压力容器焊接工艺信息系统构建与应用

黄刚 罗永飞

东方电气东方锅炉股份有限公司 四川 自贡 643001

引言

焊接工艺是压力容器制造工艺中重要的组成部分之一，随着压力容器技术的发展，新材料，新规格的原材料引入，压力容器焊接工艺文件要符合相应压力容器法规要求，所有受压件焊接位置都需要有对应焊接支撑文件即焊接工艺评定（PQR），焊接工艺主要围绕焊材消化定额，焊接工艺说明书（WI），产品焊缝识别卡（JIC），焊接工艺规程（WPS）和焊接工艺评定（PQR），热处理工艺说明书等开展相应业务。产品中每个受压件需要编制相应的焊接工艺说明书（WI）和产品焊缝识别卡（JIC）；而编制这些文件时必须得到焊接工艺规程（WPS）和焊接工艺评定（PQR）的支撑、并引用和参考一系列焊接工艺知识。焊接工艺规程和焊接工艺评定之间因焊接方法的不同存在非常复杂的关联关系。焊接工艺规程和焊接工艺评定以及焊接工艺基础知识是编制产品焊接工艺的基础。焊接业务流程（见图1）。

图1 焊接工艺业务流程

焊接工艺规程（WPS）以焊接工艺评定为编制依据，是指导焊接生产最基本的工艺文件。一个焊接工艺规程可由一个或多个焊接工艺评定支持，同时一个焊接工艺评定也可支持多个焊接工艺规程。每次编制焊接工艺时，工艺人员都将从上千份焊接工艺规程中查找适用的规程。查找和搜寻工作相当烦琐，要求工艺人员既要具有丰富的经验，又要有敏锐的分析判断能力。焊接工艺规程一旦选用错误，将可能导致重大的质量事故，给企业造成巨大的经济损失。为了提高焊接文件质量及效率，因此我们开发了焊接工艺信息系统。

1 系统的功能设计

编制、校对和审核焊接、热处理工艺时能够充分利用综合工艺的数据信息，如综合工艺流转卡、管子工艺附表等数据。焊接工艺人员只能填写指定的区域的内容，不能修改原综合工艺数据。焊接编制人员在输入材料名称、材料牌号、材料规格、坡口标准以及焊缝信息等参数后，能够从有几百条数据的焊接工艺规程数据表中查找出一条或几条焊接工艺规程，便于焊接工艺人员选用，并且能够立即计算出焊接材料消耗定额和保存所有相关数据。同时，如果不能够查找到合适的焊接工艺规程，还可以立即查找焊接工艺评定，实现了能够从具有上千条的焊接工艺评定中找出极少的、合适的焊接工艺评定。如果没有焊接工艺规程，也可以编制焊接工艺评定任务书[1]。

焊接工艺评定、焊接工艺规程，根据其编号原则自动编号，避免了人工编号产生重号等错误，加强了对焊接工艺规程和焊接工艺评定报告的管理。

以前面输入的材料名称、材料牌号、材料规格等参数，查询出焊接工艺说明书的其他相关内容，工艺人员可以在上面任意修改数据，并且编制焊接工艺说明书的编号。

编制热处理工艺时，只需以从综合工艺获得的热处理信息，添加相关数据，即可查找出典型热处理编号，还可以浏览典型热处理工艺的内容。

实现校对人员可以修改编制人员的数据，并把校对人员的意见返回编制人员，编制人员可以接受，也可以不接受。所有的数据均存入数据库，便于以后工艺文件错误时，作为分清责任的依据之一。

在工程项目准备期间，可以进行焊接工艺评定、焊接工艺规程等工艺文件前期的技术准备工作。

（1）接收由综合工艺过来的任务。

（2）能按照事先制定的编、校、审流程进行任务流转。

（3）能根据材料特型条件匹配出对应的WPS文件。

（4）焊接材料用量的计算。

2 系统开发

整个焊接工艺系统作为T5CAPP子模块，通过商品软件接口实现数据交互，这样做实现了工艺数据共享，同时实现了焊接数据生命周期管理[2]。

2.1 关键结构化数据建立

（1）建立焊接资源管理视图，视图中相关的对象有：

对象类型 外部名称 内部名称 外部唯一标识 备注普通记录型对象 焊接规程 ELE_HJGC CODE焊接评定 ELE_HJPD CODE生命周期型对象 PQR ELE_PQR PQRBH WPS ELE_WPS WPSBH离线文档 焊接规程文档 ELE_WPSWD CODE焊接评定文档 ELE_PQRWD CODE

（2）各个对象属性列表

1）焊接规程(ELE_HJGC)对象，对象的属性信息如下所示：

属性名称 属性显示名称 字段类型 字段大小 能否为空 默认值 是否默认显示 是否只读CODE 代号(唯一标识) 字符型 50 允许 是 否NAME 焊接规程 字符型 50 不允许 焊接规程 是 是

2）焊接评定(ELE_HJPD)，对象的属性信息如下所示：

属性名称 属性显示名称 字段类型 字段大小 能否为空 默认值 是否默认显示 是否只读CODE 代号(唯一标识) 字符型 50 允许 是 否NAME 焊接评定 字符型 50 不允许 焊接评定 是 是

2.2 建立焊材计算数学模型

焊材定额计算其基本原理是计算熔覆金属填充量，常用的计算公式为Wg=ρ×V×K;(Wg:焊材所用量，ρ:熔覆金属密度值，V：填充体积,K:调节系数)，相对类型焊接方式而已，此公式中变量为V。填充体积与母材坡口形式及焊接方法相关，如钢管对接焊坡口形式采用V型坡口如下图2，采用手工钨极氩弧焊时，α=500 ；采用手工钨极氩弧焊+焊条电弧焊时α=700[3]；焊缝截面积公式S=[δb+(δ-p)2tan +] ，不同坡口形式其计算公式也不同，所关联参数也有较大的差异，如果焊接计算封装到焊接工艺信息系统中，需要将不同种类录入参数“精简”到少量参数录入。

图2 钢管对接V型坡口

将不同坡口形式参数映射到固定变量值中。企业里钢管规格的表达形式为“外径+壁厚”，工艺员在做技术准备时很容易获得的数据是“管子外径”“管子壁厚”“焊缝数量”，所以对于采用V坡口形式的钢管对接，围绕此三个参数建立映射规则，如下表1：

表1 参数映射对应表

将焊接公式进行数学拟合，简化计算公式，如下表2：

表2 焊接公式数学拟合表

3 功能界面

焊接工艺员接收到任务，在需要做焊接工艺的工序中选择接头类型，焊缝位置，焊接方法，坡口标准等参数，系统根据用户所选参数，从焊接资源库中筛选出符合条件的焊材及WPS号 如图3所示。

焊接评定任务、待批准的任务、已审核的任务、已经撤销的任务节点为固定节点，各节点下面PQR的创建姓名节点为动态生成，当相应状态的PQR任务对象存在时，则再按PQR对象的创建者进行进一步的查询区分，但在上级节点中则列出所有创建者的PQR任务对象。

焊接工艺数据包以结构化数据格式通过软件接口输入T5CAPP进行统一管理，形成可归档的焊接工艺文件，同时提供TIF版电子归档文件通过PLM系统供其他部门查询。

4 结束语

焊接工艺信息系统的开发并成功应用于化工容器常规锅炉等多种产品中提高工作效率，缩短技术准备周期。焊材定额辅助计算使焊材定额更加统一为成本核算，车间领用提供准确数据。焊接工艺数据结构化为产品焊缝追溯提供数据支持。

图3 焊接工艺编制主界面