钢结构产品试制工艺行程研究

常州铁道高等职业技术学校 李妍

为确保新产品试制顺利进行，在质量、交付期、成本等方面满足图纸、技术条件及合同相关要求，充分、合理的生产技术准备工作是重要前提。生产技术准备工作一般包含设计准备、工艺准备、产品试制、鉴定固化等其他准备工作，其中工艺准备工作是为实现产品设计提供制造方法和工艺装备的一系列工作，是生产技术准备工作的主要环节，其工作量约占全部生产技术准备工作量的60%以上，本文主要结合钢结构产品的特点介绍如何开展新产品试制工艺准备工作。

工艺准备工作主要包含5 个方面：①产品设计的工艺性审查和分析；②拟定工艺方案；③编制工艺文件、质量记录；④工艺装备准备；⑤人员培训。

1 产品设计的工艺性审查和分析

产品设计的工艺性审查和分析目的是在保证产品的设计要求的前提下，从工艺角度分析和审查产品设计的结构工艺性和制造经济性。一般与产品方案设计、施工设计同步进行，工艺师提前介入，以提高产品设计的工艺性，减少后期因工艺性问题而产生的更改，缩短试制周期并降低成本，审查的主要内容有：

材料选用是否合理和经济；

零件的形状结构是否符合锻、铸、铆焊、冲压、机械加工、热处理和其他加工方式的工艺性要求，且便于加工；

产品零部件的精度等级、表面质量和公差配合选择是否经济合理，符合工艺性要求；

零部件和整机的测量检查可行性；

零部件在公司现有设备上加工的可能性；

产品是否便于装配、拆卸、调整、维护和吊运，并符合安全、环保要求。

2 拟定工艺方案

2.1 编制工艺流程图

根据前期的图样审查及工艺分析确定产品试制工艺路线，编制产品试制工艺流程图（PFD）。

2.2 进行过程失效模式及后果分析（PFMEA）

该工作主要是用来分析和识别工艺生产或产品制造过程中可能出现的失效模式，以及这些失效模式发生后对产品质量的影响，从而针对性地制定控制措施，降低风险。

钢结构产品的工艺流程从大的方面讲主要包含落料、成型、加工、组焊以及二次加工，具体的还包含装配及焊接步骤、顺序，PFMEA 分析通常是由制造团队针对工艺流程中的每个步骤进行的系统分析，主要包含以下9 个步骤。

（1）列出流程步骤、工作内容及功能要求；

（2）识别可能的失效错误、缺陷等；

（3）描述每个失效的可能影响（严重程度）；

（4）识别潜在的失效原因；

（5）识别目前所采取的预防控制措施，分析潜在的发生率；

（6）识别目前的检测方法，评估失效发生时的可检测率；

（7）计算并确定风险优先顺序，从严重程度（S）、发生率(O)、探测率 (D)3 个方面分别给出1～10 分的评分，三者相乘即RPN=S×O×D(预防或检测出不良事件的能力)；

（8）根据风险分析重点从降低失效发生率或改进检测方法提高失效发生时的可检测率，制定改进措施；

（9）针对制定的改进措施再次评估结果。

3 编制工艺文件、质量记录

钢结构工艺文件主要包含：编制产品工艺行程表、组焊工艺文件、下料及成型工序卡片、EN15085 焊接质量管理体系贯标所要求的焊接WPS 等文件、质量检查记录等。

3.1 编制产品工艺行程表

产品工艺行程表主要是针对零部件的制作，内容通常包含：产品的图号、产品名称、材料规格、工艺过程。具体如表1 所示。

（1）材料规格包括材质、尺寸规格、重量，需要对零部件进行展开，明确下料尺寸或下料卡片，标明重量明确工艺定额。

（2）工艺过程，主要明确零部件制作内部分工及产品流转顺序，同时明确落料方式（闸剪、数割、激光等）、成型内容（折弯、机加工内容、钻孔攻丝等）以及最后流转到组焊班组。

表1 产品工艺行程卡

3.2 编制下料及成型工序卡片

首先要对产品图纸进行工艺分析，分析时除了对单独零件进行展开放样外，还要充分考虑后工序加工及组焊要求，预留出合理的机加工余量和焊接收缩余量，然后绘制展开图，明确下料方式，编制下料卡片，最后按照相同材质、厚度、下料方式的零部件进行统一排版，提高材料利用率。在编制下料卡片时还要考虑本单位各种下料方式的生产能力，零件的下料有数割、激光、闸剪等方式，在满足产品技术要求的情况下应尽量使各种下料方式负荷均衡，消除生产瓶颈，提高生产效率。成型工序一般包含折弯、压型、卷圆、机加工等工序。

3.3 编制组焊工艺文件

组焊工艺文件可以是工艺规程、作业指导书、作业要领书等多种形式，一般来讲结构复杂、工序较多的产品需要编制工艺规程，按照工艺流程图的每个工序详细描述产品装配、焊接、探伤、加工、检查等作业过程及质量控制措施；而对于具体的工序或相对简单的零部件一般编制作业指导书或作业要领书，根据需要进行图文结合，更加直观明了地指导现场作业。

3.4 EN15085 焊接质量管理体系贯标工作

针对企业EN15085 焊接质量管理体系贯标要求，在新产品试制工艺准备时还需完成以下主要工作。

（1）编制焊接工程图，对焊缝进行编号及标注；

（2）编制焊接接头清单及检验计划，内容包含焊缝编号、零部件名称及图号、焊接位置描述、接头类型、焊缝符号、空间位置、焊缝等级、检测方法、WPS 编号、焊接方法、填充材料、保护气体、母材等；

（3）针对每条焊缝编制焊接WPS，明确电流、电压、气体流量等焊接工艺参数，当然，编制焊接WPS 的依据必须是企业有覆盖其材料组别、板材厚度、接头类型、焊接方法的焊接工艺评定报告（WPQR），如果原有的WPQR 不能覆盖，必须先按照标准要求做工艺评定试验；

（4）焊接工作试件，焊接工作试件的目的主要有：检验焊接结构、验证特殊焊接工艺、检验焊接质量、检验焊工水平（如关键焊缝焊工、新焊工上岗或焊工转岗等）。

4 编制检查记录

根据产品技术要求，编制质量检验计划及质量检查记录，明确各阶段质量检查项点、检查方法、计量器具，包括各阶段尺寸公差控制、焊接外观检查、焊缝无损检测、可追溯性等记录。质量记录的编制依据主要是工艺文件，钢结构产品由于存在焊接收缩变形，在零部件制作及大部件组焊时都要考虑工艺余量，因此在编质量检查记录时要按照工艺文件确定的各阶段控制公差进行编制，而产品焊接完之后的最终检查须符合图纸要求。

5 工艺装备准备

钢结构产品生产所需的工艺装备主要有通用类和个性类两种，通用类的工艺装备包含厂房基础设施、起重设备、电焊机、下料成型机加工通用设备等。个性类的工艺装备主要有折弯或压型模具、机加工刀具、定位或检测样板、装配及焊接胎膜，对于个性类的工艺装备需要工艺人员结合具体每个零部件进行分析确认。

6 人员培训

在完成上述相关工艺准备工作后需要对参与产品试制的相关人员进行培训，包含管理人员和操作人员，对管理人员主要培训内容是总体工艺方案、工艺流程与以往产品的差异性以及针对产品试制所涉及的主要风险和应对措施等，主要目的是便于后续试制生产的组织以及重点工作的提醒，如涉及工艺装备新增、工装管理人员要及时介入跟进等。对操作人员的培训重点是图纸技术交底，工艺的难点、要点交底，同时还要对作业人员的资质进行确认，尤其是电焊工要确认已取得相应焊缝焊接证书，并按照焊接工作试件工作计划焊接工作试件进行验证。

做好以上工艺准备工作是确保产品试制工作顺利进行的重要前提，要真正完成产品试制还需要在试制过程中进行跟踪验证，同时对试制工作进行总结、完善运用于批量化生产。