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造船焊接工藝的評定與實施

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發表時間:2021-12-24 15:37

在驗船過程中,船級社驗船師常發現某些船廠,特別是一些中小型船廠,由于缺乏焊接工程技術人員,或對修造船過程中焊接工藝的要求不太明確,影響到船舶的建造或修理質量。本文概述了對修造船過程中焊接工藝評定的要求、及在實際焊接施工中應注意的一些問題,供修造船參考。


一、造船中焊接工藝認可規定

造船過程中,進行焊接工藝評定試驗,通常為對確定的母材及焊接材料,在采用一定工藝焊接后,通過檢驗焊縫及熱影響區的性能,來評定該工藝的適用性。由于焊接工藝評定對保證后續焊接生產質量有著重要意義,各船級社均要求對擬將新采用的焊接工藝進行評定或認可,如中國船級社《材料與焊接規范》中規定,船舶、海上設施和船用產品的制造廠焊接生產前,應對采用的新材料、新工藝進行焊接工藝評定試驗,以證實該焊接工藝的適用性。


通常在一條船舶開工建造前,工廠應結合自身的技術條件和生產經驗,制定出船舶建造焊接工藝計劃表交驗船師認可。計劃表中應針對建造中焊縫出現于重要結構與結點的不同位置、形式和尺寸,列出擬使用的焊接工藝名稱和編號。對照本工廠以前進行焊接工藝評定的情況,對于未曾批準的工藝或超出評定焊接工藝適用范圍的工藝,組織進行焊接工藝評定試驗。


二、焊接工藝評定的實施

1、提交焊接工藝評定試驗方案


工廠在進行焊接工藝評定前,首先要向船級社提交一份擬認可的焊接工藝評定試驗方案,試驗方案中通常包括以下內容:

  1. 母材的牌號、級別、厚度和交貨狀態;

  2. 焊接材料(焊條、焊絲、焊劑和保護氣體)的型號、等級和規格;

  3. 焊接設備的型號和主要性能參數;

  4. 坡口設計和加工要求;

  5. 焊道布置和焊接順序;

  6. 焊接位置(平焊、橫焊、立焊、仰焊等)。

  7. 焊接規范參數(電源極性、焊接電流、電弧電壓、焊接速度和保護氣體流量等);

  8. 焊前預熱和道間溫度控制、焊后熱處理及焊后消除應力的措施等,如需要時;

  9. 施焊環境(如在現場施焊、車間施焊或試驗室施焊);

  10. 焊接后進行的檢驗/試驗項目及其要求;

  11. 焊接后進行的檢驗/試驗項目中各試樣的截取位置圖,及各試樣加工尺寸圖;

  12. 其他有關的特殊要求。

2、船級社對焊接工藝評定試驗方案的審查


焊接工藝方案填寫完畢后,提交船級社審查。查的主要內容為:焊接工藝是否基本正確、項目截取的試樣位置是否與規范要求一致、在填寫焊接規范參數前,可參考相關的資料。此外,各工廠在申請焊接工藝評定前,通常會自行對擬申請的項目進行預試驗,故焊接工藝評定方案中內容的填寫,也可參照預試驗的數據。船級社在收到焊接工藝試驗方案后,將會依據船級社的規范對方案進行審核,如中國船級社將主要依據CCS檢測/試驗的項目能否滿足規范要求、檢測/試驗。試驗試樣的加工能否滿足規范要求、每一項試驗結果的限定值是否符合規范要求等。


此外,在審查焊接工藝試驗方案時,通常還要求母材與焊接材料盡量選取經船級社評定或/和檢驗合格的材料。由于在船板與焊接材料制造廠的工廠評定中,船級社已對這些材料的焊接性能進行了考察,如高強度船體結構用鋼板工廠評定時的沖擊試驗,通常會考察熔合線、熔合線+ 1mm 、熔合線+ 3mm 、熔合線+ 5mm 、熔合線+ 7mm 、熔合線+ 20mm 處的沖擊值,沖擊試驗溫度也比焊接工藝評定時要求嚴格,故選擇這些經評定/檢驗的材料,可減少焊接工藝評定過程中不確定因素的影響,從而增加一次合格的可能性。


焊接工藝評定方案審核完后,船級社會將審核意見提交工廠,工廠按照審核意見對焊接工藝試驗方案進行修改、完善,并已準備現場試驗。


3、焊接工藝評定現場試驗的進行


焊接工藝評定現場試驗按照審查后的焊接工藝評定試驗方案進行,通常驗船師須見證試驗過程。在試驗開始前,驗船師要核查待焊母材與焊接材料,是否與方案中材料的等級、規格一致;檢查待焊試件的裝配情況,是否符合方案要求;直流電源焊接時,還要檢查電源極性是否正確。在試驗過程中,要記錄每一焊道的布置、焊接參數以及是否預熱、層間溫度控制情況、焊道打底及清根情況等,并對焊縫外觀質量進行評定。如焊接試板焊縫外觀檢查合格,則對焊縫進行無損探傷,以及按照規范要求,在焊接試板上確定拉伸、彎曲、沖擊、金相等試驗試樣的位置。最后一道工序為檢查試樣加工情況,進行理化性能試驗。


如上述每一道工序試驗/檢測發現不合格,除力學性能試驗可能涉及在原試件上復取樣試驗外,其他情況均須重新進行工藝評定試驗。


4、焊接工藝評定證書的簽發


現場試驗結束后,由工廠整理試驗結果,編制工藝試驗報告,提交船級社審核。經確認合格后,船級社將在焊接工藝評定試驗報告上簽署,如中國船級社還簽發“焊接工藝認可證書”。表1為某工廠CO2 半自動平焊的“焊接工藝認可證書”中部分內容。

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從表1中,我們可以得到下列信息:

  1. 焊接工藝采用的母材為船用D36 級板,焊接材料為焊絲E712C;

  2. 焊接工藝適用的工件厚度范圍為8mm -30mm;

  3. 焊接方法限定為CO2 氣體保護半自動焊;

  4. 焊接位置限定在水平;

  5. 接頭型式為對接焊;

  6. 同時也注明了坡口裝配形式及試驗時的焊道布置、清根方法、層間溫度控制、焊接工藝參數等。


上述內容基本反映了焊接工藝的主要要求,同時也可看出焊接方法、焊道布置、焊接位置、焊接參數等并不是孤立的,而是相互關聯的,如改變焊接方法、焊接位置等,焊接參數也將相應的發生變化。


當然,上述工藝只能說明在此條件下,試驗結果滿足船級社規范要求。焊接位置、可在修造船中采用,但隨著技術的發展,并不否認在相同的條件下(如母材等級及厚度、焊接方法、焊接接頭型式等)會有其他適合的焊接規范參數,其結果也能滿足船級社規范的要求,只要經驗證合格即可同意在修造船中使用。


三、焊接工藝評定的采用

在船體建造過程中,工廠應嚴格按照評定的工藝要求進行操作,驗船師可隨時進行抽查,以保證船舶的焊接質量。經船級社評定的焊接工藝,一般長期有效,但工廠對已批準的焊接工藝進行改動時,應將所有改動的細節向船級社報告,船級社根據改動的具體內容,決定是否重新進行焊接工藝評定試驗。例如,進行立焊位置(立向上施焊)焊接工藝評定并獲得通過,若工廠在實際生產中其余條件都不改變,只是將焊接方向改變為立向下施焊,認為原焊接工藝是適用的而不需重新進行工藝評定,這種觀點是不能被船級社接受的,因為在焊接中,立向上施焊與立向下施焊是有很大區別的,必須重新進行焊接工藝評定試驗。


評定的焊接工藝,通常都有一定的適用范圍,超出此范圍就應對擬采用的工藝進行焊接工藝評定試驗,船舶建造中此范圍為:

  1. 當采用多道焊工藝時,鋼板及鋁合金材料厚度的適用范圍為試驗所用材料厚度的50% ~200%;采用單道焊工藝時,其適用范圍為試驗所用材料的80%~110% 。如表1為多道焊,工藝評定的母材厚度為15mm,按照規范其適用的厚度即為8~30mm;

  2. 鋼管直徑的適用范圍為試驗所用鋼管直徑的50%~200%,管壁厚度適用范圍同板材料一樣,多道焊時應為試驗所用材料壁厚的50%~200%,單道焊時,為試驗所用材料壁厚的80%~110%;

  3. 鋼材和焊接材料的適用范圍,一般為評定試驗時所采用的相同等級鋼材和焊接材料,但韌性級別高的材料工藝試驗通過后,若能說明焊接工藝參數對焊縫性能無明顯影響,經船級社同意可將此工藝用于韌性級別較低的材料,如表1中D36級板通過了工藝評定,一般可認為也適用于A36級板;

  4. 焊接規范參數中的焊接電流或電弧電壓的任一個值的波動范圍,一般不能超過±5%,焊接速度的波動范圍一般不超過±10%;

  5. 預熱溫度、層間溫度的波動范圍,應不超過規定最高或最低預熱溫度;

  6. 焊縫坡口形式不應作任意變更。


四、工廠在執行焊接工藝時常出現的問題

工廠在執行焊接工藝時常出現的下列問題,需引起注意:

  1. 為了加快生產進度,在操作中不按照評定的工藝要求而增大焊接電流;

  2. 在焊接前,待焊工件需預熱而實際沒有進行;

  3. 在焊接過程中,不按照評定的工藝要求清理干凈每一道焊縫;

  4. 沒有按工藝文件規定選擇適當的焊接材料種類、規格;

  5. 焊接材料沒有按規定烘干、保溫使用;

  6. 保護氣體流量沒有按照評定的工藝選擇,或氣體純度達不到要求(包括在新開啟一瓶保護氣體及一瓶保護氣體將耗盡時處理不當) 。

以上問題,都可能在焊縫中形成焊接缺陷或引起焊縫機械性能變差,從而影響船舶建造質量,這些問題的解決,最主要依賴于造船廠的質量保證體系。


為保證造船廠良好的焊接質量,工廠與船級社可在以下幾方面做好具體工作:

  1. 工廠技術人員根據生產需要,開展焊接工藝評定試驗,條件成熟時申請船級社對焊接工藝進行評定,如試驗合格,根據船級社頒發的焊接工藝評定證書及簽發的焊接工藝評定試驗報告,編制相應的崗位焊接作業指導書或操作規程;

  2. 工廠管理人員對技術人員編制的崗位焊接作業指導書或操作規程,按照質量體系規定進行相應的審批,使之成為工廠生產的受控文件;

  3. 工廠的裝配工、焊工應嚴格執行崗位焊接作業指導書或操作規程,技術人員同時進行相應的指導;

  4. 工廠組織工藝執行情況的檢查,通過定期/不定期的檢查,了解崗位焊接作業指導書或操作規程的執行情況,同時針對出現的問題作出相應的整改措施;

  5. 船級社驗船師在船舶建造過程中,應檢查焊接人員的工作情況,確認是否按照船級社簽發的焊接工藝評定證書執行;

  6. 在船舶一些重要構件的建造過程中,還須進行焊縫的產品性能試驗,以驗證焊接工藝的執行情況。

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