VLOC分段手工焊縫裂紋的處理

CCS江蘇分社 張 超

2018年1月23日下午，我在例行巡檢過程中，在264分段建造現(xiàn)場(chǎng)，習(xí)慣性地將打底焊陶瓷襯墊撕掉，發(fā)現(xiàn)有一條平對(duì)接焊縫打底疑似有裂紋，隨即要求現(xiàn)場(chǎng)打磨人員磨去焊縫余高做進(jìn)一步檢測(cè)，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)是打底焊裂紋。由于VLOC是該船廠首次承接建造的超級(jí)巨輪，船廠并沒有太多的相關(guān)建造經(jīng)驗(yàn)，為了搞清楚該裂紋是個(gè)案還是普遍現(xiàn)象，我及時(shí)聯(lián)系船廠質(zhì)保部相關(guān)負(fù)責(zé)人，要求對(duì)該工區(qū)其它的分段進(jìn)行類似的抽檢，經(jīng)過初步的排查發(fā)現(xiàn)六個(gè)分段的拼板縫以及橫對(duì)接處存在相似問題。

1月24日，CCS現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目組召集船廠品質(zhì)保證部、技術(shù)部、制造部及現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行了第一次會(huì)議，會(huì)議成立了焊接打底裂紋專項(xiàng)小組，并要求對(duì)該系列的裂紋進(jìn)行了初步分析，并整理出以下幾點(diǎn)工作思路：船廠技術(shù)部聯(lián)合焊接實(shí)驗(yàn)室對(duì)裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析；制造部聯(lián)合品保部探傷室對(duì)其余分段平對(duì)接焊縫進(jìn)行抽檢確保裂紋的消除；制造部組織施工人員對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋的焊縫進(jìn)行處理直至探傷合格。

張超 CCS江蘇分社建造船舶及海工檢驗(yàn)處項(xiàng)目經(jīng)理，系統(tǒng)內(nèi)化學(xué)品船專家組成員，主要從事船舶建造項(xiàng)目管理和現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)工作。先后完成38000DWT系列不銹鋼化學(xué)品船、40萬噸大型礦砂船等新造船建造檢驗(yàn)工作。參與編寫了不銹鋼化學(xué)品船建造檢驗(yàn)指南、化學(xué)品船檢驗(yàn)須知等。同時(shí)，承擔(dān)了系統(tǒng)內(nèi)P級(jí)班授課和相關(guān)驗(yàn)船師油化船的專題培訓(xùn)工作，并參與了系統(tǒng)內(nèi)多艘危化船飛行檢驗(yàn)和應(yīng)急事故處理工作。

在落實(shí)好首次會(huì)議制定的措施后，2月6日，CCS駐廠組和船廠品保部再次組織專題會(huì)，對(duì)目前排查情況做了通報(bào)，經(jīng)初步排查，發(fā)現(xiàn)目前存在37個(gè)分段存在相似的焊接裂紋，會(huì)上大家對(duì)產(chǎn)生原因做了詳細(xì)分析，并制定了專項(xiàng)措施。

首先是做焊接裂紋對(duì)比試驗(yàn)分析。船廠焊接試驗(yàn)室根據(jù)不同坡口角度，裝配間隙及焊接參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

第一組試板：材質(zhì)AH36，規(guī)格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接條件：坡口角度40°，裝配間隙8～9mm，焊接電流190A，焊接電壓27V，焊接速度16cm/min，焊接時(shí)鋼板溫度-4℃，裝配剛性6個(gè)馬板。

焊后情況：焊后立即敲完渣，肉眼未發(fā)現(xiàn)裂紋，3天后檢查仍無裂紋。

第二組試板：材質(zhì)AH36，規(guī)格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接條件：坡口角度40°，裝配間隙8～9mm，焊接電流230A，焊接電壓30.8V，焊接速度19cm/min，焊接時(shí)鋼板溫度-4℃。

焊后情況：焊后立即敲完渣，肉眼發(fā)現(xiàn)3處裂紋，裂紋長(zhǎng)度10～20mm，焊接時(shí)鋼板溫度-4℃。

第三組試板：材質(zhì)AH36，規(guī)格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接條件：坡口角度45°，裝配間隙7～8mm，焊接電流230A，焊接電壓30.8V，焊接速度19cm/min，焊接時(shí)鋼板溫度-4℃。

焊后情況：焊后立即敲完渣，肉眼發(fā)現(xiàn)1處裂紋，裂紋長(zhǎng)度8mm。

第四組試板：材質(zhì)AH36，規(guī)格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接條件：坡口角度52°，裝配間隙7～9mm，焊接電流245A，焊接電壓31.1V，焊接速度15cm/min，焊接時(shí)鋼板溫度-4℃。

焊后情況：焊后立即敲完渣，肉眼未發(fā)現(xiàn)裂紋，3天后檢查仍無裂紋。

通過以上試驗(yàn)可以得出，在其它條件一致的情況下平對(duì)接打底焊裂紋的出現(xiàn)與焊接坡口角度、焊接裝配間隙、焊接參數(shù)有關(guān)。坡口增大裂紋減少，間隙減小裂紋增加，焊接電流電壓增大裂紋增加，焊接速度降低裂紋減少。

由于藥芯焊絲加陶瓷襯墊打底焊中，陶瓷襯墊導(dǎo)熱速度低于鋼板坡口根部的導(dǎo)熱速度（特別是，當(dāng)環(huán)境溫度低的時(shí)候，這種差別就更加明顯）。根據(jù)熔池結(jié)晶原理，兩側(cè)的結(jié)晶速度過快，導(dǎo)致熔池里面還未析出的低熔點(diǎn)共晶物（焊渣等雜質(zhì)）沒有充分的溢出焊縫中心，在焊接收縮應(yīng)力的作用下產(chǎn)生了焊接熱裂紋。結(jié)晶圖示如下：

根據(jù)裂紋形成的機(jī)理，只要能夠創(chuàng)造條件讓焊縫中心的低熔點(diǎn)共晶物能夠充分地溢出焊接熔池，就可以有效地控制此類裂紋的形成。

回到前面的試驗(yàn)結(jié)果：增大了坡口角度，是改變了熔池的幾何形狀，給低熔點(diǎn)共晶物（焊渣等）創(chuàng)造了更容易溢出的條件，同時(shí)焊接時(shí)更容易形成體積稍大一些的熔池，延長(zhǎng)了熔池的結(jié)晶時(shí)間，讓熔池結(jié)晶時(shí)的低熔點(diǎn)共晶物（焊渣等）溢出的更加充分；焊縫間隙不宜過小，也是為了增大焊接熔池體積，延長(zhǎng)熔池的結(jié)晶時(shí)間，讓熔池結(jié)晶時(shí)的低熔點(diǎn)共晶物（焊渣等）溢出的更加充分；平焊打底焊時(shí)，當(dāng)增大焊接電流電壓時(shí)，雖然增加了焊接熱量，但同樣也增加了焊接的速度，所以對(duì)焊縫熔池結(jié)晶時(shí)的低熔點(diǎn)共晶物（焊渣等）溢出不一定延長(zhǎng)時(shí)間，但大的焊接電流電壓會(huì)產(chǎn)生更大的焊接收縮應(yīng)力，對(duì)裂紋的發(fā)生創(chuàng)造了條件，特別是當(dāng)坡口角度較小時(shí)更為明顯，當(dāng)坡口角度大到一定程度時(shí)，大的焊接電流對(duì)裂紋顯得不再那么明顯。

綜上分析，專項(xiàng)小組制定了控制現(xiàn)場(chǎng)平對(duì)接打底焊裂紋的有效措施如下：

1、工藝措施

1）當(dāng)板厚在35mm以下的鋼板打底焊時(shí)，盡量選擇與平對(duì)接坡口角度一致或接近的坡口角度，裝配時(shí)間隙最好控制在8～10mm，焊接電流電壓在能夠保證焊縫背面成形的前提下，盡量選擇偏低一些的焊接電流電壓（電流最好控制在230A以下），焊接時(shí)盡量控制焊接速度不宜過快。具體要求見WPS。當(dāng)環(huán)境過低、現(xiàn)場(chǎng)剛度過大時(shí)，即使35mm以下的鋼板，焊接時(shí)也要考慮焊前預(yù)熱。

2）當(dāng)板厚超過35mm時(shí)，焊接時(shí)采用電加熱后焊接。焊前預(yù)熱是防止平對(duì)接打底焊熱裂紋的有效措施。

3）此類焊縫的接頭裂紋是用以上方法難以避免的，所以不管是焊接預(yù)熱焊縫還是不預(yù)熱的焊縫，為了減少接頭裂紋，焊接時(shí)過馬板焊接盡量采用快速熱接頭法焊接，要求馬板開孔要能夠保證焊槍保護(hù)套能夠伸過去，且眼睛視線良好。實(shí)在無法避免時(shí)，確實(shí)要停止時(shí)，熄弧時(shí)盡量填滿弧坑，起弧前先檢查焊接接頭是否有裂紋或收弧縮孔，若有裂紋必須打磨去除后再起弧焊接。在條件允許的情況下，將馬板裝在坡口背面是最理想的做法。

2、管理措施

1）明確要求制造部完善焊接實(shí)名制的要求，將焊工姓名、焊接參數(shù)、裝配間隙、坡口角度等信息做好詳細(xì)記錄，要求制造部安排主管進(jìn)行檢驗(yàn)并做好記錄。

2）品保部增加打底焊前報(bào)驗(yàn)項(xiàng)目，在焊前報(bào)驗(yàn)時(shí)若未發(fā)現(xiàn)有生產(chǎn)部門主管檢驗(yàn)記錄將明確拒檢，不允許施焊。

3）對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題的焊縫進(jìn)行焊工追溯，匯總好問題焊工名單，先吊銷焊工證書，進(jìn)行再培訓(xùn)考證合格后上崗。

4）對(duì)制造部各分承包方進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)，要求水平較高的焊工焊接，盡量對(duì)這種平對(duì)接焊縫的焊接指定專門的焊工，并進(jìn)行WPS的講解，明確具體要求等。

5）制造部配合焊接試驗(yàn)室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用焊材進(jìn)行檢測(cè)，確保焊材質(zhì)量。

在嚴(yán)格執(zhí)行上述要求后，經(jīng)過三個(gè)月的執(zhí)行，我們先后對(duì)150多個(gè)分段進(jìn)行了跟蹤，徹底杜絕了該類型裂紋的發(fā)生，確保了VLOC后續(xù)施工的順利進(jìn)行和焊接質(zhì)量的有效保證。