MSC94 TEU大線能量焊接檢驗要點研究

摘 要：本文主要介紹了MSC 9400TEU集裝箱船大線能量焊接質(zhì)量的重要性以及控制大線能量焊接質(zhì)量的手段和措施。通過日常檢驗發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題和最終的無損檢測結(jié)果，對此區(qū)域焊接質(zhì)量進(jìn)行有效地監(jiān)控，發(fā)掘并最終確定了一套適合大線能量焊接方法的有效可行檢驗手段。關(guān)鍵詞：大線能量焊接 焊接質(zhì)量 檢驗一、引言現(xiàn)代集裝箱船正在朝著大型化、高速化、環(huán)?；?、多用途化不斷發(fā)展。集裝箱船已經(jīng)逐漸取代相對傳統(tǒng)意義上的散貨船，開始成為海上貨物運(yùn)輸?shù)闹髁?，在世界貨物運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)貿(mào)易中占有越來越重要的地位。我國集裝箱船研制雖然起步較晚，但是發(fā)展速度卻非常快，很多大型船企均在集裝箱船領(lǐng)域有所涉足。近幾年來，我國還不斷出口集裝箱船，在世界各地海洋上都可以見到我國建造集裝箱船的身影。厚板焊接質(zhì)量的好壞關(guān)系到船舶能否在大海中抵御風(fēng)浪的沖擊，直接影響公司整體品牌信譽(yù)和經(jīng)營風(fēng)險。因此，在有效控制好集裝箱船的質(zhì)量，尤其是船體結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量的前提下，采用合理準(zhǔn)確的檢測檢驗手段，發(fā)現(xiàn)并消除大多數(shù)有致命影響的焊接缺陷，是公司領(lǐng)導(dǎo)以及質(zhì)量部門的重點關(guān)注事項。而厚板區(qū)域的焊接質(zhì)量是集裝箱船最主要的質(zhì)量控制點，大型集裝箱船厚板焊接質(zhì)量的檢驗檢測工作具有非常重要的現(xiàn)實意義。公司承建的MSC 9400TEU是轉(zhuǎn)型發(fā)展實際意義上的第一批集裝箱船產(chǎn)品，如何更好地控制集裝箱船的產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是厚板區(qū)域的焊接質(zhì)量是公司上下重點關(guān)注的事項。二、大線能量焊接技術(shù)MSC 9400TEU采用了先進(jìn)的焊接技術(shù)——大線能量焊接技術(shù)，鋼板也是選用了日本JFE進(jìn)口的高韌性厚板。大線能量鋼是由于鋼材在軋制過程中采用了TMCP（Thermo Mechanical Control Process，熱機(jī)械控制工藝）技術(shù)，使得鋼材在既不需要添加過多合金元素，也不需要復(fù)雜的后續(xù)熱處理的條件下，也能獲得足夠的強(qiáng)度和韌性。大線能量焊接時，傳統(tǒng)低合金高強(qiáng)度鋼的焊接粗晶熱影響區(qū)強(qiáng)度會略有提高，但韌性極差，主要原因是奧氏體晶粒的嚴(yán)重長大以及二次組織由小熱量輸入多層多道焊時的回火馬氏體下貝氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)樯县愂象w組織，而焊接粗晶熱影響區(qū)的韌性是焊接結(jié)構(gòu)中性能最薄弱的環(huán)節(jié)。大線能量焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，顯著提高了焊接施工效率，節(jié)省了船舶建造焊接成本，成為現(xiàn)代造船業(yè)高效制造的重要手段。大線能量焊接具有焊接速度快、施工道次少、效率高等優(yōu)點，但伴隨焊接線能量的增加，鋼板焊接熱影響區(qū)高溫停留時間延長、相變冷卻速度減慢，導(dǎo)致熱影響區(qū)（HAZ）奧氏體晶粒急劇長大，并形成大量的側(cè)板條鐵素體組織，大大惡化焊接熱影響區(qū)的性能，即焊接粗晶熱影響區(qū)的強(qiáng)度和韌性變差，且易產(chǎn)生焊接冷裂紋等缺陷。為此，國內(nèi)外相繼開展了大線能量焊接用鋼的研究。由于公司是首次采用大線能量焊接技術(shù)，國內(nèi)也是較早采用這種技術(shù)的單位，無太多有效的經(jīng)驗可以借鑒。針對這種情況，質(zhì)量保證部做了大量的準(zhǔn)備工作，成立了大線能量鋼控制小組，學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識，并制定了專門的焊接檢驗檢驗要點。三、大線能量焊接質(zhì)量檢驗要點針對MSC 9400TEU大線能量焊接的技術(shù)特點，質(zhì)量保證部在產(chǎn)品開工前制定了相應(yīng)的質(zhì)量控制要點，聯(lián)合精度管理部多次向生產(chǎn)部門進(jìn)行技術(shù)交底與宣貫，并對檢驗人員進(jìn)行培訓(xùn)。1.焊接工藝評定。產(chǎn)品開工前，必須編制相應(yīng)的焊接工藝（WPS），并經(jīng)船級社認(rèn)可。大線能量鋼的焊接工藝評定做了板厚50mm、55mm和68mm，間隙在7-10mm。在經(jīng)表面檢驗和無損檢測后，又對焊接試板做了沖擊、硬度、宏觀等試驗，編制出了經(jīng)過船級社認(rèn)可的焊接工藝，并以此作為質(zhì)量保證部今后日常檢驗的依據(jù)。2.原材料質(zhì)量控制。公司采購的鋼板全部是日本JFE鋼廠，每張鋼板進(jìn)廠前都有合格的檢驗證書，但是質(zhì)量保證部本著對產(chǎn)品認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，組織檢驗人員和探傷人員對MSC 9400TEU鋼板的表面、厚度、內(nèi)部等方面進(jìn)行多比例的抽查，將有問題的鋼板全部退還了鋼廠，有效的杜絕了“麻點板”和“缺陷板”的流轉(zhuǎn)，從而為后道的施工工序有效地進(jìn)行了保障。3.焊工技能保證。針對大線能量鋼的焊接，公司組織生產(chǎn)部門供進(jìn)行了81人次培訓(xùn)，在經(jīng)過理論、操作考試，以及目視、無損檢測、理化等檢驗后，將一部分不合格的人員淘汰出局，留下55名合格人員，有效的保證了大線能量焊接質(zhì)量和人員的數(shù)量。4.大線能量板的精度控制。大線能量板工藝應(yīng)用的精度需求：（1）艙口圍與舷側(cè)抗扭箱處大線能量板結(jié)構(gòu)的長度尺寸必須一致；（2）艙口圍與舷側(cè)抗扭箱在組立合攏后的搭載端面度必須一致；（3）雙層底分段總組后的長度必須與艙口圍與舷側(cè)抗扭箱總組后的長度一致；（4）船體雙層底分段搭載后的長度與大線能量板處的長度一致。5.焊前狀況制備。大線能量板分布區(qū)域：縱向艙口圍分段、舷側(cè)抗扭箱分段，大線能量板垂直氣電焊的焊接要求：雙面V型坡口，角度范圍18°-22°，坡口間隙必須滿足7-10mm，。當(dāng)大于10mm，須改用常規(guī)焊接；當(dāng)小于7mm時，正面仍可采用垂直氣電焊，但反面須清根后用常規(guī)焊接完成；為此，箱船大線能量板結(jié)構(gòu)以及與此相關(guān)的船體結(jié)構(gòu)的制作和建造精度須盡可最大程度滿足搭載焊縫焊接工藝規(guī)定的7-10mm坡口間隙的要求。公司精度部和搭載部的現(xiàn)場管理人員共同監(jiān)控現(xiàn)場坡口和間隙情況，從而對坡口角度和根部間隙不達(dá)標(biāo)的焊縫禁止使用大線能量焊接技術(shù)，改用常規(guī)的二氧化碳保護(hù)焊進(jìn)行代替。通過艏制船的現(xiàn)場統(tǒng)計，1號船一共38條大線能量鋼板焊縫，其中19條使用雙絲垂直氣電焊焊接、另外19條使用CO2半自動進(jìn)行焊接。本次雙絲垂直氣電焊焊接比例為50%。

焊縫總長度約為82米，其中雙絲垂直氣電焊焊接長度為38.52m。故焊接長度比例約為47%。6.焊接過程監(jiān)控。大線能量板在分段制作階段拼板時變形較難控制，因變形矯正造成長度超差。尤其是艙口圍結(jié)構(gòu)制作變形控制最為關(guān)鍵，其因結(jié)構(gòu)原因制作變形大易造成矯正后長度尺寸超差較大。雙層底分段總組搭載后的長度與大線能量板的長度尺寸匹配也是重中之重，如果出現(xiàn)偏差，要造成大線能量板的二次切割。因此在焊前，生產(chǎn)部門的裝配工先提交焊前報驗，質(zhì)量保證部的專職QC按要求先內(nèi)檢，將發(fā)現(xiàn)的問題標(biāo)出整改，然后由質(zhì)保部的專職QC向船東船檢提交焊前報驗申請單及預(yù)熱報驗單，檢查的內(nèi)容是坡口的間隙、坡口的光潔度、對接縫表明的平整度、鋼板預(yù)熱的溫度以及現(xiàn)場WPS的張貼等，全部合格后方能施焊。施工期間質(zhì)量保證部的QC還要作過程抽查，查焊接初始溫度、焊接層間溫度、焊工的資質(zhì)以及現(xiàn)場的工藝紀(jì)律執(zhí)行情況。7.焊后檢驗。（1）焊縫成型。大線能量鋼采用的都是厚板，其焊接要求很高，間隙必須控制在7—10毫米之內(nèi)才能采用垂直氣電焊施工，達(dá)不到這個要求必須改成CO2手工焊，而且改成手工焊后還要進(jìn)行鋼板預(yù)熱，焊接時要采用多層多道焊，每層焊縫的寬度必須控制在20毫米以內(nèi)，余高不能超過5毫米，因此，焊接質(zhì)量必須層層控制。（2）無損檢測結(jié)果。通過幾條船的探傷統(tǒng)計，在自動焊應(yīng)用程度高的幾條船上，UT的一次合格率較高。從缺陷的分布和類型來看，自動焊處基本無缺陷，自動焊和手工焊交接處出現(xiàn)問題較多，手工焊焊接時，由于采用的多層多道焊，焊接時對溫度和焊工的要求較高，因此缺陷產(chǎn)生的概率較自動焊大，且規(guī)律性較小。四、控制效果：焊接效率的提升通過對艏制船現(xiàn)場統(tǒng)計，分別核算了使用雙絲垂直氣電焊和CO2半自動焊總費用。在使用雙絲垂直氣電焊時所采用的人工成本和材料成本的總和是39360元，在使用 CO2半自動焊時的人工成本和材料成本的總和是65928元，因此，在艏制船上使用雙絲垂直氣電焊可降低41%費用。五、結(jié)語通過對這5條船的建造和大線能量焊接技術(shù)的研究以及焊接質(zhì)量的控制，公司積累了一定的經(jīng)驗，對后續(xù)集裝箱船的建造具有很多的借鑒意義，主要體現(xiàn)在：（1）焊工的資質(zhì)管理，（2）選用正確的WPS參數(shù)，（3）操作要精細(xì)化、具體化，（4）底漆要有明顯的色標(biāo)區(qū)分，（5）焊工必須實名制管理，做到質(zhì)量可追溯。集裝箱船大型化趨勢必然導(dǎo)致船廠使用各類新材料、新工藝的應(yīng)用，大線能量板的使用，有效的提高生產(chǎn)效率，正確的使用焊接新技術(shù)是控制集裝箱船厚板區(qū)域的焊接質(zhì)量，保證了產(chǎn)品的整體穩(wěn)定，同時也贏得了船東船檢的一致好評，也提高了公司在大型集裝箱船建造的市場競爭力。參考文獻(xiàn)：[1]楊才福，柴鋒，蘇航. 大線能量焊接船體鋼的研究[J].上海金屬，2010，32（1）：1-10.