)控制。

自適應(yīng)控制和質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)在使用過程中的理論依據(jù)為：自適應(yīng)控制采取視覺傳感器實時檢測后，對不同的信息或圖像進行數(shù)據(jù)化處理，這樣能夠按照一定的邏輯規(guī)則運行，對焊接情況進行實時觀察。且焊縫質(zhì)量的監(jiān)控系統(tǒng)則按照激光視頻傳感器,聽覺傳感器、電流傳感器的具體情況來測定焊接熔池尺寸、焊道形狀，這樣能夠有效提高焊縫質(zhì)量。論文參考網(wǎng)。論文參考網(wǎng)。

安裝視覺傳感器對于自適應(yīng)控制系統(tǒng)的使用過程有著較大的作用，把所攝取的對接區(qū)圖像輸送給計算機后就能起到很好的顯示作用。掌握計算機軟件圖像后，能夠?qū)ζ驴谶吘壍奈恢眠M行測量，便于以后的焊接操作。

攝像機和激光聚光燈是構(gòu)成激光視頻傳感器的主要部件，主要安裝位置是焊槍后面。其生成的圖像可以對焊道表面與坡口側(cè)壁之間的角度進行測量估算。而控制系統(tǒng)結(jié)合相關(guān)的信息能夠?qū)崿F(xiàn)焊接參數(shù)的確定。

5.結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展使得管道制造企業(yè)研制了很多先進的焊接技術(shù)，并且運用到了大量的現(xiàn)代化焊接設(shè)備，而焊接生產(chǎn)的工藝水平也在這種環(huán)境下得到了很好的改進。各個管道制造企業(yè)應(yīng)該在生產(chǎn)中積極采用這些技術(shù)，并根據(jù)自身的經(jīng)驗不斷研發(fā)新的焊接技術(shù)，提高產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

【參考文獻】

[1] 潘家華.全球能源變換級管線鋼的發(fā)展趨勢[ J].焊管, 2008,31(1):9-11.

[2] 王曉香.加快技術(shù)進步轉(zhuǎn)變增長方式促進我國焊管業(yè)又好又快發(fā)展[J].焊管, 2008,31(1):5-8.

篇3

中圖分類號：TU984文獻標(biāo)識碼： A

一、前言

焊接自動化技術(shù)是提高壓力容器產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本和勞動強度、保障生產(chǎn)安全的前提，焊接自動化程度已成為衡量壓力容器的工程施工質(zhì)量重要標(biāo)志之一，并且關(guān)系到整個工程的順利進行。

二、壓力容器焊接的概述

壓力容器歸于承壓類的特種設(shè)備，如果在施工階段中，專業(yè)技術(shù)和質(zhì)量操控不過關(guān)，則會構(gòu)成極大的安全隱患。在壓力容器的焊接階段中，焊接接頭的質(zhì)量對全部容器的質(zhì)量都會有重要的影響。從某種含義上講，一個壓力容器的質(zhì)量怎么，取決于很多方面，例如焊接材料的挑選，焊接技能、焊接設(shè)備的好壞以及焊接檢驗是不是合格等。壓力容器的焊接技能，則是一個關(guān)鍵的階段，需求有不斷的完善和突破。影響壓力容器焊接質(zhì)量的緣由有很多，在進行焊接之前，應(yīng)當(dāng)檢查一下焊接技術(shù)、工藝是不是合格，因為焊接技術(shù)、工藝的內(nèi)容即是對焊接質(zhì)量是否合格的可行性保障。一般說來壓力容器的焊接技術(shù)、工藝所履行的鑒定標(biāo)準(zhǔn)為NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》。

三、壓力容器焊接自動化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、接管與筒體的自動焊接技術(shù)及工藝

以往傳統(tǒng)的馬鞍形狀埋弧焊接設(shè)備運動軌道現(xiàn)已無法完全的達到現(xiàn)階段焊接設(shè)備的實踐需要，而且也不合適應(yīng)用到厚度較大、存在窄空隙坡口的焊接工作中。在這種情況下，就可以運用近幾年開發(fā)的接管馬鞍形埋弧焊接設(shè)備，該設(shè)備本身有著高度的自動化，所運用的操控方法極為快捷、敏捷，有著極強的適應(yīng)能力。自動化馬鞍形埋弧焊接設(shè)備其本身自動化的實現(xiàn)原理主要是使用接管所具有的內(nèi)徑來表示，選用四連桿夾緊的方法，來到達自動定心的意圖；該設(shè)備的焊槍在運轉(zhuǎn)軌道主要是以焊接對象的筒體和接管直徑來作為主要的焊接參數(shù)，經(jīng)過焊接參數(shù)，可以使得焊接的數(shù)學(xué)模型在這一時期徹底自動化的生成；使用人機交互的界面，可以直接對焊接的各項參數(shù)進行操控，達到多道接連進行焊接的意圖。而且其焊接的焊道可以在這一過程中自動排列；具有斷點回憶，自動復(fù)位功能，這一點對馬鞍形空間曲線焊縫的焊接非常重要；超薄大功率焊槍合適大厚度、窄空隙坡口，關(guān)于窄空隙坡口，選用一層兩道的方法進行自動埋弧焊。

2、現(xiàn)階段壓力容器焊接自動化技術(shù)

（一）、焊接方案

對不一樣原料和不一樣厚度的壓力容器進行焊接需求用到不一樣的焊接方案，常用的方案主要有氣體保護焊、埋弧焊、堆焊和窄間隙焊。氣體保護焊電弧在維護氣流的壓縮下熱量會集，焊接速度較快，熔池較小，熱影響區(qū)窄，焊件焊后變形小，操作方便，有利于焊接階段的機械化和自動化；埋弧焊有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接施工率高、無弧光及煙塵很少等長處，使其變成壓力容器、管段制作、箱型梁柱等重要鋼構(gòu)造制作中的主要焊接方案；堆焊技能很大程度上的發(fā)揮了對焊層的作用，是一種優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的堆焊技能；窄間隙焊接技能已變成現(xiàn)代工業(yè)施工中厚板構(gòu)造焊接的首選技能，其巨大的技能和經(jīng)濟優(yōu)勢表示了它是往后厚板焊接技能完善的主要方向之一。

（二）、焊接自動化智能操控技術(shù)

焊接智能化操控在世界范圍內(nèi)不斷完善，變成了現(xiàn)代焊接自動化的主要象征之一。已出現(xiàn)的一些現(xiàn)代高精度的自動操控體系，如最優(yōu)操控體系、自適應(yīng)操控體系等，在工業(yè)施工中得到了相應(yīng)程度的運用。其間焊縫盯梢是焊接自動化操控體系的一個重要組成部分，對完成壓力容器施工階段的焊接自動化含義深遠。

四、焊接自動化技術(shù)在壓力容器制造中的發(fā)展

1、硬件方面

（一）、自動焊接設(shè)備

在近10年中，國內(nèi)所研制的多頭埋弧自動焊和多頭MAG自動專用焊機已在壓力容器的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別值得一提的是國產(chǎn)形式水冷壁專用自動化焊機，大大減少了工人的勞動強度，提高了焊接質(zhì)量。現(xiàn)代焊接機器人尤其是弧焊機器人作為典型的程序控制柔性焊接系統(tǒng)，具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等長處，在壓力容器焊接范疇得到高度重視。柔性焊接機器人由于其報價不斷降低將在中國推廣應(yīng)用，變成焊接設(shè)備的微機自動化控制技能的一個發(fā)展方向。除此之外，一些工藝設(shè)備的改進，如液壓封頭筒體對裝設(shè)備、萬向焊接轉(zhuǎn)臺、小直徑筒體縱縫環(huán)縫自動焊裝置等，在很大程度上也提高了壓力容器焊接自動化程度。

（二）、自動化焊接技術(shù)方案

埋弧自動焊是當(dāng)前壓力容器焊接的主要方法，運用于封頭拼板焊縫、筒節(jié)縱環(huán)焊縫等，使焊接階段的自動化和機械化變成實際。但當(dāng)前國內(nèi)埋弧自動焊的操控體系大多仍選用簡略的模擬電路，整體功能有待進一步完善。堆焊技術(shù)主要用于厚壁壓力容器的焊接，其帶極埋弧堆焊因為母材熔深淺且較均勻，對工件表面質(zhì)量要求低，變成國內(nèi)外壓力容器內(nèi)壁堆焊的主要方案。近來研發(fā)出的高速帶極堆焊法，與帶極埋弧堆焊相比，堆焊層邊界晶粒細小，雜質(zhì)含量低，是一種經(jīng)濟性較好的堆焊方案。窄間隙焊接可以對厚壁壓力容器可進行全方位焊接，易于完成焊接階段的自動化。當(dāng)前，該技術(shù)完成了焊前預(yù)置參數(shù)、自動穩(wěn)定焊接電壓、電流和速度，而且具有高度和橫向自動盯梢體系，完成焊縫的自動化焊接。

2、軟件方面

（一）、焊接的智能化操控

這些年焊接智能化操控技術(shù)在壓力容器工作中得到了很大的完善。焊縫盯梢是焊接智能化操控體系的一個重要組成部分，對完成壓力容器施工階段的焊接自動化含義深遠。當(dāng)前運用的焊縫盯梢體系主要包含觸摸式和非觸摸式兩種類型。觸摸靠形式盯梢體系經(jīng)過橫向盯梢、縱向盯梢和微調(diào)體系堅持導(dǎo)電嘴和焊縫之間間隔不變，完成環(huán)縫焊接自動化，但有時會因坡口及焊縫的加工裝配不均勻而影響傳感器的丈量精度。非觸摸式盯梢體系與其它學(xué)科聯(lián)系嚴(yán)密，當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者對此進行了不一樣程度的研討。非觸摸式超聲波盯梢傳感用到埋弧焊機上進行對焊縫坡口檢查的焊縫盯梢，能達到壓力容器制作的需求，在低成本焊接自動化具有較好的運用空間。基于CCD視覺焊縫盯梢體系能夠用于埋弧焊、等離子弧焊等多種焊接方案和設(shè)備中，但鑒于焊接階段的運用環(huán)境惡劣，傳感器要得到弧光、高溫、煙塵等的攪擾，使傳感器的精度、抗攪擾功能和靈敏度得到不一樣程度影響。盡管迄今為止已研討出多種自動盯梢方案，但大多數(shù)還處于試驗期間。由于計算機信息技能的完善和新式傳感方法的研討，焊縫盯梢技能將會在壓力容器職業(yè)得到廣泛運用，進一步完善壓力容器焊接階段的自動化和智能化程度。

（二）、人工智能技能及專家體系

人工智能技能在焊接階段中具有代表性的是模糊操控體系、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)操控體系和焊接專家體系。I11-SooKim等將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引進GMA焊接方案來猜測焊接區(qū)寬度，拓寬了GMA焊接的運用范疇。當(dāng)前，美國、日本等國家相繼在技能擬定、缺點剖析、資料挑選和設(shè)備挑選等方面完善了一系列研討開發(fā)。美國AdaptiveTechnologies公司開發(fā)的Camtech100和Adaptitech1000可完成零件定位、焊接操作和質(zhì)量檢查等功能，體系能依據(jù)來自傳感器的光、溫度、電弧等信息，自動調(diào)整焊接途徑、線能量、送絲速度和搖擺參數(shù)等，并可優(yōu)化多道焊參數(shù)。日本NKK公司開發(fā)的“焊接參數(shù)操控專家體系”可給出最優(yōu)焊接參數(shù)，以確保恒定的熔深及焊接高度。中國在這范疇也相繼開發(fā)了不一樣類型的運用軟件，其間清華大學(xué)開發(fā)的“通用型弧焊技能專家體系QHWES”因其較強的適應(yīng)性和再開發(fā)才能而獨具特色。

五、結(jié)束語

從實踐出發(fā)對當(dāng)前焊接自動化技術(shù)中所遇到的問題以及措施等相關(guān)知識，進行了粗略的分析和研究。綜上分析，焊接自動化技術(shù)在壓力容器制造中的應(yīng)用是運用科學(xué)的方法，促進技術(shù)工作的完善。

參考文獻

[1]韓淑梅，姜玉秀.淺析當(dāng)前焊接技術(shù)的發(fā)展[J].知識經(jīng)濟，2011

篇4

[中圖分類號] G434 [文獻標(biāo)識碼] A 文章編號：1671-0037（2015）08-80-6

Analysis of the Hot Spot and Research Trend of the Material Engineering Discipline based on the Common Word Knowledge Map

Zhang Xuezhao1，2

（1.Library of Henan University of Science and Technology， Luoyang Henan 471023; 2. Libraryof Zhoukou science and technology Career Academy， Zhoukou Henan 466000）

Abstract：In this paper， the latest scientific metrology technology―knowledge map is applied to the material engineeringdiscipline in our country. Through taking the two disciplines （Materials Science and Welding） as the research objects， a total common word knowledge mapsof thetwo disciplines were constructed， tohighlight the research hotspot， research trends and development of thetwo disciplines.

Keywords：knowledge map; commonword analysis; welding; Materials Science

1 研究內(nèi)容

將材料學(xué)和焊接學(xué)兩門學(xué)科作為研究對象，以CSCD國內(nèi)權(quán)威數(shù)據(jù)庫的作為數(shù)據(jù)源，采用計量學(xué)中的共詞分析方法，對1989～2013年材料學(xué)、焊接學(xué)等學(xué)科文獻的關(guān)鍵詞進行統(tǒng)計，并利用聚類分析、因子分析、多維尺度分析以及社會網(wǎng)絡(luò)分析等方法和相關(guān)軟件，構(gòu)建這兩門學(xué)科的關(guān)鍵詞詞頻分布表、類團關(guān)系圖等，通過對所構(gòu)建的兩個學(xué)科的共詞知識圖譜進行詳細比較對比，分析兩門學(xué)科的當(dāng)前研究熱點、研究趨勢及前景。

2 研究方法及過程

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用的數(shù)據(jù)來源于《中文社會科學(xué)引文索引》檢索系統(tǒng)。本文選取CSSCI1989～2013年收錄的期刊----鋼鐵研究學(xué)報和復(fù)合材料學(xué)報、電焊機和焊接技術(shù)做樣本，套錄該期刊文獻的所有題錄信息。具體方法：打開CSSCI檢索界面，收錄年限選定為1989～2013，在[來源文獻]檢索界面的[期刊名稱]中分別輸入“鋼鐵研究學(xué)報、復(fù)合材料學(xué)報和電焊機、焊接技術(shù)”期刊刊名，[匹配]限定為“精確”，同時[每屏顯示]設(shè)定為50條，套錄這些期刊在這一時期內(nèi)文獻的題錄信息，然后將得到的數(shù)據(jù)分別整理后，分別得出在這一時期內(nèi)材料學(xué)和焊接學(xué)題錄數(shù)據(jù)庫。然后通過利用C#自編的計算機程序，按照頻次由高到低排列，得到一個材料學(xué)和焊接學(xué)的關(guān)鍵詞排名，頻次總數(shù)分別是16 057個和21 622個。

2.2 數(shù)據(jù)處理說明

從兩個學(xué)科關(guān)鍵詞排序中分別截取一定頻次的關(guān)鍵詞，其中材料學(xué)關(guān)鍵詞截取詞頻大于22次、焊接學(xué)關(guān)鍵詞截取詞頻大于50次，由此，得出了兩個學(xué)科的99個和102個高頻關(guān)鍵詞。再將這些類似性質(zhì)的關(guān)鍵詞進行歸整，從而分別確定了兩個學(xué)科的80個和63個高頻關(guān)鍵詞表，將這兩個關(guān)鍵詞表（見表1-1、表1-2）作為共詞分析我國材料工程學(xué)科的基礎(chǔ)。

2.3 構(gòu)造關(guān)鍵詞共詞矩陣

2.3.1 構(gòu)造原始共詞矩陣

由于以上兩個學(xué)科選定的關(guān)鍵詞是材料工程學(xué)科論文中出現(xiàn)頻率最高的詞，它們代表了當(dāng)前我國材料工程學(xué)科的研究熱點。為了能進一步更好地反映這些關(guān)鍵詞之間的關(guān)系，本論文對這些高頻關(guān)鍵詞作如下處理：在已建立的題錄數(shù)據(jù)庫中，利用自編的計算機程序分別對兩個學(xué)科確定的80個和63個高頻關(guān)鍵詞兩兩進行共詞檢索，經(jīng)過統(tǒng)計分析，得到了一個80×80的共詞矩陣（部分數(shù)據(jù)見表1-3）和一個63×63的共詞矩陣（部分數(shù)據(jù)見表1-4）。

以上兩個表格中的共詞矩陣是一個相關(guān)、對稱矩陣，對角線上的數(shù)據(jù)為該詞出現(xiàn)的頻次，主對角線單元格的數(shù)據(jù)為兩個關(guān)鍵詞共同出現(xiàn)的頻次。

2.3.2 構(gòu)造相關(guān)矩陣

本文在對兩個學(xué)科的原始矩陣進行包容處理時采取Salton指數(shù)法，處理數(shù)據(jù)部分結(jié)果見表1-5和表1-6，Salton指數(shù)法的計算公式為[3]：S=Nij/（Ni×Nj）1/2（3-1）。其中，Ni，Nj分別表示關(guān)鍵詞i和j的頻次，Nij表示關(guān)鍵詞i和j共現(xiàn)的頻次。

以上兩個表格相關(guān)矩陣中的數(shù)字為相似數(shù)據(jù)，數(shù)字的大小表明了相應(yīng)兩個關(guān)鍵詞之間的距離遠近，數(shù)值越大則表明關(guān)鍵詞之間的距離越近，相似度越好;反之，數(shù)值越小則表明關(guān)鍵詞之間的距離越遠，相似度越差。

2.3.3 構(gòu)造相異矩陣

由于相關(guān)矩陣中的‘0’值過多，統(tǒng)計時容易造成誤差過大，為了方便進一步處理，兩個學(xué)科相異矩陣的部分數(shù)據(jù)詳見表1-7和表1-8。

以上兩個表格相異矩陣中的數(shù)據(jù)，正好與相關(guān)矩陣相反，數(shù)值越大則表明關(guān)鍵詞之間的距越遠，相似度越差;反之，數(shù)值越小則表明關(guān)鍵詞之間的距離越近，相似度越好。

2.4 聚類方法與聚類圖

具體方法：在SPSS17.0軟件界面中輸入要分析的相異矩陣，然后選擇[分析]――[分類]――[系統(tǒng)聚類]進行聚類分析。聚類方法選擇組間距離法;度量標(biāo)準(zhǔn)--區(qū)間選擇共詞聚類分析中最常用的歐氏距離（Euclideandistance）。

3.5 構(gòu)建類團關(guān)系圖

類團關(guān)系圖主要用連線的粗細來明確類團間的關(guān)系強弱，類團間的關(guān)系強弱以連線的粗細來表示，兩個類團之間的連接線就越粗，說明他們之間的關(guān)系的關(guān)系越強，反之則亦然[4]。具體方法是首先計算出各個類團的內(nèi)部聯(lián)系強度與其外部聯(lián)系強度，然后利用先進的社會網(wǎng)絡(luò)分析軟件pajek繪制出兩個學(xué)科的類團關(guān)系圖。通過對兩學(xué)科類團的形成、演化、新增及消失的過程研究，動態(tài)地揭示我國材料工程學(xué)科的研究的現(xiàn)狀、熱點及發(fā)展。

3 研究結(jié)果與分析

3.1總體狀況描述

材料學(xué)科（以鋼鐵研究學(xué)報和復(fù)合材料學(xué)報為代表）從1983年到2013年共有9 302篇論文，每種期刊年均155.03篇，平均每篇論文的關(guān)鍵詞數(shù)為1.73個。經(jīng)過規(guī)整、縮減后，這一階段頻次不小于22次的高頻詞共80個，其中，復(fù)合材料、力學(xué)性能、顯微組織、有限元分析、層合板、數(shù)值模擬等出現(xiàn)200次以上，說明網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以復(fù)合材料為核心的材料性能分析是這一階段的研究熱點，具體分析內(nèi)容主要體現(xiàn)在材料的力學(xué)性能分析、有限元分析、數(shù)值模擬分析等方面。

焊接學(xué)科（以電焊機和焊接技術(shù)為代表）從1984年到2013年共有11 778篇論文，每種期刊年均196.3篇，平均每篇論文的關(guān)鍵詞為1.84個。這一學(xué)科（焊接學(xué)科）論文總數(shù)與材料學(xué)科相比基本持平，但是篇均關(guān)鍵詞數(shù)卻略有上升。經(jīng)過規(guī)整、縮減后，這一階段頻次不小于50次的高頻詞共63個，與材料學(xué)科相比，焊接工藝以2 368次居于首位，焊機、焊縫、焊接電源、焊接控制、焊接質(zhì)量、焊接電流、電焊、埋弧焊、焊條等是出現(xiàn)200次上的高頻詞，可見，在該學(xué)科目前的主要研究熱點是焊接設(shè)備、焊接工藝、焊接工業(yè)參數(shù)等方面。這些方面的研究直接決定或影響到焊接質(zhì)量和焊接效果，這也與生產(chǎn)實際緊密結(jié)合，充分體現(xiàn)了這一學(xué)科的實踐性。

3.2 研究主題的異同

從材料學(xué)科形成的聚類圖可以看出，我國材料學(xué)科的主要熱點研究領(lǐng)域、研究主題、研究熱點可以總結(jié)為以下幾個方面：

3.1.1 材料工藝、參數(shù)研究

這方面的研究是我國材料學(xué)科研究領(lǐng)域研究成果最豐碩的部分之一。該類團群主要包括“材料熱處理類團”“材料工藝性能研究類團”兩個類團。在該階段，從關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果來看，隨著有計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)/值模擬仿真技術(shù)及材料熱處理技術(shù)的發(fā)展。材料學(xué)科研究動態(tài)主要表現(xiàn)在以下兩個方面：第一，材料分析、材料加工更加精準(zhǔn)化。第二，材料熱處理參數(shù)、方法始終是材料學(xué)科發(fā)展的重點。

3.1.2 工程材料研究

工程材料研究始終是材料學(xué)科研究的主要方向。工程材料類團群主要包括金屬材料類團、非金屬材料類團、復(fù)合材料類團。金屬材料類團一直是材料學(xué)科發(fā)展的主流，各種有色金屬它們是現(xiàn)代各種機器零部件的生力軍，它們?yōu)椴牧蠈W(xué)科的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。復(fù)合材料類團的研究是材料學(xué)科發(fā)展的延續(xù)和補充。在現(xiàn)當(dāng)代化生產(chǎn)中，隨著對材料性能需求的日益提高，單純的金屬材料性能已經(jīng)不能滿足各類機器零部件的使用要求，為此復(fù)合材料的研究被材料學(xué)家們納入了研究領(lǐng)域，并且自從復(fù)合材料進入研究領(lǐng)域開始，到現(xiàn)在，乃至未來，復(fù)合材料的研究都將經(jīng)久不衰，這一點從關(guān)鍵詞詞頻分布都可以看出：復(fù)合材料出現(xiàn)的頻次排列第一、層合板、金屬基復(fù)合材料、高溫合金、陶瓷基復(fù)合材料、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵詞的都屬于這一類團，并且頻次分布也很靠前。

3.1.3 材料性能缺陷研究

材料性能缺陷研究也是我國材料學(xué)科乃至全世界材料學(xué)科研究的主題。這一研究類團群主要包括材料加工方法類團和材料缺陷類團。材料缺陷類團包含的關(guān)鍵詞主要有：疲勞、裂紋、磨損、斷裂、夾雜物等，這些關(guān)鍵詞頻次的分布在本研究統(tǒng)計中占有相當(dāng)?shù)谋戎兀纱丝梢钥闯鲈鯓宇A(yù)防材料的各種缺陷，提高材料的加工及使用性能，至關(guān)重要。緊接著引出了材料學(xué)家們所關(guān)注的材料的加工類團（轉(zhuǎn)爐、電弧爐、熱軋、冷軋、軋制等）。雖然這一類團群的關(guān)注度不如工程材料研究，也不如材料工藝參數(shù)的研究。但是無論從各種工程材料來說，還是從各種材料的工藝參數(shù)研究來說其目的都是怎樣去避免材料的各種缺陷，從而提高和改善材料的加工性能、使用性能，達到人們生產(chǎn)加工的目的。

從焊接學(xué)科的聚類圖可以看出，我國焊接學(xué)科的主要熱點研究領(lǐng)域、研究主題、研究熱點可以總結(jié)為以下幾個研究方向：

3.1.3.1 焊接工藝參數(shù)研究。同材料學(xué)科一樣，焊接學(xué)科的焊接接工藝參數(shù)研究是本學(xué)科的研究主題和重點。在這一類團群中焊接工藝這一關(guān)鍵詞在頻次表中出現(xiàn)的次數(shù)達到了2 368次，可見在焊接學(xué)科中，工藝參數(shù)研究所站的比重和地位。焊接工藝規(guī)范、焊接工藝參數(shù)、焊接手法等方面是這一類團研究的主題，而這一研究主題隨著焊接設(shè)備和焊接方法的不同焊接工藝亦有不同。

3.1.3.2 焊接類型方法研究。這一類團是一個大面類團，焊接類型和方法直接決定或影響焊接工藝、決定了焊接設(shè)備、焊接工具的選擇。這一類團的關(guān)鍵詞主要有：手工電弧焊、堆焊、焊接方法、激光焊接、攪拌摩擦焊、點焊、埋弧焊、釬焊、氬弧焊、氣體保護焊等。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展及焊接質(zhì)量要求的提高，該類團正朝著自動焊接、機器人焊接等自動化方向發(fā)展。

3.1.3.3 焊接工程、工具、材料研究。焊接工程、工具、材料這一類團群涉及焊接材料、焊接環(huán)境、焊接設(shè)備工具，從而間接地決定焊接方法的選擇、焊接工藝流程。這一研究類團，從各種焊接對象材料（管道、鋁合金、不銹鋼、奧氏體不銹鋼等）說起，涉及了焊接結(jié)構(gòu)、焊接工程、工程建設(shè)及焊接應(yīng)用。分析了焊條、藥芯焊絲的使用環(huán)境、使用方法等。這一主題類團的研究，是該學(xué)科研究的基礎(chǔ)，研究主題關(guān)鍵詞雖然詞頻分布沒有排在前列，但關(guān)鍵詞詞頻分布的范圍廣。未來該主題的研究將朝著細化焊接工具方向，具體可能以焊接工具研究所形式出現(xiàn)。

3.1.3.4 焊接質(zhì)量控制研究。這一類團的研究主題是焊接學(xué)科研究的目的所在。不管焊接工藝如何合理、焊接方法如何選擇、焊機及焊接工具的選擇的多么具有針對性，其最終目的是獲得優(yōu)質(zhì)的焊接質(zhì)量。在這一研究主題中，分析了各種焊接缺陷（裂紋、缺陷、變形等）各作者、學(xué)者提出了如何規(guī)避焊接缺陷的各種方法、技巧。目前這一研究主題隨著焊接材料的多樣化，生產(chǎn)要求的提高而日益嚴(yán)峻，機器人技術(shù)、自動焊技術(shù)的發(fā)展對焊接質(zhì)量的提高起著決定性的作用，但其普及應(yīng)用任重而道遠。

4 類團關(guān)系分析

確定了材料學(xué)科、焊接學(xué)科類團后，就可以研究各學(xué)科類團間的相互關(guān)系，找出哪些類團是核心類團，它與其他類團之間聯(lián)系密切;哪些類團是非核心類團，它與其他類團之間聯(lián)系疏松;哪些類團與其他任何類團都沒有任何關(guān)系，屬于相對獨立類團。為此，筆者根據(jù)各類團之間的內(nèi)、外相互關(guān)系，利用pajek軟件繪制出了既能反映自身類團的內(nèi)部聯(lián)系強度又能反映這個類團與其他類團的外部聯(lián)系強度的類團關(guān)系圖（如圖1-1、圖1-2所示）。在圖中，類團的內(nèi)部聯(lián)系強弱用節(jié)點的大小來表示，節(jié)點越大，表明該類團的內(nèi)部聯(lián)系強度越小，反之，則相反;節(jié)點連線的顏色深淺和連線的粗細程度和表示兩節(jié)點間的外部聯(lián)系強度，兩節(jié)點間連線顏色越深、連線越粗，則表示兩類團之間的外部聯(lián)系強度越大，反之，則相反。

圖1-2 焊接學(xué)類團關(guān)系圖

5 結(jié)語

本部分研究采用共詞分析方法，利用聚類分析、先進的社會網(wǎng)絡(luò)分析方法和軟件Pajek，分別繪制出材料學(xué)科和焊接學(xué)科兩學(xué)科的聚類圖、類團關(guān)系圖，對兩個學(xué)科：材料學(xué)科和焊接學(xué)科研究主題進行了較為詳細的對比分析。通過分析對比得出兩個學(xué)科的發(fā)展變化特點：

5.1 材料學(xué)科和焊接學(xué)科都屬于工學(xué)學(xué)科，其發(fā)展研究主題存在共性

從兩個學(xué)科的研究主題來看，我國材料學(xué)科研究領(lǐng)域、研究熱點體現(xiàn)在復(fù)合材料、材料工藝參數(shù)研究、材料性能缺陷研究上，而焊接學(xué)科體現(xiàn)在焊接工程、工具材料、焊接工藝參數(shù)研究、焊接質(zhì)量（缺陷）控制上。兩個學(xué)科之間研究主題框架基本一致，其目的都是為了滿足生產(chǎn)實踐，都是為了規(guī)避缺陷（材料缺陷、焊接缺陷），提升加工質(zhì)量。

5.2 熱點研究領(lǐng)域顯現(xiàn)新特征

兩大學(xué)科的熱點研究領(lǐng)域各有新特征：材料學(xué)科的陶瓷基復(fù)合材料、鋁基復(fù)合材料、有限元分析、數(shù)值模擬等;焊接學(xué)科的自動焊技術(shù)、機器人技術(shù)等。

5.3 兩個學(xué)科研究范圍和內(nèi)容具有一定的連續(xù)性、階段性、變化性

兩個學(xué)科不論是材料學(xué)科還是焊接學(xué)科都是從工程材料研究到工藝參數(shù)研究，最后再到性能缺陷研究，整個研究過程呈現(xiàn)出連續(xù)性、穩(wěn)定性、階段性、變化性的特點。每個階段在各自基礎(chǔ)上由細化整體上呈現(xiàn)發(fā)展性。

參考文獻：

篇5

關(guān)鍵詞： 埋弧焊；長輸管線；現(xiàn)場；可行性

Key words： submerged arc welding；long distance pipeline；field；feasibility

中圖分類號：TG457.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）30-0108-02

1 埋弧焊原理及其特點

1.1 埋弧焊原理 埋弧焊是當(dāng)今生產(chǎn)效率較高的機械化焊接方法之一，它的全稱是埋弧自動焊，又稱焊劑層下自動電弧焊。它是一種以連續(xù)送進的焊絲作為電極和填充金屬，焊接時在焊接區(qū)域的上面覆蓋一層顆粒狀焊劑，電弧在焊劑層下燃燒，將焊絲端部和局部母材熔化并形成焊縫的焊接方式。在電弧熱的作用下，上部分焊劑熔化熔渣并與液態(tài)金屬發(fā)生冶金反應(yīng)。熔渣浮在金屬熔池的表面，一方面可以保護焊縫金屬，防止空氣的污染，并與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，改善焊縫金屬的成分及性能；另一方面還可以使焊縫金屬緩慢泠卻。

焊接過程中，在工件被焊處覆蓋一層30-50mm厚的粒狀焊劑，連續(xù)送進的焊絲在焊劑層下與焊件間產(chǎn)生電弧，電弧的熱量使焊絲、工件和焊劑溶化，形成金屬熔池，使它們與空氣隔絕。隨著焊機自動向前移動，電弧不斷熔化前方的焊件金屬、焊絲及焊劑，而熔池后方的邊緣開始冷卻凝固形成焊縫，液態(tài)熔渣隨后也冷凝形成堅硬的渣殼。

1.2 埋弧焊的特點 ①焊接自動化程度高。埋弧自動焊接時，引燃電弧、送絲、電弧沿焊接方向移動及焊接收尾等過程完全是通過操作控制盤上的按鈕開關(guān)來實現(xiàn)自動控制的，機械操作的程度非常高。

②焊接效率高。埋弧焊的焊絲伸出長度（從導(dǎo)電嘴末端到電弧端部的焊絲長度）遠較手工電弧焊的焊條短，一般在50mm左右，而且是光焊絲，不會因提高電流而造成焊條藥皮發(fā)紅問題，所以可使用較大的電流（比手工焊大5-10倍），因此，熔深大，焊絲溶敷效率大大提高，對于20mm以下的對接焊甚至可以不開坡口，不留間隙，這就減少了填充金屬的數(shù)量，生產(chǎn)率較高，另一方面由于焊劑和溶渣的隔熱作用，電弧上基本沒有熱的輻射散失，飛濺也很少，雖然用于熔化焊劑的熱量損耗有所增大，但總的熱效率仍然大大增加。

③焊縫質(zhì)量高。熔渣隔絕空氣的保護效果好，熔渣可降低接頭冷卻速度，焊接參數(shù)可以通過自動調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定，對焊工技術(shù)水平要求不高，焊縫成分穩(wěn)定，機械性能比較好。

④勞動條件好。除了減輕手工、半自動焊操作的勞動強度外，埋弧焊時電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧光不外露，電弧被焊劑覆蓋與空氣隔離，焊接時沒有弧光輻射，減輕對操作者身體的傷害。

⑤埋弧焊的缺點。1）由于埋弧焊是依靠顆粒狀焊劑堆積形成保護條件，因此，目前較適用于平焊位置的焊接，對于環(huán)焊縫應(yīng)用較少。2）由于埋弧焊焊劑的成分主要是MnO、SiO2等金屬及非金屬氧化物，所以難以用來焊接鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金。3）只適于長焊縫的焊接。由于機動靈活性差，焊接設(shè)備比較復(fù)雜，短焊縫顯不出生產(chǎn)效率高的特點。4）由于埋弧焊電弧的電場強度較大，焊接電流小于100A時，電弧的穩(wěn)定性不好，因此不適合焊接厚度小于1mm的薄板。

2 埋弧焊目前在管線鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 埋弧焊目前在管線鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用 眾所周知，目前長輸管線所用X**級管線鋼所用生產(chǎn)工藝有電阻焊（ERW）、螺旋埋弧焊（SSAW）、直縫埋弧焊（LSAW）等三種工藝，國內(nèi)知名生產(chǎn)廠家寶鋼、武鋼、邯鋼、鞍鋼、沙鋼、本鋼、攀鋼、酒鋼、濟鋼、南鋼、馬鋼、太鋼等均有管線鋼埋弧焊（SSAW、LSAW）生產(chǎn)線，相關(guān)技術(shù)及設(shè)備、焊劑、焊絲等應(yīng)用已非常成熟。

2.2 管線鋼焊接接頭性能分析 以西氣東輸二線主線路所用X80級管線鋼為例，進行管線鋼埋弧焊接頭性能分析。由于X80鋼在成分設(shè)計上采用超低碳微合金化，添加Nb、V、Ti、Mo等微量元素細化晶粒，同時嚴(yán)格控制了S、P含量，使其具有很高的強度和韌性。西氣東輸二線工程中X80鋼匹配焊劑采用氟堿型和鋁堿型混合渣系，合理控制堿度，在提高焊縫強度的同時提高了韌性，通過對焊縫試樣進行拉伸、彎曲、沖擊、硬度等系列檢測，焊縫性能完全滿足API 5L和西氣東輸二項對X80鋼力學(xué)性能的要求，同時焊縫表面光滑、脫渣性好，表現(xiàn)出優(yōu)良的工藝性能。

X80管線鋼埋弧焊的焊縫組織比較細小（見圖1），晶粒大小比較接近母材，且絕大部分為不規(guī)則分布的針狀鐵素體組織，焊縫整體實現(xiàn)了以鐵素體為主的組織控制。其中熱影響區(qū)鐵素體比例達到了84%，其中先共析鐵素體約占46%。力學(xué)性能方面，埋弧焊焊縫也表現(xiàn)優(yōu)異，如焊縫抗拉強度（見圖2）中所示，27個試樣中每個試樣的強度值均大于或等于母材強度，斷口位置均在母材區(qū)，實現(xiàn)了焊縫與母材的等強或超強匹配。

2.3 埋弧焊應(yīng)用于施工現(xiàn)場的可行性分析 通過埋弧焊在管線鋼生產(chǎn)工廠的應(yīng)用可知，在焊劑、焊絲、焊接設(shè)備等方面條件已完全具備，而施工現(xiàn)場與生產(chǎn)車間的差別主要在于施工現(xiàn)場環(huán)境多樣性、焊接設(shè)備的移動性和焊口一側(cè)鋼管的不可移動性。下面就這三個方面分別闡述埋弧焊應(yīng)用于施工現(xiàn)場的可行性。

施工現(xiàn)場環(huán)境的多樣性包括兩個方面：地形多樣性和氣候多樣性。地形多樣性方面，可以盡量把埋弧焊施工應(yīng)用于地形相對平坦段，如西氣東輸二線西段工程，而對于施工中不可避免的冷彎管和熱煨彎頭焊接，可以通過適當(dāng)增加焊口附近的土方工程量（如增大放坡量）減小彎曲角度、選用熟練機械操作手靈活操作減小對口機械力等方式，盡量降低對焊接的影響，也可以做留頭處理。對于氣候多樣性，由于埋弧焊采用焊劑保護，對氣候適應(yīng)能力較強，除非現(xiàn)場條件特別惡劣，一般配置防風(fēng)棚及附屬物品即可滿足施工。

對于焊接設(shè)備的移動性，由于埋弧焊采用與內(nèi)焊機（IWM）打底焊（見下文）相結(jié)合的方式，只需焊接兩遍即可完成整道焊口施工，可采用大型多功能焊接車承載埋弧焊設(shè)備及附屬模塊的方式，按照長輸管線施工現(xiàn)場特點把埋弧焊設(shè)備合理布置于承載車上。但須指出的是，由于埋弧焊使用焊接電流較大，所用承載車所配發(fā)電系統(tǒng)必須滿足使用條件。

焊口不可轉(zhuǎn)動性方面，這里存在焊槍運行軌道需為一完整圓形和焊劑預(yù)鋪設(shè)和回收再利用兩個問題。埋弧焊焊槍運行軌道方面，據(jù)筆者所知，目前已有很多研究機構(gòu)完成了多種形式的智能跟蹤焊接小車，能夠應(yīng)用各種傳感器自動跟蹤焊縫形狀、位置和走向并隨之改變焊接參數(shù)，其中部分導(dǎo)向機構(gòu)經(jīng)過改進已完全可以勝任長輸管線現(xiàn)場焊接施工。至于焊劑預(yù)鋪設(shè)和回收再利用，可以根據(jù)具體使用情況設(shè)計智能機械手，使行走軌道同樣為圓形，其運行稍早于焊槍，而機械手攜帶的盛焊劑的容器有足夠的長度，保證在焊槍行走過后有短暫間隔后開始收集未熔化的焊劑。

3 長輸管線現(xiàn)場施工應(yīng)用模式探討

內(nèi)焊機（IWM）打底焊+埋弧焊的現(xiàn)場焊接模式通過內(nèi)焊機進行根焊，埋弧焊機進行剩余焊口焊接的模式，各需一遍即可完成整道焊口的焊接。打底焊采用具有內(nèi)對口與管內(nèi)焊接功能的設(shè)備組裝在一起的管內(nèi)自動根焊機完成，可以把對口與根焊幾乎同步完成，而且一般缺陷少，操作熟練后，這道工序僅需幾十秒鐘，大大提高了現(xiàn)場施工速度。而在內(nèi)焊機撤離后，焊口已具有一定的承受力，降低了埋弧焊時的焊接應(yīng)力。由于埋弧焊焊接電流大，熔深大，可集熱焊、填充焊、蓋面焊于一遍，且焊接速度大，可以使每道口的焊接時間大大縮短。考慮現(xiàn)場實際操作過程，以西氣東輸二線管道工程1219×18.4mm的X80級管線鋼為例，預(yù)計每道焊口從內(nèi)焊機介入到埋弧焊機完成焊接撤離不超過5分鐘時間。總體來講，單臺內(nèi)焊機配合單臺埋弧焊機組成的焊接小機組每小時可焊接10道口左右。

手工焊打底+埋弧焊的現(xiàn)場焊接模式。通過手工焊打底可以增加根焊層的厚度，防止埋弧焊焊透根焊層，其余與上述模式相同。

4 結(jié)論

施工現(xiàn)場情況復(fù)雜，焊劑回收重復(fù)利用率受影響，且需用其它焊接方式連頭，因為埋弧焊連頭可能會使殘余應(yīng)力過大。但一旦埋弧焊打破傳統(tǒng)焊接方式，應(yīng)用于長輸管線施工現(xiàn)場，可使單道口的焊接時間縮短至傳統(tǒng)手工焊、半自動焊方式的十分之一之內(nèi)，普通全自動焊的三分之一之內(nèi)。

參考文獻：

篇6

Abstract: introduce the Westinghouse AP1000 nuclear power plants in China with the advanced technology of the modular design and construction idea, nuclear power station is modular build will design phase of each "module" determined by nuclear power site outside workshop prefabrication and assembly at the scene with a complete set of corresponding function into the entity, and module of the precast and assembly quality is to build nuclear power quality control of key stage, will be related to nuclear power plant operation after completion of nuclear security. In this paper, according to the Westinghouse AP1000 nuclear power plant construction practice of modular build quality control of key and difficulty of the analysis and puts forward some measures.

Keywords: modular build; The Westinghouse AP1000 module; Quality control

中圖分類號：O213.1文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

引言

我國引進的AP1000核電站技術(shù)已在三門和海陽兩個項目中開工建設(shè)，AP1000采用了三維設(shè)計技術(shù)工具，模塊化的設(shè)計和建造理念，這在我國核電設(shè)計和建造中首次大規(guī)模應(yīng)用模塊化。模塊化建造是將設(shè)計意圖轉(zhuǎn)化為具體的功能實體的重要活動。雖然采用模塊化減少了在現(xiàn)場的施工量，可以縮短核電建設(shè)工期，但在大規(guī)模采用模塊化時，也改變了施工的難度，對質(zhì)量控制流程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制提出了新要求。如何保證模塊預(yù)制、現(xiàn)場組裝和吊裝質(zhì)量是參建各方均高度重視的重點。本文就AP1000模塊化建造中的質(zhì)量控制結(jié)合在建項目進行分析和探討。

1．模塊化建造理念

“模塊”，在這指將某些材料或部件預(yù)制組合在一起，構(gòu)成一個具有分隔空間或特定功能的核電組合件。

模塊化建造，就是通過工廠化預(yù)制好便于運輸?shù)淖鳛橐粋€整體單元的模塊或子模塊，然后在現(xiàn)場通過對模塊的吊裝或子模塊的組裝和吊裝就位就可以為安裝和土建作業(yè)同時提供作業(yè)空間的工程建造方式。

2．AP1000模塊

2.1 AP1000模塊的分類

根據(jù)在建AP1000核電站模塊的劃分為兩類：結(jié)構(gòu)模塊和設(shè)備模塊。每臺機組按現(xiàn)場吊裝最終模塊計結(jié)構(gòu)模塊108塊，設(shè)備模塊70塊。這些最終的大型或超大型模塊又由幾個或十幾個、甚至幾十個子模塊組裝而成。另外鋼安全殼通常作為一個特殊結(jié)構(gòu)模塊進行建造。

結(jié)構(gòu)模塊一般由各種鋼板和型鋼焊接接連及內(nèi)部混凝土構(gòu)成，尺寸和體積大小不一，吊裝就位即形成核電廠廠房建筑結(jié)構(gòu)的一部分。主要是用來對空間結(jié)構(gòu)進行分割，形成相對獨立的空間，改變傳統(tǒng)的先土建作業(yè)后設(shè)備安裝作業(yè)的順序，便于在組裝好的模塊空間上同時進行設(shè)備安裝和混凝土澆灌等作業(yè)，以縮短工期。

設(shè)備模塊由設(shè)備、管道、泵、閥門、儀表、支架以及固定用的型鋼等組成。通常根據(jù)各區(qū)域內(nèi)設(shè)備及其連接件的布置情況作為一個單元易于預(yù)裝配合理劃分模塊大小，這類模塊是固定在永久支撐鋼結(jié)構(gòu)上以構(gòu)成一個模塊整體進行安裝，就位后即作為工藝系統(tǒng)的一部分。

2.2 AP1000模塊的特點

（1）大量采用模塊貫穿建造始終，使現(xiàn)場外模塊預(yù)制與核電站現(xiàn)場組裝、吊裝作業(yè)成為兩條并行的施工主線。

（2）采用模塊的作業(yè)范圍淡化了傳統(tǒng)劃分上的土建和安裝的界限，使同一模塊里同時具有傳統(tǒng)劃分上的土建和安裝物項，使土建和安裝變?yōu)橥耆慕徊媸┕すば颍涌谠龆唷?/p>

（3）結(jié)構(gòu)模塊的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、重量重，如CA20模塊重達730噸，外形尺寸約20.5m長，14.2m寬，20.7m高，由18個房間構(gòu)成。

（4）模塊和設(shè)備的安裝需使用大型吊裝設(shè)備，現(xiàn)場吊裝作業(yè)受風(fēng)力等自然環(huán)境因素影響較大。

（5）幾乎所有模塊的吊裝施工都采用開頂法。

（6）模塊采用鋼板、型鋼組成和做支撐，焊接工作量增大。

3．AP1000模塊化建造的質(zhì)量控制

3.1模塊化建造質(zhì)量控制重點的變化

大量采用模塊化預(yù)制和組裝建造，其質(zhì)量控制的關(guān)鍵點和難點與傳統(tǒng)的建造方式發(fā)生了變化，其中模塊預(yù)制精度和現(xiàn)場組裝精度是質(zhì)量控制的關(guān)鍵，不僅影響到結(jié)構(gòu)模塊最終的吊裝接口質(zhì)量，也影響到結(jié)構(gòu)模塊與設(shè)備模塊安裝的接口質(zhì)量，而模塊最終的安裝質(zhì)量會直接影響到今后的核安全。熟悉和掌握質(zhì)量監(jiān)控的范圍和重點，有利于做好過程控制，使質(zhì)量處于可控受控狀態(tài)。在模塊化建造中，整個施工過程涉及測量、組對、焊接、吊裝、運輸?shù)榷鄠€環(huán)節(jié)，質(zhì)量控制重點的變化主要有：

（1）對大型結(jié)構(gòu)模塊的預(yù)制、組裝、安裝和吊裝等工序接口的質(zhì)量控制。

（2）模塊預(yù)制產(chǎn)生的偏差累積引起的現(xiàn)場組裝二次加工修改質(zhì)量控制。

（3）模塊組裝焊接質(zhì)量控制，因組裝連接均采用焊接，焊接工作量大，并且立焊、仰焊類型多，高空焊作業(yè)多，操作難度增加。

（4）模塊組裝過程中，因子模塊體積大、形狀不規(guī)則對稱、重心不易確定而在頻繁吊運、翻轉(zhuǎn)中引起模塊變形的控制。

（5）模塊組裝完進行混凝土灌漿后產(chǎn)生的再次變形控制。

（6）設(shè)備模塊與結(jié)構(gòu)模塊連接精準(zhǔn)度的質(zhì)量控制。

3.2在建項目模塊化建造反饋的主要質(zhì)量問題

模塊最終組裝和安裝質(zhì)量受多方面因素的影響，從在建項目反饋情況看，在模塊預(yù)制和組裝中易出現(xiàn)的問題主要有：

（1）結(jié)構(gòu)子模塊制作中產(chǎn)生的尺寸確定參考點（DP點）尺寸偏差、鋼板平面度超差、組對邊波浪變形或弧形、模塊整體尺寸偏差較大或扭曲變形等。

（2）模塊組裝過程中的間隙誤差導(dǎo)致模塊整體超差。

（3）結(jié)構(gòu)子模塊或組件翻轉(zhuǎn)、吊裝過程產(chǎn)生的變形或結(jié)構(gòu)損壞，導(dǎo)致一些重要的主設(shè)備模塊安裝支撐不能在理論的坐標(biāo)就位。

（4）模塊組裝焊接使模塊產(chǎn)生應(yīng)力、收縮等變形。

（5）焊縫成型較差，缺陷超標(biāo)。

經(jīng)過總結(jié)分析，產(chǎn)生以上問題的主要原因有模塊設(shè)計文件不夠完善、施工技術(shù)準(zhǔn)備不充分、信息溝通不夠、人員能力不足、工裝設(shè)計缺陷等等，因此，通過對在建AP1000項目總結(jié)得知，模塊預(yù)制、組裝過程的質(zhì)量控制重點主要是：模塊尺寸及平面度控制、模塊和組件的吊裝和安裝變形控制、焊接質(zhì)量控制、結(jié)構(gòu)模塊與設(shè)備模塊的接口點（坐標(biāo)）控制等。

3.3模塊化建造的質(zhì)量控制措施

工廠化預(yù)制的模塊質(zhì)量是現(xiàn)場組裝質(zhì)量的前提，模塊預(yù)制產(chǎn)生的偏差往往只能在現(xiàn)場組裝過程進行調(diào)整，所以說模塊預(yù)制的質(zhì)量風(fēng)險會延伸到現(xiàn)場組裝和最終模塊吊裝就位中，因此，模塊化建造的質(zhì)量控制應(yīng)從模塊車間預(yù)制到現(xiàn)場組裝和安裝的全過程控制。模塊的預(yù)制和組裝中均應(yīng)做好以下質(zhì)量管理措施，同時根據(jù)預(yù)制和組裝的不同重點實施有針對性的質(zhì)量檢查和試驗控制措施。

（1）完善質(zhì)量管理體系，建立分級質(zhì)量控制體系，嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量檢驗試驗控制計劃（ITP）制度，做到有章可循。

（2）做好事前分析，充分熟悉和掌握模塊建造的工序流程，按結(jié)構(gòu)質(zhì)量、焊接質(zhì)量、油漆防腐質(zhì)量三方面編制較詳實的檢查試驗計劃，確定關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制要求，設(shè)置控制點進行驗證控制。

（3）加強對設(shè)計圖紙的會審，將有接口的相鄰模塊的圖紙結(jié)合一起會審，了解設(shè)計意圖，減少建造中才發(fā)現(xiàn)不符合而出現(xiàn)質(zhì)量問題。

（4）培訓(xùn)提高焊接人員和吊裝人員的技能，熟悉程序，保證操作質(zhì)量。

（5）嚴(yán)把材料驗收關(guān)，控制焊接等材料的質(zhì)量，優(yōu)化焊接工藝。

（6）對結(jié)構(gòu)模塊的吊運、翻轉(zhuǎn)變形應(yīng)重點控制，可以通過計算機模擬計算出合理的吊點，減少因大型結(jié)構(gòu)模塊外型尺寸大，重量大，不勻稱分布而產(chǎn)生的吊裝變形。

（7）嚴(yán)格按核電建造的要求對工序質(zhì)量進行檢查和試驗，并建立記錄或報告。

（8）充分發(fā)揮經(jīng)驗反饋的作用，推廣模塊化建造中質(zhì)量管理的有效方法。

3.3.1模塊預(yù)制的質(zhì)量控制措施

從在建AP1000得知子模塊矯正工作和模塊到現(xiàn)場后的質(zhì)量缺陷處理占用了很大一部分工作量，保證模塊預(yù)制質(zhì)量的除做好上述質(zhì)量管理措施，還應(yīng)有針對性重視以下幾方面。

（1）充分發(fā)揮信息化管理的作用，保證設(shè)計、采購、預(yù)制之間的信息對稱和一致性，以及分散在各個工廠車間預(yù)制的子模塊之間的信息及時性和一致性，這是確保模塊預(yù)制質(zhì)量的管理基礎(chǔ)條件。

（2）加強技術(shù)復(fù)核，重點在DP點（尺寸確定參考點）、軸線、設(shè)備貫穿件和管道位置等等。因DP點間距控制要求直接影響到結(jié)構(gòu)模塊組裝質(zhì)量。

（3）模塊車間預(yù)制的焊接有較好的作業(yè)環(huán)境，應(yīng)盡可能采用成熟可行的自動焊接技術(shù)以減少焊接變形量，保證焊接質(zhì)量。

（4）模塊出廠前嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)化管理程序和設(shè)計圖紙對模塊進行檢驗，確保預(yù)制精度滿足現(xiàn)場組裝要求。

3.3.2模塊組裝的質(zhì)量控制措施

模塊的現(xiàn)場組裝和安裝質(zhì)量相比車間預(yù)制受到的影響因素更多，各個項目所處的地理位置不同影響因素也不完全相同，因此對模塊的組裝質(zhì)量控制措施可以從以下幾方面著手。

（1）加強模塊或子模塊、組件進入組裝現(xiàn)場的聯(lián)合驗收，盡量避免潛在質(zhì)量缺陷，使質(zhì)量缺陷在組裝前得到處理。

（2）充分做好組裝技術(shù)準(zhǔn)備，如焊接工藝評定，焊工考試，作業(yè)規(guī)程的編審和培訓(xùn)等。

（3）組裝和安裝前加強對設(shè)備和工機具的檢查，保證設(shè)備的完好性并計量合格。

（4）對每一模塊或子模塊的外形配合尺寸精確測量，分析組對間隙，減少和消除誤差的積累。

（5）在組件上設(shè)置合理的支撐補強、翻身吊耳和吊裝吊耳，減小吊裝變形。

（6）改進現(xiàn)場焊接工藝，合理應(yīng)用反變形控制、剛性加固控制以及焊接相關(guān)參數(shù)控制等。

（7）通過模擬分析改進工裝，提高工裝合理性，如采用剛性加固工裝的變形等。

3.4 “開頂法”施工的質(zhì)量控制

“開頂法”施工的質(zhì)量控制重點是對成品保護，特別是反應(yīng)堆廠房內(nèi)設(shè)備的保護。在授權(quán)開工日后35個月內(nèi)（ATP+35）反應(yīng)堆廠房內(nèi)土建施工活動頻繁，施工任務(wù)量大，反應(yīng)堆廠房頂部不能采取遮蓋措施，因此無論土建、安裝活動在編制施工方案時就應(yīng)制訂深度交叉施工情況下對物項的特殊保護措施。各級質(zhì)量控制和監(jiān)督人員應(yīng)在每次作業(yè)前、后都檢查和定期巡查。

4.結(jié)語

第三代核電AP1000技術(shù)的先進性主要是非能動設(shè)計，模塊化設(shè)計和建造是其另一先進性的體現(xiàn)，雖然有兩個項目已經(jīng)開工建設(shè)，但對模塊化建造的質(zhì)量控制還需要開展更多的分析和研究，以在保證質(zhì)量的前提下真正發(fā)揮出模塊化建造的先進特點和優(yōu)勢，縮短建造工期，實現(xiàn)更佳的效益。

參考文獻：

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