鈦合金大型分段焊接制造質(zhì)量控制分析

摘 ? 要： 為了提高鈦合金焊接質(zhì)量，為增材制造等先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)，以大型分段焊接制造為例，開展質(zhì)量控制分析。立足于產(chǎn)品制造過程，對原材料質(zhì)量檢驗(yàn)過程、切割下料過程、部件裝焊過程，以及中、大組立裝焊過程中的質(zhì)量控制措施進(jìn)行探討。以人、機(jī)、料、法、環(huán)、測為閉環(huán)分析體系，對現(xiàn)場焊接管理工作進(jìn)行要素分析，明確了車間質(zhì)量員、專職檢驗(yàn)員在全過程質(zhì)量控制中的職能職責(zé)。最后，針對當(dāng)前質(zhì)量控制中普遍存在的問題，提出解決對策。建立了每一次焊接施工都做到準(zhǔn)備充分、預(yù)檢徹底、整改及時(shí)、一次交驗(yàn)的質(zhì)量控制體系。

關(guān)鍵詞： 鈦合金;大型分段焊接;質(zhì)量控制;中、大組立裝焊;全過程質(zhì)量控制

中圖分類號：TH162 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：2095-8412 （2020） 04-041-05

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net ? ?DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.04.007

引言

焊接是增材制造等先進(jìn)制造工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)前，鈦合金大型分段焊接制造技術(shù)在船舶制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，對增材制造領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響[1]。質(zhì)量控制是鈦合金大型分段焊接制造技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵一環(huán)，是提高鈦合金焊接質(zhì)量、確保產(chǎn)品制造一次成功的有效保障[2-3]。

為了提高鈦合金在大型分段焊接制造技術(shù)中的焊接質(zhì)量，本文首先立足于產(chǎn)品制造過程的視角，對原材料質(zhì)量檢驗(yàn)過程、切割下料過程、部件裝焊過程，以及中、大組立裝焊過程中的質(zhì)量控制措施進(jìn)行探討;其次從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測的角度，對現(xiàn)場焊接管理工作進(jìn)行要素分析;最后，針對當(dāng)前質(zhì)量控制中普遍存在的問題，提出了解決對策。

1 ?產(chǎn)品制造過程中的質(zhì)量控制措施

1.1 ?原材料質(zhì)量檢驗(yàn)

為了嚴(yán)格落實(shí)質(zhì)量控制點(diǎn)，穩(wěn)定、有效地開展全過程檢驗(yàn)，需要做好原材料質(zhì)量檢驗(yàn)工作[4]。材料進(jìn)廠后，要根據(jù)《鈦合金板材及焊材復(fù)驗(yàn)技術(shù)要求》（以下簡稱《技術(shù)要求》）[5]，對鈦板的平面度、型材的直線度等進(jìn)行檢查，同時(shí)進(jìn)行取樣復(fù)驗(yàn)，待合格后投入車間生產(chǎn)。以《技術(shù)要求》的平整度小于15 mm/m作為判定依據(jù)，若原材料質(zhì)量合格，則流入下道切割下料工序，若切割過程中發(fā)現(xiàn)材料表面波浪太大，造成部分切割零件尺寸不能滿足施工要求，則應(yīng)該要求生產(chǎn)廠家將板材平整度控制在5 mm/m之內(nèi)。

同時(shí)工作人員也要對入庫的每張板材進(jìn)行測量，只有板材平整度小于5 mm/m，才能流入下道工序。對于焊材，均應(yīng)嚴(yán)格按照工藝要求，對焊條、焊劑、焊絲進(jìn)行取樣復(fù)驗(yàn)，只有合格的焊材才能用于實(shí)船建造。TA28焊絲、TA1焊絲取樣復(fù)驗(yàn)合格率要爭取達(dá)到100%。

1.2 ?切割下料

鈦合金的切割采用水切割方式。對于切割完成的零件，應(yīng)及時(shí)將切割版圖上的相關(guān)信息移植至每個(gè)零件上，并經(jīng)核對無誤后，按相關(guān)要求做好記錄，合格后流入下道工序。對于有坡口要求的零件，進(jìn)行坡口的加工，并且還需要對坡口的加工質(zhì)量進(jìn)行抽查，保證坡口角度、光潔度等能夠滿足后續(xù)焊接的要求，如圖1所示。

按照《分段完整性檢查表》[6]的要求，對分段零件進(jìn)行清點(diǎn)、記錄，完整的補(bǔ)板、肘板等小零件要放置在專用的料斗中，防止運(yùn)輸過程中遺失。對于較大的零件，嚴(yán)格要求其在平整平臺或?qū)Ｓ脭R架上進(jìn)行吊運(yùn)，防止板材在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生變形。

1.3 ?部件裝焊

鈦合金的拼板對接在LWX型縱縫焊接機(jī)下進(jìn)行。對于板邊差超過2 mm或接頭最薄部分超過板厚10%的部件，堅(jiān)決要求重新配制，合格后方可施焊。焊接后，及時(shí)對焊縫外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查并記錄，對存在焊接變形的板材進(jìn)行機(jī)械處理，把變形控制在平面度1～3 mm內(nèi)。

T型材等零部件的拼裝在專用平臺上進(jìn)行，并畫出型材安裝的結(jié)構(gòu)理論線位置。檢查安裝位置與劃線位置的正確性，安裝構(gòu)件的垂直度、間隙等參數(shù)的合理性。焊前合理使用工裝夾具加強(qiáng)，禁止在自由狀態(tài)下進(jìn)行施用。焊接時(shí)，進(jìn)行過程監(jiān)控，時(shí)刻提醒施工人員提高質(zhì)量意識，做好實(shí)名制記錄，并隨時(shí)監(jiān)測焊接環(huán)境、焊前清潔、氣體保護(hù)等措施是否到位。氣體保護(hù)對焊接質(zhì)量的影響是非常大的，工藝上可以采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接作業(yè)，利用高純度的惰性氣體氬氣來保護(hù)熔池。由于鈦合金在高溫固態(tài)時(shí)能吸收大量的氣體，所以若要獲得良好的保護(hù)效果，就必須在傳統(tǒng)鎢極氬弧焊工藝中正面氣保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加對背面氣和側(cè)面氣的保護(hù)，比較對焊縫進(jìn)行全面保護(hù)也是獲得優(yōu)良焊接接頭的關(guān)鍵所在。正面氣、背面氣、側(cè)面氣保護(hù)示意圖如圖2a所示，其中正面氣、背面氣保護(hù)操作圖分別如圖2b和圖2c所示。

保護(hù)效果對焊縫質(zhì)量的影響分析如表1所示。

1.4 ?中、大組立裝焊

鈦合金大型分段焊接制造技術(shù)的中、大組立裝焊在不銹鋼專用平臺上進(jìn)行，如圖3所示。在施工過程中，需要按照《鈦合金分段制作檢驗(yàn)細(xì)則》[7]對焊件和焊絲表面質(zhì)量進(jìn)行抽查，確保無影響焊接質(zhì)量的污染物和水分存在。對于鋪板完成的二次劃線，應(yīng)該按照設(shè)計(jì)圖紙，對構(gòu)架安裝位置線進(jìn)行逐一復(fù)查，并對安裝后的構(gòu)架安裝位置正確性進(jìn)行核對。此外，焊接過程中，通過施工人員自檢、班組長及檢驗(yàn)員跟蹤記錄等方式，控制零件的材質(zhì)、厚度、焊接層數(shù)、焊接層間溫度、母材焊接前溫度、環(huán)境溫濕度、焊縫和熱影響區(qū)外觀顏色等參數(shù)。

在現(xiàn)場，嚴(yán)格控制現(xiàn)場的施工環(huán)境。嚴(yán)禁打開門窗，做到整個(gè)施工環(huán)境風(fēng)速小于3 m/s。當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境溫度及焊件溫度低于5℃時(shí)，均禁止焊接。相對濕度應(yīng)小于80%。與此同時(shí)，還應(yīng)該嚴(yán)格控制焊接電流、焊接速度，保證平焊控制在300 mm/80 s左右，立焊控制在300 mm/120 s左右。零件與零件之間的連接焊縫焊接完成后，及時(shí)對焊縫及熱影響區(qū)外觀顏色進(jìn)行檢查，并將結(jié)果記錄下來。最后，需要對每層焊縫金屬表面質(zhì)量進(jìn)行檢查，若出現(xiàn)淡黃色和金黃色的氧化皮，要及時(shí)清除。

2 ?現(xiàn)場焊接的管理工作要素分析

在鈦合金大型分段焊接過程中，從領(lǐng)導(dǎo)到現(xiàn)場施工人員，都要樹立牢固的質(zhì)量意識，不放過點(diǎn)滴的質(zhì)量隱患，作業(yè)區(qū)內(nèi)部也要設(shè)立車間質(zhì)量員，與專職檢驗(yàn)員一同做好全過程質(zhì)量控制。要加強(qiáng)焊接質(zhì)量自主管理，每個(gè)焊工均需要對其焊接的每一段焊縫進(jìn)行確認(rèn)，合格后才進(jìn)行后續(xù)的焊接，如有異常情況，停止施焊并及時(shí)反饋，重新檢查焊機(jī)、焊接參數(shù)、氣體保護(hù)、焊材等，確保隱患消除后方可繼續(xù)施焊。

在鈦合金大型分段焊接的全過程質(zhì)量控制中，還應(yīng)該不斷提高檢驗(yàn)員的技能水平和實(shí)戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)。要不斷增強(qiáng)裝配工為下道工序服務(wù)的潛在意識，盡可能地做到“0”間隙。若施工人員和作業(yè)區(qū)出現(xiàn)問題，不能隱瞞，要及時(shí)提出和反饋，積極尋找出現(xiàn)問題的原因，不斷優(yōu)化焊接工藝，進(jìn)一步提高施工技能水平。要素分級檢查表如表2所示。

3 ?質(zhì)量控制中存在的問題及解決對策

3.1 ?存在的問題

雖然鈦合金大型分段焊接制造技術(shù)已經(jīng)趨于成熟化，但或多或少還是會存在一些質(zhì)量問題，比如經(jīng)常會出現(xiàn)密集氣孔等類型的缺陷。常見的問題如下：

（1）焊工對鈦合金焊接經(jīng)驗(yàn)欠缺，焊接過程中的清潔、除濕、氣體保護(hù)等工作未做到位，容易導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生;

（2）鈦合金中、大組立裝焊過程缺乏有效監(jiān)控，未受到足夠重視，且事后沒有采取相應(yīng)的整改措施;

（3）拼版存在違規(guī)使用問題，例如探傷不合格的LB200T、TB179C兩塊拼板重新制作后，將原板由拼板焊縫割開，作為其他零件之用;

（4）在施工過程中，檢驗(yàn)員沒有每周進(jìn)行一次不定時(shí)巡檢，未實(shí)施現(xiàn)場監(jiān)控，未及時(shí)反饋施工過程中的質(zhì)量問題;

（5）后續(xù)鈦合金分段由制造部進(jìn)行拼板，不夠規(guī)范;

（6）沒有做好鈦合金焊接質(zhì)量問題的及時(shí)預(yù)防;

（7）品質(zhì)保證部對月度探傷抽查工作還應(yīng)加強(qiáng)，作為今后質(zhì)量體系的重點(diǎn)工作。

3.2 ?解決對策

針對鈦合金大型分段焊接制造普遍存在的問題，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出有效的解決對策如下：

（1）作業(yè)區(qū)要每月定期檢查，保養(yǎng)焊接施工小車穩(wěn)定性，若在現(xiàn)場人員在施工中發(fā)現(xiàn)小車齒輪異常，應(yīng)及時(shí)停車，并聯(lián)系工務(wù)保障部或服務(wù)商進(jìn)行調(diào)試、維修。

（2）以H2586/87船為例，每個(gè)鈦合金分段在拼板對接燒焊前，必須先對試板進(jìn)行燒焊試驗(yàn)，經(jīng)品保探傷合格后，才可以正式對施工分段進(jìn)行焊接。

（3）以DK1A拼版為例，對于拼板全自動(dòng)焊縫，應(yīng)先100%著色探傷，制造部必須要嚴(yán)格按照《60910038HB鈦合金焊接質(zhì)量檢查及焊縫修補(bǔ)要求》[8]、《60910035B鈦合金焊接技術(shù)要求》[9]，對裂紋進(jìn)行修補(bǔ)打磨處理，100%著色探傷合格后，才可以進(jìn)行拼板構(gòu)件裝配。

（4）對于其他鈦合金拼板，應(yīng)加大抽拍片射線探傷數(shù)量，制造人員應(yīng)該加強(qiáng)自檢力度，預(yù)防拼板裂紋再次產(chǎn)生。品保人員也要相應(yīng)地抓好質(zhì)量管理。責(zé)任心和重視程度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提，不能放過點(diǎn)滴的質(zhì)量隱患。

4 ?結(jié)束語

雖然目前對鈦合金大型分段焊接制造技術(shù)積累了很多成熟的經(jīng)驗(yàn)，但是絕不能放松對焊接質(zhì)量的要求。要秉承質(zhì)量第一的原則，保證每一個(gè)交驗(yàn)項(xiàng)目都做到準(zhǔn)備充分、預(yù)檢徹底、整改及時(shí)、一次交驗(yàn)。

針對全新的鈦合金大型分段焊接制造技術(shù)，需要積極地采取多種渠道，培養(yǎng)檢驗(yàn)員的業(yè)務(wù)技能水平，讓他們到專業(yè)的機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)調(diào)研，參加焊研所焊工培訓(xùn)等，不斷掌握理論知識以及對圖紙工藝的學(xué)習(xí)，讓檢驗(yàn)員能夠較快地勝任鈦合金大型分段焊接制造的檢驗(yàn)任務(wù)，保證各工序質(zhì)量均符合設(shè)計(jì)圖紙和工藝技術(shù)要求。此外，要不斷將鈦合金大型分段制造的質(zhì)量管理方法推廣到在其他分段的制造過程中，推動(dòng)我國船舶制造、增材制造等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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[6] 分段完整性檢查表[Z].

[7] 鈦合金分段制作檢驗(yàn)細(xì)則[Z].

[8] 60910038HB鈦合金焊接質(zhì)量檢查及焊縫修補(bǔ)要求[Z].

[9] 60910035B鈦合金焊接技術(shù)要求[Z].

作者簡介：

衛(wèi)超（1983—），通信作者，男，本科，上海人，助理工程師。研究方向：質(zhì)量管理。

E-mail： 781957090@qq.com

（收稿日期：2020-05-20）

Quality Control Analysis on Large Section Welding of Titanium Alloy

WEI Chao

（Jiangnan Shipyard （Group） Co.， Ltd.， Shanghai 201112， China）

Abstract： In order to improve the welding quality of titanium alloy， and further lay a good foundation for the application of advanced manufacturing technologies such as additive manufacturing， the quality control analysis is carried out by taking large scale welding manufacturing as an example. Based on the product manufacturing process， discussed are the quality control measures in the processes including raw material quality inspection， cutting and blanking， assembly and welding of components， and assembly and welding of medium-scale and large-scale. By taking personnel， machine， material， method， environment and test as the closed loop analysis system， analyzed are the key elements of field welding management， and clarified are the functions and responsibilities of workshop quality controller and full-time inspector in the whole process of quality control. Finally， in view of the common problems in the current quality control， established is a quality control system to ensure that every welding construction is fully prepared， thoroughly pre-inspected， timely rectified and once delivered.

Key words： Titanium Alloy; Large Section Welding; Quality Control; Assembly and Welding of Medium-scale and Large-scale; Whole Process of Quality Control