焊材消耗定额计算软件开发、封装及应用

第卷第8期

源8

圆园员8年8月耘造藻糟贼则蚤糟宰藻造凿蚤灶早酝葬糟澡蚤灶藻Aug.圆园员8

灾燥造援源8晕燥援8

本文参考文献引用格式：孙修圣，刘鸿彦，李卫华，等.焊材消耗定额计算软件开发、封装及应用[J].电焊机，2018，48（08）：137-140+145.

焊材消耗定额计算软件开发、封装及应用

孙修圣袁刘鸿彦袁李卫华袁杜永勤袁王书华

（南京宝色股份公司，江苏南京211100）

针对压力容器主容器制造的特点，结合多年生产实际，提出了压力容器制造过程中焊材消耗定额

摘要：

计算的经验公式。为提高焊接工艺人员报料的效率和准确性，开发了焊材消耗定额计算软件（WCRC），

通过简洁的GUI界面操作，快速实现定额计算。为实现报料软件的通用性，保护源代码，对程序进行封

装，形成独立的可执行文件脱离MATLAB运行。此外，为验证软件的计算可靠性，技术人员进行了实际

生产应用，结果显示可满足公司焊材定额计算的要求，具有良好的生产实用性。该焊材消耗定额程序的开

发为进一步实现压力容器综合报料计算奠定了良好基础。

压力容器；焊材消耗；定额计算；MATLAB；程序封装

关键词：

TG409A员园园员原圆猿园猿（圆园员8）08原园137-05

中图分类号：文献标志码：文章编号：

10.7512/.1001-2303.2018.08.27

阅韵陨：

Development袁capsulationandapplicationofrationcalculationsoftware

forweldingconsumable

SUNXiusheng，LIUHongyan，LIWeihua，DUYongqin，WANGShuhua

（NanjingBaoCo.，Ltd.，Nanjing211100，China）

Consideringthecharacteristicsofthemaincontainermanufacturingforpressurevesls，rationcalculationempirical

粤遭泽贼则葬糟贼：

formulasforweldingconsumablewereprovidedincombinationwithyearsofactualproductionpractice.Inordertoimprovethe

developed.RationcalculationcanbeachievedquicklywithGUIinterfaceoperation.Thecapsulationofrationcalculationsoftwarewas

efficiencyandaccuracyfortechniciantocalculatetheconsumption，rationcalculationsoftwareforweldingconsumable(WCRC)was

withouttheinstallationofMATLABsoftware.Inaddition，techniciansappliedthesoftwaretoactualproductionapplicationforthe

studiedalsointhispapertoprotectthesourcecodeandimproveuniversality，andthehoudsoftwarecanoperateindependently

theproducepracticalityandprovidebetterbasisfortheintegratedcalculationofpressureveslsbecauofthedevelopmentofration

calculationsoftware.

pressurevesl；weldingconsumable；rationcalculation；MATLAB；softwarecapsulation

运藻赠憎燥则凿泽：

purpoofverifyingits'reliability.Theresultshowsthatitcanmeetthecalculationrequirementsofourcompany.Thiscanenhance

0前言

随着我国压力容器行业平稳健康的发展，压力

容器的市场需求量正逐年增长，尤其是大型、特大

型压力容器正逐步走向市场。在这些压力容器大

[1]

收稿日期院修回日期院

2018-0源-园源；2018原0远-圆3

作者简介院

孙修圣（1990—），男，硕士，主要从事金属材料焊接

工艺及焊接缺陷可视化方面的研究。E-mail：

hyb@。

批量、大型化制造的过程中，焊材消耗定额计划的

快速性及准确性愈发重要。一方面焊接工艺人员制

定焊材消耗定额计划的快慢影响着公司排产计划

效率的高低；另一方面，制定焊材消耗定额计划的

准确性影响着公司焊材库房的库存及生产计划。

目前，压力容器制造单位多采用手工计算方式

或借助Excel等办公软件进行焊材消耗定额计划

的制定，也有制造单位采用查找经验表格的形式

[2]

耘造藻糟贼则蚤糟宰藻造凿蚤灶早酝葬糟澡蚤灶藻

窑窑

137

焊接材料

进行定额核算。采用手工计算以及查找经验表格的长度作为计算长度

[3]

方式不仅效率低下、重复性差、容易出现计算错误，

而且焊接工艺人员的计算任务量也较大；采用Excel

等办公软件计算的方式主要存在界面友好性及操

作性差等问题，而且计算公式容易被改动、安全性

低。鉴于此，本研究主要针对压力容器制造过程中

的主体焊材报料进行焊材消耗定额计算软件开发，

具有较大的工程实用价值。

1焊材消耗定额计算

焊接材料作为焊接的主要组成部分，是影响焊

接质量、保证生产均衡和计算产品成本的重要因

素。焊接材料定额计算需依据图纸及技术文件或焊

接工艺规定的坡口形式、尺寸及工艺排版图上的焊

缝分布及数量，从焊缝熔敷金属开始计算，再根据

制造厂的制造工艺特点进行适当的系数修正。

焊材消耗定额主要考虑正常消耗定额和异常

消耗定额两部分。正常消耗定额包括填充坡口金

属、焊缝余高金属、背面清根后再次填充金属等；异

常消耗定额包括实际生产时坡口角度增大、组对间

隙增加、工装辅助工具的焊接、焊条余量过长、或多

任务号混领等情况。由于存在这些异常消耗，焊材

消耗定额计算时应尽量做到准确、足量，保证现场

的制造进度。

2.1焊条消耗定额计算

2正常消耗定额

M=

籽·L·A·（员垣运

运

·员园

式中M为焊条消耗量（单位：kg）；籽为熔敷金属密

圆

远

员

）

（1）

度（单位：g/cm）；L为焊缝长度（单位：mm）；A为焊

2

接接头横截面积（单位：mm）；运为药皮重量系数；

2

运

员

2.2焊丝消耗定额计算

圆

为焊条转熔系数。

·L籽·A

M=

运

·员园

远

（2）

式中M为焊条消耗量（单位：kg）；籽为熔敷金属密

猿

度（单位：g/cm）；L为焊缝长度（单位：mm）；A为焊

2

接接头横截面积（单位：mm）；运为气保焊丝或埋弧

2

猿

焊丝转熔系数。

2.3焊缝长度计算

直线焊缝的计算原则是按焊缝中心的有效长

度；环焊缝应按焊缝对应焊件的中径所计算的圆周

138

窑窑

耘造藻糟贼则蚤糟宰藻造凿蚤灶早酝葬糟澡蚤灶藻

第源8卷

蕴越仔（阅垣圆啄）（3）

式中蕴为环焊缝长度（单位：mm）；阅为筒体内径（单

位：mm）；啄为筒体板厚（单位：mm）。

2.4焊接接头横截面积计算

焊缝的截面积要综合考虑焊缝余高、背面是否

需要清根、坡口尺寸大小等情况，所以需要对截面

积的计算进行适当修正。结合实际生产，给出经验

修正公式

A

12

=啄·b+tan+C

琢

A

圆

（啄-p）

蓘蓡

2

垣（啄-p）·C

1

（4）

2

=啄·b++

琢琢

蓸蔀

蓸蔀

tan+tan

12

·啄·啄

22

21

tan+tan+C

琢琢

12

圆圆

·啄·啄

12

3

·C+C

1

2

（5）

A

·b+tan=啄+2r·（啄-p-r）+仔·+

蓘蓡

琢r

圆圆

3

2·tan

琢

圆圆

·（啄-p-r）

2

2

·（啄-p-r）垣圆r+p+C

3

·2+C

1

（6）

式中A为V型坡口的焊接接头截面积（单位：mm）；

1

圆

2

A

23

为X型坡口的焊接接头截面积（单位：mm）；A

2

为U型坡口的焊接接头截面积（单位：mm）；啄为接

2

头板厚（单位：mm）；b为坡口间隙（单位：mm）；p为

钝边厚度（单位：mm）；r为根部圆弧半径（单位：mm）；

琢为坡口角度；啄

1212

、啄、琢、琢分别为坡口两侧的尺寸；

C

1

、C为焊接接头修正量；C为是否清根修正量。

32

3异常消耗定额

针对公司制造实际，工装辅助方面的焊材主要

采用FCAW，对本研究的压力容器主体焊材报料影

响不大，故不做考虑。另外，在焊接过程中因焊缝返

修、坡口角度增大、组对间隙增加等原因会增加焊

接材料消耗，在综合各方面有利因素的情况下，异

常消耗的焊接材料在正常消耗焊接材料计算值的

基础上增加相应补偿系数作为修正。具体如下：焊

缝返修按正常焊材消耗量2%进行合计；坡口角度

增大、组对间隙增加等引起的焊材增加量按3%合

计；其他不可预见消耗按3%计提。这样在正常消耗

焊接材料计算结果基础上，需考虑8%~10%的异常

焊材定额计划系数。

4焊材定额交互界面开发

4.1GUI设计流程

基于MATLAB设计开发了焊材消耗定额计算

焊接材料

孙修圣，等：焊材消耗定额计算软件开发、封装及应用第8期

软件。设计框图如图1所示。（2）尺寸参数的获取。

定额计算时需要获取EditText编辑文本框控

件中输入的具体参数，通过指令str2double（get

（，'string'））可获取到对应不同文本框中

图1焊材定额计算软件设计框图

Fig.1DesignblockdiagramofWCR

模块、输出（Output）模块和清除（Clear）模块。输入

GUI界面主要有输入（Input）模块、计算（Calculate）

Input）模块包括焊接坡口选择区、坡口尺寸输入（

区、焊缝材质选择区、焊接方法选择区、焊缝类型选

择及参数输入区，在这5个区完成焊接基本信息的

录入及选择，实现坡口尺寸参数、焊缝类型参数、

焊接方法、材质等信息的综合输入（Input）；计算

Calculate）模块包括智能运算单元，主要实现将输（

入（Input）模块中获取到的信息进行归类、整合及智

能匹配，根据不同的录入信息在系统后台执行自动

定额计算功能；输出（Output）模块包括定额计算结

果显示区和不匹配警告区，主要实现定额计算结

果的输出显示以及当输入的信息不匹配时自动弹

出报警对话框，提请技术人员重新Input信息；清除

Clear）模块包括清除及退出系统区，主要将输入（

Input）的信息以及输出（Output）的信息清除，以便（

技术人员执行下一次的焊材消耗定额计算流程，同

时当焊材消耗定额计算都完成后，清除（Clear）模块

还提供了清空所有内存变量并关闭工具的功能。

4.2主要功能实现

通过MATALB软件中GUI模块建立好焊材消

耗定额计算软件的图形用户交互界面之后，需要通

过CreateFcn，Callback等MATLAB自带指令建立

触发对象控件初始化、触发回调函数等实现软件的

具体定额计算功能。主要将Axes坐标轴显示控件、

PushButton按钮控件、EditText编辑文本框控件、

RadioButton按钮控件、StaticText静态文本框控

[4]

件、Panel面板控件通过适当的界面设计及代码组

织形成一个友好的交互功能。

（1）接头形式的输入。

通过初试程度采用imread（'…….jpg'）指令读壁厚啄72+3（最大厚度74+3mm），重约574t。因封

入接头形式，axes（）将初试读入的接头

形式显示在GUI界面的制定区域。

的内容，并保存在后台内存中，根据经验公式进行

定额计算。

（3）选择信息的叠加。

定额计算时在界面上要选择焊接方法、焊接坡

口形式、焊缝类型、焊缝材质类型等内容，这些信息

的选择需通过RadioButton按钮控件的“与”操作

实现，代码指令为get（handles.radiobutton，'value')

&&get（handles.radiobutton，'value'），在PushButton

按钮控件的回调函数下进行整合、匹配及叠加。

（4）结果显示。

EditText编辑文本框中，以便操作人员获取结果，代

经过后台计算，需要将计算结果显示在界面的

码指令为t（，'string'，roundn（M，-2））。

（5）清除及清空功能。

清除选项和清空功能主要是针对一次定额计

算完成，再次执行下一次输入计算时执行，代码指

令为t（，'string'，''）清空输入框数据以

及t（utton，'value'，0）清除选择按钮

选项功能。

通过上述方案建立的焊材消耗定额计算软件

及图形用户界面如图2所示。

4.3程序封装

对开发的GUI程序进行封装的目的是实现源

代码保护，并使程序脱离MATLAB运行环境，提高

其运行速因本设计主要是在度及程序的通用性。

GUI模块，通过将交互界面和函数脚本程序相结合

的方式实现焊材消耗定额计算功能，所以可以直接

[5]

采用MATLAB自带的LCC编译器对脚本程序进行

编译，然后通过mcc函数将软件自动封装形成独立

运行的执行文件。

5生产应用

以南京宝色股份公司为国内某厂制造的一台

大型钛/钢复合板氧化反应器为例，该设备主体由

上、下椭圆形封头及筒体组成，材质为SA516Gr.70/

SB265Gr.1，设备直径φ11000，高度20060mm，

头为双层瓜瓣加顶圆的拼焊结构，故采用SMAW进

行焊接；筒体采用卷制后拼焊的结构，故采用SMAW

耘造藻糟贼则蚤糟宰藻造凿蚤灶早酝葬糟澡蚤灶藻

窑窑

139

焊接材料

第源8卷

图2图形用户交互界面

Fig.2Graphicalurinterface

打底、SAW填充盖面进行焊接。设计的主体焊缝坡口结构如图3所示。

a筒体坡口结构b封头坡口结构

图3主体焊缝坡口结构

Fig.3Groovestyleofthemainweldbeams

技术人员先采用手工辅以Excel办公软件对定额制定，且计算结果与手工计算结果一致，软件

该台设备的主体制造进行焊材消耗定额计算，经过的实际应用明显提高了工程技术人员的工作效率。

适当的放余及圆整后计算结果如表1所示，计算过且根据公司物资部门及焊材库的内部统计结果发

程耗时约1.5h。现，在设备主体制造过程中出现的焊材结余或增补

然后技术人员采用开发的焊材消耗定额计的量对公司备库量影响很小，制定的计划与实际的

算软件进行计算，1h内即可完成主体焊材消耗的消耗正常平衡在5%~10%范围内，

窑窑

140

耘造藻糟贼则蚤糟宰藻造凿蚤灶早酝葬糟澡蚤灶藻

孕葬早藻145

焊接材料

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孕葬早藻140

表1某设备主体焊材消耗定额计算结果

Table1Calculationresultofweldingconsumableforamainequipment

规格单位数量符合标准备注分类名称

3.2kg200SFA-5.1（NB/T47018.2）AE7015（E5015）

4.0kg1500SFA-5.1（NB/T47018.2）AE7015（E5015）

5.0kg6000SFA-5.1（NB/T47018.2）AE7015（E5015）

10耀60目kg8000NB/T47018.4AF5A2-H10Mn2（SJ101）

4.0kg6500NB/T47018.4300盘丝AH10Mn2

—

—

—

埋弧焊同厂家

也说明了开发的焊材消耗定额计算软件完全适应焊材消耗定额制定的效率提高30%以上。且根据公

公司的制造特点，可以较好地满足生产制造要求。

司焊材库及物资部门的内部统计数据发现，制定的

计划与实际的消耗正常可以平衡在5%~10%范围

内，本软件的开发及应用取得了较好的效果。

6结论

（1）根据生产实际，结合各种材料的非标压力

容器制造经验，给出焊材消耗定额计算的经验公

式，同时考虑异常消耗定额，给出异常焊材损耗的

计划系数。

（2）编程实现计算软件的开发，建立的GUI图

形交互界面简洁、操作方便，与目前常用的手工计

算相比，可明显提高焊接工艺人员的材料定额核算

效率，且重复性好、计算准确。

（3）实现了程序封装，形成独立可执行文件WCRC，

提高了焊材消耗定额计算软件的通用性，为软件的

实际工程应用奠定了良好基础。

（4）对软件进行了实际工程试用，技术人员对

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耘造藻糟贼则蚤糟宰藻造凿蚤灶早酝葬糟澡蚤灶藻

窑窑

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