造船焊接工艺的评定与实施

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在验船过程中,船级社验船师常发现某些船厂,特别是一些中小型船厂,由于缺乏焊接工程技术人员,或对修造船过程中焊接工艺的要求不太明确,影响到船舶的建造或修理质量。本文根据作者多年的实践经验,概述对修造船过程中焊接工艺评定的要求、及在实际焊接施工中应注意的一些问题,供修造船参考。


实施过程以

一　造船中焊接工艺认可规定

造船过程中,进行焊接工艺评定试验,通常为对确定的母材及焊接材料,在采用一定工艺焊接后,通过检验焊缝及热影响区的性能,来评定该工艺的适用性。由于焊接工艺评定对保证后续焊接生产质量有着重要意义,各船级社均要求对拟将新采用的焊接工艺进行评定或认可,如中国船级社《材料与焊接规范》(1998)中规定,船舶、海上设施和船用产品的制造厂焊接生产前,应对采用的新材料、新工艺进行焊接工艺评定试验,以证实该焊接工艺的适用性。

通常在一条船舶开工建造前,工厂应结合自身的技术条件和生产经验,制定出船舶建造焊接工艺计划表交验船师认可。计划表中应针对建造中焊缝出现于重要结构与结点的不同位置、形式和尺寸,列出拟使用的焊接工艺名称和编号。对照本工厂以前进行焊接工艺评定的情况,对于未曾批准的工艺或超出评定焊接工艺适用范围的工艺,组织进行焊接工艺评定试验。

二　焊接工艺评定的实施

1　提交焊接工艺评定试验方案

工厂在进行焊接工艺评定前,首先要向船级社提交一份拟认可的焊接工艺评定试验方案,试验方案中通常包括以下内容:

(1)母材的牌号、级别、厚度和交货状态;

(2)焊接材料(焊条、焊丝、焊剂和保护气体)的型号、等级和规格;

(3)焊接设备的型号和主要性能参数;

(4)坡口设计和加工要求;

(5)焊道布置和焊接顺序;

(6)焊接位置(平、立、横、仰焊等) 。

(7)焊接规范参数(电源极性、焊接电流、电弧电压、焊接速度和保护气体流量等);

(8)焊前预热和道间温度控制、焊后热处理及焊后消除应力的措施等(如需要时);

(9)施焊环境(如在现场施焊、车间施焊或试验室施焊);

(10)焊接后进行的检验/试验项目及其要求;

(11)焊接后进行的检验/试验项目中各试样的截取位置图及各试样加工尺寸图;

(12)其他有关的特殊要求。

船级社将主要依据CCS

查的主要内容为:焊接工艺是否基本正确、项目截取的试样位置是否与规范要求一致、在填写焊接规范

参数前,可参考相关的资料。此外,各工厂在申请焊接工艺评定前,通常会自行对拟申请的项目进行预试验

船级社在收到焊接工艺试验方案后,将会依据船级社的规范对方案进行审核,如中国船,故焊接工艺评定方

案中内容的填写,也可参照预试验的数据。焊接工艺方案填写完毕后,提交船级社审查。


2　船级社对焊接工艺评定试验方案的审查


检测/试验的项目能否满足规范要求、检测/试验


试验试样的加工能否满足规范要求、每一项试验

结果的限定值是否符合规范要求等。


此外,在审查焊接工艺试验方案时,通常还要求母材与焊接材料尽量选取经船级社评定

或/和检验合格的材料。由于在船板与焊接材料制造厂的工厂评定中,船级社已对这些材料

的焊接性能进行了考察,如高强度船体结构用钢板工厂评定时的冲击试验,通常会考察熔合

线、熔合线+ 1mm 、熔合线+ 3mm 、熔合线+ 5mm 、熔合线+ 7mm 、熔合线+ 20mm 处的冲击

值,冲击试验温度也比焊接工艺评定时要求严格,故选择这些经评定/检验的材料,可减少焊

接工艺评定过程中不确定因素的影响,从而增加一次合格的可能性。


焊接工艺评定方案审核完后,船级社会将审核意见提交工厂,工厂按照审核意见对焊接

工艺试验方案进行修改、完善,并已准备现场试验。

3　焊接工艺评定现场试验的进行

焊接工艺评定现场试验按照审查后的焊接工艺评定试验方案进行,通常验船师须见证

试验过程。在试验开始前,验船师要核查待焊母材与焊接材料,是否与方案中材料的等级、

规格一致;检查待焊试件的装配情况,是否符合方案要求;直流电源焊接时,还要检查电源极

性是否正确。在试验过程中,要记录每一焊道的布置、焊接参数以及是否预热、层间温度控

制情况、焊道打底及清根情况等,并对焊缝外观质量进行评定。如焊接试板焊缝外观检查合

格,则对焊缝进行无损探伤,以及按照规范要求,在焊接试板上确定拉伸、弯曲、冲击、金相等

试验试样的位置。最后一道工序为检查试样加工情况,进行理化性能试验。


如上述每一道工序试验/检测发现不合格,除力学性能试验可能涉及在原试件上复取样

试验外,其他情况均须重新进行工艺评定试验。

4　焊接工艺评定证书的签发


现场试验结束后,由工厂整理试验结果,编制工艺试验报告,提交船级社审核。经确认

合格后,船级社将在焊接工艺评定试验报告上签署,如中国船级社还签发“焊接工艺认可证

书”。表1为某工厂CO2 半自动平对接焊的“焊接工艺认可证书”中部分内容。




从表1中,我们可以得到下列信息:


(1)焊接工艺采用的母材为船用D36 级板,焊接材料为焊丝E712C;

(2)焊接工艺适用的工件厚度范围为8mm -30mm;

(3)焊接方法限定为CO2 气体保护半自动焊;

(4)焊接位置限定在水平;

(5)接头型式为对接焊。

(6)同时也注明了坡口装配形式及试验时的焊道布置、清根方法、层间温度控制、焊接工艺参数等。

上述内容基本反映了焊接工艺的主要要求,同时也可看出焊接方法、焊道布置、焊接位

置、焊接参数等并不是孤立的,而是相互关联的,如改变焊接方法、焊接位置等,焊接参数也

将相应的发生变化。


当然,上述工艺只能说明在此条件下,试验结果满足船级社规范要求

焊接位置、可在修造船中采用,但随着技术的发展,并不否认在相同的条件下

三　焊接工艺评定的采用

(如母材等级及厚度、焊接方

法、焊接接头型式等)会有其他适合的焊接规范参数,其结果也能满足船级社规范的要求,

只要经验证合格即可同意在修造船中使用。


在船体建造过程中,工厂应严格按照评定的工艺要求进行操作,验船师可随时进行抽

查,以保证船舶的焊接质量。经船级社评定的焊接工艺,一般长期有效,但工厂对已批准的

焊接工艺进行改动时,应将所有改动的细节向船级社报告,船级社根据改动的具体内容,决

定是否重新进行焊接工艺评定试验。例如,进行立焊位置(立向上施焊)焊接工艺评定并获

得通过,若工厂在实际生产中其余条件都不改变,只是将焊接方向改变为立向下施焊,认为

原焊接工艺是适用的而不需重新进行工艺评定,这种观点是不能被船级社接受的,因为在焊

接中,立向上施焊与立向下施焊是有很大区别的,必须重新进行焊接工艺评定试验。


评定的焊接工艺,通常都有一定的适用范围,超出此范围就应对拟采用的工艺进行焊接

工艺评定试验,船舶建造中此范围为:


(1)当采用多道焊工艺时,钢板及铝合金材料厚度的适用范围为试验所用材料厚度的

50% -200%; 采用单道焊工艺时,其适用范围为试验所用材料的80% 一110% 。如表1为

多道焊,工艺评定的母材厚度为15mm, 按照规范其适用的厚度即为8～30mm;

(2)钢管直径的适用范围为试验所用钢管直径的50% ～200% , 管壁厚度适用范围同板

材料一样,多道焊时气为试验所用材料壁厚的50% -200%, 单道焊时,为试验所用材料壁

厚的80% ～110% ;

(3)钢材和焊接材料的适用范围一般为评定试验时所采用的相同等级钢材和焊接材

料,但韧性级别高的材料工艺试验通过后,若能说明焊接工艺参数对焊缝性能无明显影响,

经船级社同意可将此工艺用于韧性级别较低的材料,如表1中D36 级板通过了工艺评定,

一般可认为也适用于A36 级板;

(4)焊接规范参数中的焊接电流或电弧电压的任一个值的波动范围一般不能超过±

5% , 焊接速度的波动范围一般不超过±10% ;

(5)预热温度、层间温度的波动范围应不超过规定最高或最低预热温度;

(6)焊缝坡口形式不应作任意变更。

四　工厂在执行焊接工艺时常出现的问题


工厂在执行焊接工艺时常出现的下列问题,需引起注意:


(1)为了加快生产进度,在操作中不按照评定的工艺要求而增大焊接电流;

(2)在焊接前,待焊工件需预热而实际没有进行;

(3)在焊接过程中,不按照评定的工艺要求清理干净每一道焊缝;

(6)没有按工艺文件规定选择适当的焊接材料种类、规格;

(7)焊接材料没有按规定烘干、保温使用;

(8)保护气体流量没有按照评定的工艺选择或气体纯度达不到要求(包括在新开启一

瓶保护气体及一瓶保护气体将耗尽时处理不当) 。

(4)在焊接过程中,不按照评定的工艺控制层间温度;

(5)在操作过程中,坡口装配达不到工艺要求;

以上问题,都可能在焊缝中形成焊接缺陷或引起焊缝机械性能变差,从而影响船舶建造

质量,这些问题的解决,最主要依赖于造船厂的质量保证体系。

为保证造船厂良好的焊接质量,工厂与船级社可在以下几方面做好具体工作:


(1)工厂技术人员根据生产需要,开展焊接工艺评定试验,条件成熟时申请船级社对焊

接工艺进行评定,如试验合格,根据船级社颁发的焊接工艺评定证书及签发的焊接工艺评定

试验报告,编制相应的岗位焊接作业指导书或操作规程;

(2)工厂管理人员对技术人员编制的岗位焊接作业指导书或操作规程,按照质量体系

规定进行相应的审批,使之成为工厂生产的受控文件;

(3)工厂的装配工、焊工应严格执行岗位焊接作业指导书或操作规程,技术人员同时进

行相应的指导;

(4)工厂组织工艺执行情况的检查,通过定期/不定期的检查,了解岗位焊接作业指导

书或操作规程的执行情况,同时针对出现的问题作出相应的整改措施;

(5)船级社验船师在船舶建造过程中,应检查焊接人员的工作情况,确认是否按照船级

社签发的焊接工艺评定证书执行;

(6)在船舶一些重要构件的建造过程中,还须进行焊缝的产品性能试验,以验证焊接工

艺的执行情况。