中小型船廠焊接工藝的認(rèn)可與實施

呂瑋慶,王 鐵

(1.南京市地方海事局,江蘇 南京 210036;2.江蘇省地方海事局江蘇南京 210004)

0 引言

造船焊接技術(shù)是現(xiàn)代船舶制造的關(guān)鍵工藝技術(shù),在船體建造中,焊接工時約占船體建造總工時的30%～40%,焊接質(zhì)量是評價造船質(zhì)量的重要指標(biāo)[1]。但當(dāng)前中小型船廠大都沒有進(jìn)行焊接工藝認(rèn)可,很多地方船檢部門也無焊接工藝認(rèn)可經(jīng)驗的現(xiàn)實。作者所在單位在轄區(qū)內(nèi)進(jìn)行了焊接工藝認(rèn)可的試點工作,取得了較好的成效?，F(xiàn)將焊接工藝認(rèn)可的實施要點和常見問題作一個小結(jié),并給出相應(yīng)的解決辦法,以期為改善當(dāng)前落后的焊接質(zhì)量控制模式提供借鑒模板。

1 造船焊接工藝認(rèn)可的概念及意義

焊接工藝認(rèn)可是整個焊接施工的前期準(zhǔn)備,也是船舶開工前檢查的重要環(huán)節(jié),文獻(xiàn)[2]的第 2章早在 1984年對焊接工藝的認(rèn)可就有明確要求:船廠對船舶所要采用的焊接工藝,應(yīng)按建造規(guī)范的有關(guān)規(guī)定擬定試驗計劃提交船檢部門審批,并須在驗船師在場的情況下,按批準(zhǔn)的試驗計劃進(jìn)行試驗。經(jīng)驗船師審查試驗結(jié)果認(rèn)為合格,由船檢部門發(fā)給認(rèn)可證后,才能采用相應(yīng)的焊接工藝。

焊接工藝認(rèn)可工作是驗證所擬定的焊接工藝的正確性而進(jìn)行的試驗過程和結(jié)果評價,它包括焊前準(zhǔn)備、焊接、試驗及其結(jié)果評價的過程。這個過程有前提、有目的、有結(jié)果、有限制范圍。所以焊接工藝認(rèn)可要按照所擬定的焊接工藝方案進(jìn)行焊前準(zhǔn)備、焊接試板、檢驗試板、測定試板的焊接接頭是否具有所要求的使用性能的各項技術(shù)指標(biāo),最后將全過程積累的各項焊接工藝因素、焊接數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果整理成具有結(jié)論性、推薦性的資料,形成“焊接工藝認(rèn)可報告”。

2 焊接工藝認(rèn)可的實施

2.1 提交焊接工藝認(rèn)可試驗方案

通常在船舶開工建造前,船廠應(yīng)結(jié)合本廠自身的技術(shù)條件和生產(chǎn)經(jīng)驗以及船舶建造要求,制定出船舶建造焊接工藝計劃表、焊接工藝認(rèn)可計劃書(PWPS)交船檢認(rèn)可。焊接工藝計劃表中應(yīng)針對建造中焊縫出現(xiàn)于重要結(jié)構(gòu)與結(jié)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。值得注意的是,船廠在制定焊接工藝認(rèn)可計劃時應(yīng)綜合考慮各項待認(rèn)可工藝的適用范圍,提高工藝認(rèn)可的可用性和效益[4],避免因重復(fù)評定造成資源浪費[5],必要時船檢部門可以對船廠進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。焊接工藝認(rèn)可計劃書(PWPS)中通常應(yīng)包括以下內(nèi)容:

(1)母材的牌號、級別、厚度和交貨狀態(tài)。

(2)焊接材料(焊條、焊絲、焊劑和保護氣體)的型號、等級和規(guī)格。

(3)焊接設(shè)備的型號和主要性能參數(shù)。

(4)坡口設(shè)計和加工要求。

(5)焊道布置和焊接順序。

(6)焊接位置(平、立、橫、仰焊等)。

(7)焊接規(guī)范參數(shù)(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(yù)熱和道間溫度控制、焊后熱處理及焊后消除應(yīng)力的措施等(如需要時)。

(9)施焊環(huán)境(如在現(xiàn)場施焊、車間施焊或試驗室施焊)。

(10)焊接后進(jìn)行的檢驗試驗項目及其要求。

(11)焊接后進(jìn)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(guān)的特殊要求。

在填寫焊接規(guī)范參數(shù)前,可參考相關(guān)的資料。此外,各工廠在申請焊接工藝認(rèn)可前,通常會對擬申請的項目進(jìn)行預(yù)試驗,故焊接工藝認(rèn)可計劃書中內(nèi)容的填寫也可參照預(yù)試驗的數(shù)據(jù)。焊接工藝認(rèn)可計劃書填寫完畢后,提交船檢部門審查。

2.2 船檢部門對焊接工藝認(rèn)可計劃書的審查

船檢部門在收到焊接工藝認(rèn)可計劃書后,主要依據(jù)中國船級社《材料與焊接規(guī)范》(2009)對方案進(jìn)行審核。審核的主要內(nèi)容為焊接工藝的主要參數(shù)是否正確,檢測和試驗的項目能否滿足規(guī)范要求,檢測和試驗項目截取試樣的位置是否與規(guī)范要求一致,試樣的加工能否滿足規(guī)范要求,各項試驗結(jié)果的限定值是否符合規(guī)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(jīng)船級評定或檢驗合格的材料。由于在船板與焊接材料制造廠的工廠評定中,船檢部門已對這些材料的焊接性能進(jìn)行了考察,沖擊試驗溫度比焊接工藝認(rèn)可要求嚴(yán)格,故選擇這些經(jīng)評定檢驗的材料,可減少焊接工藝認(rèn)可過程中不確定因素的影響,從而增加一次合格的可能性。

焊接工藝認(rèn)可方案審核完后,船檢部門會將審核意見提交船廠,船廠按照審核意見對焊接工藝試驗方案進(jìn)行修改、完善,并且準(zhǔn)備現(xiàn)場試驗。

2.3 焊接工藝認(rèn)可現(xiàn)場試驗的進(jìn)行

焊接工藝認(rèn)可現(xiàn)場試驗按照審查后的焊接工藝認(rèn)可計劃書進(jìn)行,驗船師必須見證試驗過程。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(guī)格一致,并在試板上打上鋼印標(biāo)記;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。在焊接過程中,驗船師要記錄每一焊道的布置、焊接參數(shù)以及是否預(yù)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(zhì)量進(jìn)行評定。如焊接試板焊縫外觀檢查合格,則對焊縫進(jìn)行無損探傷,若探傷合格,則按規(guī)范要求在試板上取樣并制成拉伸、彎曲、沖擊、金相試驗的標(biāo)準(zhǔn)試樣,期間要注意鋼印的轉(zhuǎn)移,確保試驗結(jié)果與試板的一致性及可追溯性。最后檢查試樣加工情況,進(jìn)行力學(xué)性能試驗,驗船師應(yīng)在現(xiàn)場見證試驗過程,必要時應(yīng)拍照取證,并對試驗數(shù)據(jù)簽字認(rèn)可。除力學(xué)性能試驗可能涉及在原試件上重新取樣試驗外,上述任一工序試驗或檢測發(fā)現(xiàn)有不合格情況時,均須重新進(jìn)行工藝評定試驗。

2.4 焊接工藝認(rèn)可證書的簽發(fā)

現(xiàn)場試驗結(jié)束后,由船廠整理試驗結(jié)果,編制焊接工藝認(rèn)可試驗報告(WPQR),提交船檢部門審核。經(jīng)確認(rèn)合格后,船檢部門將對焊接工藝認(rèn)可試驗報告簽發(fā)“焊接工藝認(rèn)可證書”。船廠則根據(jù)合格的WPQR來編制自己的焊接工藝規(guī)程(WPS),并在施工中貫徹執(zhí)行。

當(dāng)然,上述工藝只能說明在該試驗條件下,試驗結(jié)果滿足船檢規(guī)范要求,可在修造船中采用。但隨著技術(shù)的發(fā)展,并不否認(rèn)在相同的條件下 (如母材等級及厚度、焊接位置、焊接方法、焊接接頭形式等)會有其他適合的焊接規(guī)范參數(shù),其結(jié)果也能滿足船級規(guī)范的要求,只要經(jīng)驗證合格即可同意在造船中使用。

3 焊接工藝認(rèn)可的適用范圍

在船體建造過程中,船廠應(yīng)嚴(yán)格按照評定的工藝要求進(jìn)行操作,驗船師可隨時進(jìn)行抽查,以保證船舶的焊接質(zhì)量。經(jīng)船檢部門評定的焊接工藝,一般長期有效,但船廠對已批準(zhǔn)的焊接工藝進(jìn)行改動時,應(yīng)將所有改動的細(xì)節(jié)向船檢部門報告。船檢部門則根據(jù)改動的具體內(nèi)容,決定是否重新進(jìn)行焊接工藝認(rèn)可試驗。例如,進(jìn)行立焊位置(立向上施焊)焊接工藝認(rèn)可并獲得通過,若船廠在實際生產(chǎn)中其他條件都不改變,只是將焊接方向改變?yōu)榱⑾蛳率┖?從而認(rèn)為原焊接工藝是適用的而不需重新進(jìn)行工藝評定,這種觀點是不能被船檢部門接受的。因為在焊接中,立向上施焊與立向下施焊是有很大區(qū)別的,必須重新進(jìn)行焊接工藝認(rèn)可試驗。故經(jīng)評定合格的焊接工藝都有一定的適用范圍,超出此范圍就應(yīng)對擬采用的工藝進(jìn)行焊接工藝認(rèn)可試驗[3]。

船舶建造中焊接工藝的適用范圍舉例如下:

(1)當(dāng)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%。以多道焊為例,工藝評定的母材厚度為15mm,按照規(guī)范其適用的厚度即為 8～30 mm。

(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(shù)對焊縫性能無明顯影響,經(jīng)船檢部門同意可將此工藝用于韌性級別較低的材料。

(4)焊接規(guī)范參數(shù)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(yù)熱溫度、層間溫度的波動范圍應(yīng)不超過規(guī)定最高或最低預(yù)熱溫度。

(6)焊縫坡口形式不應(yīng)作任意變更。

4 常見問題及解決方法

在工程實踐中,發(fā)現(xiàn)船廠在執(zhí)行焊接工藝規(guī)程時常出現(xiàn)下列問題,需引起注意:

(1)為了加快生產(chǎn)進(jìn)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(yù)熱而實際沒有進(jìn)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)在焊接過程中,不按照評定的工藝控制層間溫度。

(5)在操作過程中,坡口裝配達(dá)不到工藝要求。

(6)沒有按工藝文件規(guī)定選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧戏N類、規(guī)格。

(7)焊接材料沒有按規(guī)定烘干、保溫使用。

(8)保護氣體流量沒有按照評定的工藝選擇或氣體純度達(dá)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(dāng))。

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(zhì)量。為保證良好的焊接質(zhì)量,船廠應(yīng)做好以下幾方面的具體工作:

(1)船廠技術(shù)人員根據(jù)生產(chǎn)需要,開展焊接工藝認(rèn)可試驗,條件成熟時申請船檢部門對焊接工藝進(jìn)行評定。如試驗合格,根據(jù)船檢部門頒發(fā)的焊接工藝認(rèn)可證書及簽發(fā)的焊接工藝認(rèn)可試驗報告,編制相應(yīng)的崗位焊接作業(yè)指導(dǎo)書或操作規(guī)程。

(2)船廠管理人員對技術(shù)人員編制的崗位焊接作業(yè)指導(dǎo)書或操作規(guī)程,按照質(zhì)量管理體系規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)的審批,使之成為船廠生產(chǎn)的受控文件。

(3)重視和加強焊工考試工作,焊接工藝認(rèn)可和焊工考試是保證實際生產(chǎn)中焊接制成合格焊件而進(jìn)行的兩方面相輔相成的工作,兩者缺一不可[6]。

(4)船廠的裝配工、焊工應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行崗位焊接作業(yè)指導(dǎo)書或操作規(guī)程,技術(shù)人員同時進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)。

(5)船廠組織工藝執(zhí)行情況的檢查,通過定期不定期的檢查,了解崗位焊接作業(yè)指導(dǎo)書或操作規(guī)程的執(zhí)行情況,同時針對出現(xiàn)的問題作出相應(yīng)的整改措施。

(6)在船舶一些重要構(gòu)件的建造過程中,還需進(jìn)行焊縫的產(chǎn)品性能試驗,以驗證焊接工藝的執(zhí)行情況。

5 結(jié)語

實踐證明,切實推進(jìn)焊接工藝認(rèn)可工作,對于提高船廠整體的焊接質(zhì)量是非常有益的。但在造船過程中要將焊接工藝落實到具體焊接施工中還會遇到很多實際問題,需要地方船檢部門和船廠共同努力。地方船檢部門在焊接工藝認(rèn)可工作中要嚴(yán)格把關(guān),同時考慮到大部分中小型船廠的底子比較薄,故對船廠在焊接工藝認(rèn)可和執(zhí)行中存在的問題要“幫、扶、帶”,使他們盡快走上正軌。而船廠則應(yīng)積極配合地方船檢的工作,一方面根據(jù)實際情況積極開展焊接工藝的認(rèn)可工作,補充和修訂自身的工藝規(guī)程,解決實際困難;另一方面要把地方船檢部門的監(jiān)管轉(zhuǎn)化成內(nèi)部的管理機制,提高焊接工藝規(guī)程的管理水平,改進(jìn)焊接質(zhì)量的控制模式,從真正意義上提高造船焊接質(zhì)量,從而提高船舶的整體建造質(zhì)量。

[1] 毛教康.船舶制造的焊接工藝認(rèn)可與實施[J].沿海企業(yè)與科技,2008,94(3):39-42.

[2] 中華人民共和國船舶檢驗局.船舶建造檢驗規(guī)程[M].北京:人民交通出版社,1984.

[3] 中國船級社.材料與焊接規(guī)范[M],北京:人民交通出版社, 2009.

[4] 王玉良.造船焊接工藝評定的適用范圍及船廠的對應(yīng)措施[J].廣船科技,2007,95(1):26-29.

[5] 姚開亨.焊接工藝評定要講效益[J].機械工人(熱加工), 2O00,(6):45-45.

[6] 何兵.船舶焊接工藝認(rèn)可中的一些問題[J].造船技術(shù),1996, 192(2):32-37.