美国历史重要事件背后,焊接发挥的重要作用

在这里小编为大家讲讲跟焊接有关的故事

1. 造船

美国造船业的好日子是在二战期间 ,那时建造了 2 710艘自由轮、531艘胜利轮和 52 5艘T - 2型油轮用于战争。到 194 5年,按海事委员会战时造船计划,共给美国舰船局 (ABS)建造了 5171艘各种类型的船只。在造船史上的那段历史时期,焊接替代铆接成为了主要的装配手段。

焊接的重要性在战争的初期即得到了罗斯福总统的重视,总统那时给丘吉尔首相发了一封信,据说丘吉尔首相对英国下院的议员们大声宣读了此信。信中提到,我们已经开发了一种焊接技术,使我们可以以工业造船史上前所未有的速度建造各种通用型商用船舶。总统信中提到的技术无疑是指埋弧焊技术,它的焊接效率是那时其他焊接方法的20倍。

随着战争的进行,建起了更多的造船厂。在1943年,美国至少有17座造船厂在建造战争用的自由轮。1943年6月,加利福尼亚造船公司(CaliforniaShip buildingCorp.)在1个月内建成了20艘自由轮,打破了美国记录。公司职员中有6000名焊工和160名埋弧焊机操作工。建造每艘船消耗了60750kg焊条。该造船厂每3班耗用焊条达29250kg。而位于巴尔蒂摩的伯利恒造船厂(BethlehemShipyard)则以在同1个月里建造了14艘自由轮,而位居第二。在位于卡罗来纳州塞芬拿河的东南造船公司(SoutheasternShipbuildingCorp.),2000多名焊工每月至少造出3艘自由轮。芝加哥桥梁钢铁公司(ChicagoBridge&IronCo.)也涉及了这一行动,为美国海军焊接舰船结构件。

在这一哄而上的时期,8艘自由轮因脆性断裂问题失事。起初,人们将之归罪于焊接,但是历史很快证明脆性断裂的真正起因是那些在航行环境温度下有缺口敏感的钢材。人们发现这些钢材的硫磷含量高。另一个原因则是与设计有关的结构不连续性,比如开启舱口、通风口和其它结构上的中断之处。最严重断裂事件显然发生在低温和恶劣的海洋环境同时存在的时候。

在1400艘船舶中使用了裂纹止裂装置以避免裂纹的扩张。据知还没有裂纹越过止裂装置。这一安全措施使得人员损失从每月140人降到了20人。1933年,美国舰船局有92名安检员。到二战时,安检人数大幅增加,1944年达到了479人。

?

2.? 压力容器(美国机械工程学会规程)

20年代末至30年代初,压力容器的焊接日渐兴盛。由于焊接工艺解决了原铆接结构效率低的问题,焊接有可能使耐压值发生量变。工业界之所以大量使用焊接,是因为通过提高压力和运行温度可以提高运行效率,而这即意味着厚壁容器。但在实施之前,人们从已发生的事故中总结发展了一套制造规程。

1865年4月27日,苏尔塔那号(Sultana)蒸汽轮在沿密西西比河运送2200名乘客时发生爆炸。灾难的原因在于该蒸汽轮4台锅炉中的3台突然发生爆炸,结果造成多达1500人的死亡。船上的大多数乘客是从联邦监狱释放后正踏上回家之路的邦联军士兵。在1905年3月10日发生的另一起事故中,位于马萨诸塞州Brockton一家制鞋厂的1台管式锅炉发生爆炸,致死58人,伤117人,并造成损失达250000美元。这2起事故以及这其间发生的许多其他的事故,说明需要对锅炉的操作引入一种安全规程。因此在1915年,人们制定了一种自愿性的结构规程,即ASME锅炉规程

随着焊接的应用,需要对焊缝进行无损检测。1920年,检验员用锤击焊缝,然后用听诊器听其声音的方法对焊缝进行检验。沉闷的声音说明是有缺陷的焊缝。到1931年,修订了的锅炉规程接受了用X射线测试判断焊接容器安全的方法。到这个时期,磁粉探伤已经用来测试X射线探伤发现不了的表面裂纹。在ASME规程的历史上,小格瑞尼(A.M.GreeneJr.)认为20年代后期和30年代初期是重要的时期。正是在这一时期,熔化焊得到了广泛的承认。现在,有数千名从事焊接工作的人员每天上班都时刻和ASME规程打交道。

从焊接的利害关系来看,ASME规程最重要的部分大概是第六章“焊接和钎焊评定”。这章阐述了焊工和焊接操作者的资格,以及他们必须按规程遵从的程序。在程序评定中,列出了每一个过程,并说明了每一过程中关键和次要的影响因素,同时也包括了焊接性能的评定。

在ASME规程的早期,制造商们自己花费研究资金来研究新的评定程序,以使其用于ASME规程工程项目。但是首先要研究一种资格评定方法,最终一个自定的规程将提交给ASME规程的相关委员会。规程管理机构希望焊缝金属和热影响区的质量与母材相当。多年来,人们进行了大量的研究以发展ASME规程,现称为锅炉和压力容器规程。对规程的焊接部分的许多贡献来自纽约焊接研究理事会的压力容器研究委员会(PVRC)。PVRC成立于二战之后

1977年,ASME规程重要委员会的主席,孜克(LeonardZick)说,ASME已经不只是一个规程,各种相关的团体已经组成了一套安全体系。我们的主要目的是为与压力有关的新型建设项目提出要求,而当这些项目遵守了这些要求时,将会给项目的使用者及相关者提供安全保障。而且,这一规程可应用于与能源有关的方方面面,ASME规程的各项活动并不互相矛盾。我们要求所有的规程都是安全的。

?

3.? 液化天然气储罐

ASME规程的一项成果就是通用动力公司在南卡罗来那州charleston修建的大型铝球罐。这些球罐是按照美国海岸警卫队的标准修建,并符合ASME代码第一章第八节。

1976年10月2日凌晨2时,在查尔斯顿(Charleston)的厂房内建起了第1个焊接式液化天然气铝球罐,稍后将它移到一个专用支架上以便进行最终的水压试验。这只球罐很快通过了飞行色彩试验(testwithflyingcolor)。球罐自身重达850t,直径达36m。每个球罐由100块精密加工的瓜片组成,其形状就象剥开的橘子。共用了3166kg填充材料将这些板用气体保护焊组焊起来。每只球罐的焊缝长度达78.214km。建成的球罐用船沿海岸运到通用动力公司(GeneralDynamics)在马萨诸塞州昆西(Quincy)的造船厂,与那里在建的钢储罐相配。这种类型的液化天然气储罐属于挪威式莫斯-罗森伯格(Moss-Rosenberg)型。

与此同时,NewportNews造船和干式船坞公司正在弗吉尼亚州建造液化天然气储罐。这些储罐为特克尼加(Technigaz)型,其特点是采用不锈钢隔膜以储存液化天然气。路易斯安娜州新奥尔良的阿奉达(Avondale)造船公司也在建造另一种贝壳(Conch)型液化天然气储罐,它的特点是铝质棱柱形储罐。

在通用动力公司查尔斯顿的工厂内,金属加工工时的80%用于焊接。其中大多数填充材料为5183铝。垂直接头是用从瑞士进口的专用焊机焊接的,用这台焊机时,焊工坐在焊接电弧旁边特殊设计的椅子里面。焊工在这一距离上可以监视焊接情况并观察1.5mm直径填充焊丝的摆动情况。实际的焊接则是遥控的。对每一接头要焊大约30道焊缝。

更厚的38mm接头则用BigMIG焊机焊接,使用3mm填充焊丝和500A焊接电流。该焊机可以用4层焊道焊完1个接头。

大而重的赤道环焊缝则是在户外焊接的。此时,9块重型机加工呈曲面的铝材将被焊在一起。为此,采用气体保护焊,从外需焊接88道焊缝,从内焊接60多道焊缝。

那时现场的一位工程师刚好从公司的航空分部调来,航空分部是公认的要求最高焊接质量的部门。他认为,就质量而言,查尔斯顿工厂和航空分部之间其实并无多大区别。“我的确认为查尔斯顿工厂的焊接质量如果不比航空分部更高的话,也是与航空分部的相当,但那时5083-0是很易焊的铝合金。”

?

4.? 阿拉斯加管线

也许历史上的焊接事例没有一件能象阿拉斯加管线那样吸引如此多的注意。从工程开始到结束,一队一队的熟练焊工勇敢面对阿拉斯加寒冷的荒原去焊接这条大直径管线。曾经有个时期,有17000人在管线上工作,占到总人口的6%。在阿拉斯加州1517734.1km2中,整条管线只占31. 08km2

要求焊工们掌握和焊接的管线管壁厚、管径大、材料新,连焊条材料也是新型的,均为他们未接触过的。而且,对质量的要求也是他们所遇到最严格的。

双面焊缝的要求更加严格。对双面焊缝管道,要求焊缝达到平均27J(20英尺-磅),同时焊缝和热影响区均不低于20J(15英尺-磅)。阿拉斯加管线共焊接了约38000个这类焊接接头。他们是用埋弧焊焊接的,使用含有Ni3%的焊丝。约36000kg的焊丝用于该工程。长1284.25km的管线的野外施工始于1975年3月,可真不容易。美国内务部和代表阿拉斯加州的管道协调集团对一些变动进行了调查。

所以,最初的野外焊接规程被淘汰了,取而代之的是对焊接韧性有更严格要求的规程。原来打算将常规管道用焊条用于野外焊接也不用了,新的规定则要求更高的质量。工程师们发现唯一能满足新规定的焊条是德国的E8010-G,所以就立即空运过去。有些来自俄克拉荷马州塔尔萨管道焊工协会Local798队、后来到阿拉斯加的焊工,以前在北海的管道工程上用过这种焊条,但大多数焊工均是第1次见到。

新规定的其中1条是全部焊缝作100%X光探伤。探伤片在跟随焊接工程队的厢式货车里自动冲洗。焊工们在铝制工棚内工作,以保护焊接接头不受风的影响。工棚内设有照明设施以使焊工在阿拉斯加黑暗的冬天里能有良好的视觉。

在主要的管线上,使用带三角架的环式喷火器进行预热和焊道间的加热。后来才在工程上使用了感应式加热器。全部122cm口径的主管均来自日本。管道的总订货量达500000t。使用了2种壁厚的管子,分别是12mm和14mm。有大约655km的管道埋在地下。由于担心永久冻土层受管道热量影响发生消融,其它的管线则安装在地面上,并用45.7cm口径的5LX钢管,垂直式焊接支架支撑。在整个阿拉斯加原野上使用了大约120000t这类钢管。使用的焊条则是E8018-C3低氢型焊条。

?

5.? 高层建筑

大约30年前,钢结构建筑得到应用。芝加哥的100层约翰汉考克(JohnHancock)中心和纽约的110层双子塔式世界贸易中心已在建设中。在地面以上,世界贸易中心需要176000t预制结构钢。稍后是希尔斯(Sears)大厦。伯利恒钢铁公司获得了纽约奥尔巴尼SouthMall中心200000t轧制钢件的订单。据报道,联合结构钢公司(AlliedStructuralSteelCo.)则在第一国民银行芝加哥大厦的建造中使用了多丝气体保护焊

在建造332m高的约翰汉考克中心的头22层的几个关键拐角部件的一份工程报告中,联合结构钢公司的一位发言人说各种各样的焊接方法都用上了。在这部分用了12000多吨结构钢。每1根H形柱子内的腹板和法兰盘都是用厚达16.5cmA36钢板制成的。腹板和法兰接触面之间长长的填充焊缝用埋弧焊焊接,而箱形断面则是用带CO2保护的E70T-1药芯焊丝焊成的。在箱形断面处,焊工们平均每天熔敷40.5kg。对这座大厦,工厂制造部分耗用了140614kg焊接材料,而在现场施工中则耗用了74250kg。

修建位于宾夕法尼亚州匹兹堡的美国钢铁公司大楼时,工厂内耗用的焊接材料则达到了274050kg。同一时期,恺撒(Kaiser)钢铁公司在建造位于旧金山的美州银行总部大楼时,用焊材手册推荐的电渣焊焊接了24000个焊缝。在当时,这座建筑被认为是有史以来西海岸最高的抗震大厦。

就焊接本身来说,在这个时期建造的建筑物中,焊接工作量最大的是位于佛罗里达州墨里特岛(Merritt)的国家航空和航天局(NASA)垂直装配大楼(编者插入:我国也在1999年建造了类似的航天器垂直装配大楼)。这一庞然大物在工厂内部焊接,耗用了373500kg焊接材料。

负责纽约办事处的罗伯逊(LeslieRobertson)说,就世界贸易大厦而言,使用了计算机来制定图纸清单、落实梁的进度、确定柱的细节以及外墙面的计划进度。上百万张IBM卡片被送到各制造商。这些卡片告诉制造商们所有各梁柱和外墙面的每1块钢板和部件的钢材的长宽厚度尺寸和等级。此外,罗伯逊说,各制造商们还得到了制作梁柱和外墙面所需的各焊缝的详细要求。许多这类卡片与生产图纸具有同样重要的用途。它们从设计者直接送往制造商,描图员则根本不参与其中。在纽约的另一个地方,纽约市一家着名工程设计公司的合伙人普罗夫克(LeoPlofker)则在设计中大量应用了焊接。普罗夫克的业绩包括泛美大厦(Pan-Am)以及被称为百老汇140号的全焊接式52层写字楼。

普罗夫克说,我们之所以大量应用焊接,完全是基于经济利益的需要,焊接式设计可节省钢材。野外焊接施工可能会有些麻烦,但只要你能管理好焊工,并坚持使用有资格的人员进行无损探伤,那么就不会有大的问题。