铁素体不锈钢410的TIG焊接

不锈钢管钨极氩弧焊（TIG）焊接工艺摘要：不锈钢的焊接方式也是千姿万态，当今社会可以实现机械化、焊接时无粉尘、无飞溅的有钨极氩弧焊（TIG）、熔化极氩弧焊（MIG）、等离子弧焊（PAw）等。

钨极氩弧焊（1rIG）主要应用在非连续成型焊接机组上，是一种非熔化极氩弧焊。

关键词：不锈钢管钨极氩弧焊；焊接工艺管内焊缝有毛刺、凹坑、焊缝过高等缺陷，会导致产品或原料在管内积留造成腐烂变质，影响产品质量。

所以对该种管道的焊缝成型要求特别高，要求双面成型，不允许咬边和未焊透。

一、钨极氩弧焊（TIG）的特点钨极氩弧焊的机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良；在小电流时电弧很稳定；焊缝区没有熔渣，工人可以清楚地看到熔池和焊缝的成形过程；采用气体保护电焊，易于自动控制；适于薄板焊接、全位置焊接以及不加衬垫的单面焊双面成形工艺。

1.单面焊双面成形。

由于从背面无法铲除焊根，并且使焊接的正反面都能得到均匀、无缺陷的焊道叫做单面焊双面成形。

它的焊接方法有两大类，即断续灭弧法和连续焊接法，连续焊接法又可以分为两种，即螺旋式和移距式，而在实际生产中，采用的方法是连续焊接法。

同时，单面焊双面成形也存在不少的缺陷。

2.尺寸上的缺陷。

包括焊接结构的尺寸误差和焊缝形状不佳等。

这些缺陷不仅影响使焊缝成形的美观，而且容易造成应力集中，影响焊缝与母材的结合强度。

3.结构上的缺陷。

包括气孔、夹渣、非金属夹杂物、熔合不良、未焊透、咬边、裂纹、表面缺陷等。

这些缺陷在焊接过程中最容易出现，影响焊缝的有效面积，降低了焊接接头的力学性能，而且易造成应力集中，引起裂纹，导致结构破坏，使焊接结构无法承受正常工作载荷。

4.性质上的缺陷。

包括力学性能和化学性质等不能满足焊件的使用要求。

力学性能指的是抗拉强度、屈服点、疲劳强度、伸长率、冲击吸收功、硬度、塑性、弯曲角度等。

化学性质指的是化学成分和耐腐蚀性等。

这些缺陷阻碍焊缝结构，无法达到所需的设计要求。

二、不锈钢管钨极氩弧焊（TIG）焊接工艺1.焊接设备及焊接方法选择。

不锈钢TIG焊要点及注意事项不锈钢TIG焊要点及注意事项1.采用垂直外特性的电源，直流时采用正极性（焊丝接负极）2.一般适合于6mm以下薄板的焊接，具有焊缝成型美观，焊接变形量小的特点3.保护气体为氩气，纯度为99.99%。

当焊接电流为50~150A时，氩气流量为8~10L/min，当电流为150~250A时，氩气流量为12~15L/min。

4.钨极从气体喷嘴突出的长度，以4~5mm为佳，，在角焊等遮蔽性差的地方是2~3mm，在开槽深的地方是5~6mm，喷嘴至工作的距离一般不超过15mm。

5.为防止焊接气孔之出现，焊接部位如有铁锈、油污等务必清理干净。

6.焊接电弧长度，焊接普通钢时，以2~4mm为佳，而焊接不锈钢时，以1~3mm为佳，过长则保护效果不好。

7.对接打底时，为防止底层焊道的背面被氧化，背面也需要实施气体保护。

8.为使氩气很好地保护焊接熔池，和便于施焊操作，钨极中心线与焊接处工件一般应保持80~85°角,填充焊丝与工件表面夹角应尽可能地小，一般为10°左右。

9.防风与换气。

有风的地方，务请采取挡网的措施，而在室内则应采取适当的换气措施。

不锈钢MIG焊要点及注意事项1.采用平特性焊接电源，直流时采用反极性（焊丝接正极）2.一般采用纯氩气（纯度为99.99%）或Ar+2%O2,流量以20~25L/min为宜。

3.电弧长度，不锈钢的MIG焊接，一般都在喷射过渡的条件下来施焊，电压要调整到弧长在4~6mm的程度。

4.防风。

MIG焊接容易受到风的影响，有时微风而产生气孔，所以风速在0.5m/sec 以上的地方，都应当采取防风措施。

不锈钢药芯焊丝焊接要点及注意事项1.采用平特性焊接电源，直流焊接时采用反极性。

使用一般的CO2焊机就可以施焊，但送丝轮的压力请稍调松。

2.保护气体一般为二氧化碳气体，气体流量以20~25L/min较适宜。

3.焊嘴与工件间的距离以15~25mm为宜。

4.干伸长度，一般的焊接电流为250A以下时约15mm，250A以上时约20~25mm较为合适。

430铁素体不锈钢A-TIG焊接胡绳荪;王勇慧;申俊琦;陈昌亮;许海刚【摘要】针对铁素体不锈钢,选用常见的氧化物和卤化物进行单组分A-TIG实验,结果表明氧化物活性剂增加焊缝熔深的效果更为显著.以B2O3、Cr2O3、SiO2分别作为基础组元进行多组分活性剂实验,得到最优配比的活性剂可使焊缝熔深达到传统TIG焊的2.46倍.组织和力学性能测试显示:与TIG焊缝相比,使用活性剂后焊缝中的铁素体晶粒尺寸略有减小,但硬度和拉伸强度变化不大.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2013(046)009【总页数】5页(P831-835)【关键词】铁素体不锈钢;A-TIG;焊缝熔深;微观组织;力学性能【作者】胡绳荪;王勇慧;申俊琦;陈昌亮;许海刚【作者单位】天津大学材料科学与工程学院天津300072;天津市现代连接技术重点实验室,天津300072;天津大学材料科学与工程学院天津300072;天津市现代连接技术重点实验室,天津300072;天津大学材料科学与工程学院天津300072;天津市现代连接技术重点实验室,天津300072;天津大学材料科学与工程学院天津300072;天津市现代连接技术重点实验室,天津300072;宝山钢铁股份有限公司研究院,上海200431【正文语种】中文【中图分类】TG444奥氏体不锈钢以其出色的耐腐蚀、高温、氧化性能，在全世界范围内获得广泛的应用．但随着国际镍价飙升，以镍作为主要合金元素的奥氏体不锈钢价格居高不下，人们开始转向其他替代钢种的研发推广，其中铁素体不锈钢具有很大发展潜力．430(1Cr17)是铁素体不锈钢的代表钢种，基体不含镍，价格相对较低，并具有导热系数大、线膨胀系数较小、耐氯化物应力腐蚀性好等优点[1]．这类钢通常采用手工焊或TIG 焊工艺进行焊接．传统的 TIG 焊能获得优良的焊缝，但存在焊缝熔深小的问题，中厚板需要开坡口进行多道焊或者加大焊接热输入，这样焊接效率低，而且焊后组织粗化严重，使用性能急剧下降．A-TIG 是在待焊工件表面涂覆活性剂后进行TIG 焊的一种高效的焊接方法，活性剂的使用可以明显增加熔深．目前国内外碳钢、铝合金、钛合金、奥氏体不锈钢等相关的 A-TIG 研究较多[2-6]，针对铁素体不锈钢的研究鲜见报道．笔者针对 430 铁素体不锈钢进行了单组份和多组分的 A-TIG 焊实验，分别研究了活性剂对焊缝熔深、微观组织和力学性能的影响规律．1 实验条件实验用 430 铁素体不锈钢板规格为：300,mm×150,mm×3.2,mm，其化学成分如表 1 所示．所使用的焊接设备包括 Fronius 公司生产的 Magic Wave 4000型数字化TIG 焊机、自动焊接工作台、按压式夹具等．实验时工件固定在夹具上，焊枪随着小车作匀速直线运动，这样可使焊接过程中弧长和焊接速度保持稳定．为了减少焊接缺陷，提高焊缝质量，焊前应对焊板进行表面处理，具体方法为用240#砂纸对钢板表面进行打磨，然后用无水乙醇进行清洗，以去除表面杂质和氧化膜，待其干燥后可以进行活性剂的涂覆．表1 430铁素体不锈钢化学成分Tab.1 Chemical composition of 430 ferriticstainless steel %ωC ωCr ωSi ωMn ωP ωS ωNi ωMo≤0.1216.00～18.00 ≤0.75 ≤1.00 ≤0.04 ≤0.03 ≤0.60 2.00～3.002 单组分活性剂对焊缝熔深的影响研究单一组分活性剂对焊缝熔深的影响规律，是进行多组分活性剂实验的基础．在查阅文献[2,4-5,7]的基础上，选用了氧化物和卤化物2 种类型的活性剂，包括B2,O3、Cr2O3、SiO2、TiO2、MnO2、MgO、CaO、KCl、CaF2、NaF，经电子天平精确称量后，加入适量无水乙醇调和成糊状，用扁平毛刷均匀涂覆到待焊工件表面，涂覆宽度为20～30,mm，厚度为0.5,mm左右．首先测量每种活性剂对应的临界熔透电流值，以初步了解每种组分对于焊接熔深影响的大小及对应的成形状况，焊接规范见表 2．焊接电流从 90,A 开始，每次增加 5,A，直至找到临界熔透电流值．每焊完一道后，均要重磨钨极并重新调整钨极高度，以保证焊接条件的一致性．表2 A-TIG焊接规范Tab.2 Welding parameters of A-TIG弧长/mm焊接速度/(mm·s-1)钨极直径/mm焊枪倾角/(°)保护气流量/(L·min-1)2 4 2.4 90 10实验结果如图1 所示，可见所用活性剂均能使焊接临界熔透电流值减小，即涂覆活性剂后可以在较小的热输入条件下使 3.2,mm 钢板熔透．氧化物类活性剂对减小焊接临界电流的作用比较明显，B2O3、Cr2O3、SiO2、TiO2、MnO2、CaO都能使临界熔透电流降低80,A 以上，效果最好的B2O3 甚至能将临界熔透电流降为空板焊接时的 42.3%；卤化物 KCl、CaF2、NaF 效果均不明显．对于活性剂增加焊缝熔深的作用机理，国内外存在多种理论解释，其中最有代表性的是“电弧收缩理论” 及“表面张力温度梯度改变理论” [7-9]．活性剂中的F、Cl、O 都具有较强的电子亲和能力，能够引起电弧收缩效应，但同时 O 还能有效改变熔池表面张力梯度，增大焊缝熔深，因而氧化物的综合效果要普遍优于卤化物．选用氧化物类活性剂用表2 的规范在90,A 电流下进行焊接，焊后横向切割焊缝制备金相试样，腐蚀后在低倍光学显微镜下观察焊缝熔深，得到各组分活性剂对焊缝熔深的影响如图2 所示(D 为不同活性剂对应的熔深，D0 为无活性剂区的熔深)．从结果来看，所选活性剂均能不同程度增加焊缝熔深．其中增加效果较为明显的有 B2O3、SiO2、Cr2O3、TiO2．图1 单组分活性剂临界熔透电流Fig.1 Penetration currents of single component activating flux图2 单组分活性剂对焊接熔深的影响Fig.2 Effect of single component activating flux on weld penetration3 多组分活性剂对焊缝熔深的影响在单组分活性剂实验的基础上，选定 B2O3、Cr2O3、SiO2、TiO2 进行混合组分活性剂实验．(1) 进行任意2 个单组分活性剂等量混合实验，用表2 所示焊接规范，分别在110,A、120,A 的电流下进行焊接，观察焊缝熔透情况．(2) 进行多组分活性剂定量配比实验，用表2 所示焊接规范，分别在 105,A、110,A 的电流下进行焊接，观察焊缝熔透情况．等量混合单组分活性剂实验的结果如表3 所示，从表 3 中 2～5 组结果可以看出，Cr2,O3 和 TiO2 含量较大时，活性剂作用效果变差，因而在混合组分中含量不应太多．从表 3 中 2、3 和 4、5 两组对比可以看出，Cr2,O3的作用优于 TiO2．根据胡礼木等[10-11]的研究结果，多组元活性剂中的Cr2,O3 或有改善焊接接头“贫铬”，提高腐蚀性能的作用．结合实验结果，本实验最终确定活性剂配方的主要成分为：B2,O3(40%～80%)，SiO2(10%～20%)，Cr2,O3(10%～20%)，其配比如表 4所示．表3 等量混合单组分活性剂实验结果Tab.3 Results of the expriment with 1∶1single component activating flux序号活性剂焊缝情况1 B2,O3＋SiO2 110,A 时有小段熔透120,A 时完全熔透2 B2O3＋Cr2O3 110,A 时没有熔透的迹象120,A 时有小段熔透3 B2O3＋TiO2 110,A 时没有熔透的迹象120,A 时有局部点状熔透4 SiO2＋Cr2O3 110,A 时没有熔透的迹象120,A 时有小段熔透5 SiO2＋TiO2 110,A 时没有熔透的迹象120,A 时只有局部点状熔透6 Cr2O3＋TiO2 110,A 时没有熔透的迹象120,A 时只有局部点状熔透其中A 组在105,A,下全部熔透；B 组仅在110,A下有小段熔透；D 组在 110,A下大半段熔透，在105,A 下只有局部点状熔透；G 组在 110,A 下大半段熔透，在105,A 下只有局部点状熔透；H 组在 110,A下全部熔透，在 105,A 下只有部分熔透；剩下的 C、E、F 3 组在110,A 电流下均未熔透．通常认为：SiO2、Cr2O3、CaF2 等活性剂会在阳极表面形成导电性较差的熔融层，使得电弧导电通道变长而导致电弧等离子体发生收缩；B2O3、TiO2 等活性剂则能强烈改变熔池表面张力，使表面张力温度梯度由负变正，熔池金属流动方向从周边流向中心，从而使焊缝熔深增加．多组分活性剂综合了电弧收缩作用和表面张力温度梯度改变作用，因而比单组分活性剂的效果更为明显[12-13]．表4 多组分活性剂配比Tab.4 Proportioning of multi-component activating flux编号组分百分数/%A B2O3 80 SiO2 10 Cr2O3 10 B B2O3 70 SiO2 20 Cr2O3 10 C B2O3 70 SiO2 10 Cr2O3 20 D B2O3 60 SiO2 30 E Cr2O3 10 B2O3 60 SiO2 20 F Cr2O3 20 B2O3 50 SiO2 40 G Cr2,O3 10 B2,O350 SiO2 30 H Cr2,O3 20 B2,O3 40 SiO2 40 Cr2,O3 204 活性剂对焊缝组织性能的影响利用表2 所示焊接规范，在105,A 电流下对涂覆A 组活性剂和不适用活性剂的430 铁素体钢板进行焊接，焊后对焊缝区取样进行观察．如图 3 所示，在相同焊接条件下，不使用活性剂焊接钢板时，得到的熔深只有1.3,mm，是宽而浅的碗状熔深；使用活性剂后熔深可达 3.2,mm，是前者的2.46 倍，同时熔宽明显减少，呈现深而窄的杯状熔深.不使用活性剂的焊缝组织如图 4(a)和 4(c)所示，可见在焊接热循环的作用下铁素体组织较为粗大，并出现少量马氏体和析出相；使用活性剂的焊缝组织如图 4(b)和 4(d)所示，从图 4 中可以看出，使用活性剂后焊缝区铁素体的晶粒尺寸有所减小，这与活性剂中 Cr、B、Si 等合金元素引起的晶粒细化作用有关[14]．图3 焊缝宏观形貌(25×)Fig.3 Macroscopic morphology of the welds(25×)图4 焊缝微观组织Fig.4 Microstructure of welds利用表2 所示焊接规范，在105,A 电流下对使用A 组活性剂和不使用活性剂的430 铁素体钢板进行焊接，焊后进行拉伸实验并测量焊缝中心处显微硬度值，拉伸试样尺寸为150,mm×30,mm×3.2,mm，显微硬度测试中施加载荷为 1.96,N，载荷保持时间为10,s，实验结果见表 5．铁素体不锈钢由于焊后出现马氏体和析出相，因而显微硬度值与母材相比有明显提高．实验结果表明，与传统 TIG 焊相比，使用活性剂后焊缝抗拉强度和硬度变化不大．表5 室温下焊缝力学性能测试结果Tab.5 Results of the mechanical performances of the welds at room tempreture拉伸实验取样位置抗拉强度/MPa 断裂位置显微硬度Hv1.96母材 405.4 — 132 TIG 焊缝 411.6 母材226 A-TIG 焊缝 422.0 母材 2235 结论(1) 在铁素体不锈钢 TIG 焊中，所用活性剂均能降低其临界熔透电流并增加焊缝熔深．氧化物类活性剂的效果优于卤化物类活性剂，其中效果最好的B2O3 在焊接电流为 90,A 时能使临界熔透电流降低57.7%，焊缝熔深增加1.46 倍．(2) 多组分活性剂的作用比单组分活性剂更佳．使用 B2O3 单组分活性剂需要110,A 以上的电流才能使 3.2,mm 铁素体不锈钢板完全焊透，而同样条件下使用最佳配比的多组分活性剂时只需要 105,A的电流就可完全焊透．(3) 在本实验条件下，活性剂的使用可以大幅增加焊缝熔深，同时焊缝区铁素体的晶粒尺寸略有减小，焊缝力学性能则基本保持不变．参考文献:【相关文献】［1］孟威. 400 系铁素体不锈钢热轧板材力学性能及焊接性能的研究[D]. 兰州：兰州理工大学材料科学与工程学院，2009.Meng Wei，The Research of Mechanical and Weld Properties of 400 Series Hot Rolled Ferritic Stainless Steel Plates [D]. 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TIG焊（惰性气体钨极保护焊）无论是手工焊接还是自动焊接0．5～4.0mm厚的不锈钢时，最常用的就是TIG焊。

TIG焊还用于较厚断面根部焊道的焊接，主焊缝采用堆焊。

TIG焊的热源为直流电弧，工作电压为10～15伏，但电流可达300安，把工件作为正极，焊炬中的钨极作为负极。

惰性气体一般为氩气。

惰性气体通过焊炬送入，在电弧四周和焊接熔池上形成屏蔽。

为增加热输入，一般向氩内添加5％的氢。

但是，在焊接铁素体不锈钢时，不能在氩气内加氢。

气体耗量每分钟约8～10升。

在焊接过程中除从焊炬吹入惰性气体外，最好还从焊缝下吹入保护焊缝背面用的气体。

如果需要，可以向焊缝熔池内填充与被焊奥氏体材料成分相同的焊丝，在焊接铁素体不锈钢时，通常使用316型填料。

钨极氩弧焊原称钨极惰性气体保护焊。

因为主要用氩气为保护气体，故一般称氩弧焊或钨极氩弧焊。

钨极氩弧焊同样发源于美国。

1936年由美国一家公司开发，战后才传到德国。

讲英语的国家将这种方法称为TIG焊，而在德国称为WIG焊。

开始时只在某些特殊的场合和质量要求特别高的材料才应用这种焊接方法。

最近30多年钨极氩弧焊已越来越多地用于钢材和所有非铁金属，首先是轻金属的焊接。

这可能是由于氩气价格大幅度降低的缘故。

钨极氩弧焊的原理德国标准DIN 1910 第4部分给钨极氩弧焊下的定义为：这种焊接方的电弧在钨极和工件间燃烧。

保护气体为氩气、氦气或这两种气体的混合物，即用惰性气体为保护气体。

图3-1表示了钨极氩弧焊的原理。

电源的一个极接在钨极上，另一个极和工件相连。

电弧在钨极和工件间燃烧，而电极仅仅作为电流导体和电弧载体（永久电极）。

填充材料为焊棒，手动送进或焊丝通过单独的送丝机构送进，原则上填充材料不通过电流，由钨极前面或侧面送入电弧内。

钨极、熔池以及填充材料熔化的一端都处在惰性气体保护下，防止大气侵入。

保护气体由喷咀围绕电极喷出.现几乎全部用高纯度氩气（不得低于99.95%）来作保护气体。

410不锈钢是一种常见的铁素体不锈钢，其执行标准通常根据不同国家和地区的要求而有所不同。

以下是一些常见的410不锈钢执行标准：
1. ASTM标准：ASTM A240/A240M-18为美国ASTM标准中规定了410不锈钢的化学成分、机械性能和物理性能要求。

2. EN标准：EN 10088-3为欧洲标准中规定了410不锈钢的化学成分、机械性能和物理性能要求。

3. JIS标准：JIS G4303为日本工业标准中规定了410不锈钢的化学成分、机械性能和物理性能要求。

需要注意的是，以上只是一些常见的执行标准，具体应用中可能还有其他标准适用。

在选择和使用410不锈钢时，建议参考当地的法规和标准要求，并咨询相关专业人士的意见。

不锈钢最常用的焊接方法不锈钢是一种耐腐蚀性能好、强度高的金属材料，广泛应用于制造行业。

但是，由于不锈钢的特殊性质，其焊接难度较高。

下面介绍一些不锈钢最常用的焊接方法。

1.TIG（钨极氩弧焊）焊接法：TIG焊接是目前不锈钢焊接中最常用的方法之一、它使用直流或交流电源，通过钨电极引导电弧，在氩气的保护下将不锈钢材料熔化，然后使用填料金属在熔池中填充形成焊缝。

这种焊接方法可以获得高质量的焊缝，焊接过程中热输入较小，可以减少不锈钢的变色、氧化等现象。

但是，TIG焊接速度较慢，对操作技术要求较高。

2.MIG（金属惰性气体保护焊）焊接法：MIG焊接是通过惰性气体（如氩气）的保护，在不锈钢和填充材料之间形成电弧，熔化材料并形成焊缝。

MIG焊接速度快，适合于较厚的不锈钢板材焊接，操作相对简单。

但是，由于气体保护，对焊接环境要求较高，同时也容易在焊接过程中产生气孔等缺陷。

3.电阻焊接法：电阻焊接是将不锈钢放置在两极电极之间，施加电流通过不锈钢产生热量使其熔化，然后加压压实形成焊缝。

电阻焊接速度快，适用于大批量的生产情况，焊接质量稳定。

但是，由于需要施加电流并且需要高温热量，焊接过程中易产生变色、氧化等现象。

4.长条电弧焊接法：长条电弧焊接是通过电极进行焊接的一种方法。

在不锈钢上引起电弧放电，使不锈钢熔化并形成焊缝。

长条电弧焊接适用于较大厚度的不锈钢板料焊接，可以适应较高的焊接速度，但是对操作技术要求较高，电弧稳定性较差。

5.激光焊接法：激光焊接是通过激光束的高能量使不锈钢迅速熔化并形成焊缝的一种方法。

激光焊接速度快，热影响区小，焊接质量高。

但是，激光设备价格昂贵，对操作人员要求较高，且焊接过程中需要严格的安全措施。

总之，不锈钢最常用的焊接方法包括TIG焊接、MIG焊接、电阻焊接、长条电弧焊接和激光焊接。

在选择焊接方法时，需根据具体工件的性质、要求、厚度等因素进行综合考虑，选择适合的焊接方法，以确保焊接质量和效率。

不锈钢410 焊接工艺
不锈钢410的焊接工艺主要包括以下步骤：
1. 预热：在150°C至260°C的温度范围内进行预热，以防止在焊接过程中出现裂纹和变形等问题。

2. 坡口准备：在焊接前，需要将焊接区域两侧各50mm范围内的油污和锈蚀清理干净，并刨成合适的坡口。

3. 装配：以复层SUS410S钢板为基准进行装配，错边量应小于0.5mm。

定位焊应在基层上进行，所用焊接材料应与正式施焊用的焊接材料相同。

4. 焊接：先进行基层的焊接，然后进行盖面焊。

基层焊接完成后，应进行X射线探伤，合格后才能进行过渡层和复层的焊接。

在过渡层和复层的焊接前，应修磨基层焊缝表面，使其与平台基本平齐。

5. 焊接顺序：先进行复层侧的基层焊缝焊接，再进行盖面焊。

基层焊接时，应使用直径3.2mm的J507（E5515型）焊条进行封底焊，然后用直径4mm的焊条进行盖面焊。

盖面焊的表面应略高于坡口平台。

6. 埋弧焊和气体保护焊：在进行过渡层和复层焊接时，应使用直径1.2mm的FCWE309T 药芯焊丝气体保护焊进行施焊。

7. 焊接后处理：焊接完成后，应进行热处理以消除应力，并保证材料具有良好的力学性能和耐腐蚀性能。

需要注意的是，不锈钢410的焊接工艺需要根据具体的工况条件和材料要求进行调整。

同时，为了确保焊接质量和安全性，操作人员应具备相应的技能和经验，并严格遵守工艺要求和安全操作规程。