深中通道沉管鋼殼焊接質(zhì)量控制

馮勝坤，邵丹丹，蔣巍

1.深中通道管理中心 廣東中山 528400

2.中船黃埔文沖船舶有限公司 廣東廣州 510715

1 序言

深中通道是集“橋、島、隧、水下互通”于一體的世界級跨海集群工程，東起廣深沿江高速機(jī)場互通立交，在深圳機(jī)場南側(cè)跨越珠江口，西至中山橫門互通立交，主體工程全長24km，沉管隧道全長5.035km。沉管隧道采用鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)，沉管隧道鋼殼用鋼量非常大，每個標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)的尺寸為長165m×寬46m×高10.6m，非標(biāo)管節(jié)長123.8m×寬度（46～55.5）m×高10.6m，每個管節(jié)用鋼量約1萬t，體量相當(dāng)于一艘中型航空母艦船體；共有32個管節(jié)和1個最終接頭，總用鋼量超過了32萬t，沉管如圖1所示。深中通道作為舉世矚目的國家“十三五”重點工程之一，如此大規(guī)模、大體量地使用鋼殼沉管在國內(nèi)乃至全世界尚屬首例，其施工質(zhì)量和工期控制尤為重要。

圖1 沉管

沉管隧道管節(jié)鋼殼的橫斷面采用兩孔一管廊結(jié)構(gòu)，即左右側(cè)為主行車孔，中管廊道從上至下分別為排煙道、安全通道、管線通道。構(gòu)造主要由外面板、內(nèi)面板、橫隔板、縱隔板、橫肋及縱肋等構(gòu)成，管節(jié)橫剖面如圖2所示。鋼殼結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置眾多橫隔板和縱隔板，橫隔板的縱向間距取3.0m，縱隔板基本按3.5m一道設(shè)置，縱橫隔板聯(lián)合形成3.5m（橫斷面方向）×3.0m（縱軸線方向）的多個封閉的小隔艙，頂板、底板、側(cè)墻厚度1.5m，鋼殼基本構(gòu)造如圖3所示。

圖2 橫剖面

圖3 鋼殼基本構(gòu)造

鋼殼結(jié)構(gòu)主要采用GB/T 1591—2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)的Q420C、Q390C鋼材，主體結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)面板采用Q420C，橫向隔板采用Q390C，其中內(nèi)外面板因采用新技術(shù)工藝，供貨狀態(tài)為TMCP（熱機(jī)械扎制），Q420C鋼板最大厚度達(dá)40mm。

沉管鋼殼結(jié)構(gòu)建造流程為：下料加工→零件制作→組件制作→塊體制作→小節(jié)段制作→節(jié)段制作。

2 工程特點和焊接難點

（1）高強(qiáng)度鋼用量大 項目總用鋼量超過了32萬t，一個標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)用鋼量過萬噸，其中Q420C鋼板占近60%，最大厚度達(dá)40mm，Q390C鋼板占近18%，最大厚度達(dá)30mm。大規(guī)模的高強(qiáng)鋼厚板焊接，對施工部門的焊接技術(shù)水平和管理水平存在巨大的挑戰(zhàn)，同時由于施工周期緊，對生產(chǎn)周期的控制存在風(fēng)險。

（2）焊接量大、施工難度大 不僅一個165m標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)板對接焊縫近2萬m，全焊透T形角接焊縫1.6萬m。I級焊縫總量3.6萬m，而且焊縫幾乎均與Q420C鋼板有關(guān)，焊接難度大。

節(jié)段個體巨大，在室外存在大量焊接工作，對Q420C等高強(qiáng)度厚鋼板焊接質(zhì)量管理存在很大的質(zhì)量隱患。

（3）作業(yè)空間受限制，施工難度大 鋼殼結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置眾多橫隔板和縱隔板，縱橫隔板聯(lián)合組成3.5m×3.0m的多個小隔艙，形成了僅有1.5m高的密集封閉艙室，作業(yè)空間受限制，焊接施工難度大，安全隱患多。

（4）適合標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè) 管節(jié)鋼殼結(jié)構(gòu)形式單一，雖存在有線性的變寬管節(jié)，但通過合理的施工設(shè)計，可以實現(xiàn)大量焊接工作標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化，有利于提高焊接質(zhì)量。

（5）新技術(shù)新工藝應(yīng)用多 深中通道項目對智能制造要求高，要求結(jié)合主體結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)管理特點，以智能制造為核心，貫徹“以設(shè)備促工藝、以工藝（工法）保質(zhì)量”的原則。項目使用多種大熱輸入的機(jī)械化焊接新工藝，對諸如焊接裂紋的控制提出了更高的要求，焊接質(zhì)量隱患多。

綜上所述，該項目的焊接生產(chǎn)難點為：①Q(mào)420C鋼厚板大規(guī)模生產(chǎn)和大熱輸入工藝所帶來焊接技術(shù)難題。②新投入的自動化、智能焊接設(shè)備對焊接質(zhì)量穩(wěn)定性的影響。

3 影響焊接質(zhì)量的因素分析

通常影響焊接質(zhì)量的主要因素有：材料、焊接方法、工藝措施、施焊環(huán)境、焊工技能及焊接設(shè)備等。這些因素相互影響、相互制約，無論哪一因素選用或操作不當(dāng)，都會影響焊接質(zhì)量。同時，深中通道提出了以智能制造為核心，貫徹“以設(shè)備促工藝、以工藝（工法）保質(zhì)量”的原則，新設(shè)備的投入，其穩(wěn)定運行、人員操作的熟練程度、工藝穩(wěn)定性等對焊接質(zhì)量存在較大的影響。結(jié)合深中通道的主體結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)管理特點，從材料、設(shè)備、焊工、焊接方法和工藝、施焊環(huán)境要求等進(jìn)行分析。

3.1 原材料

（1）鋼材 深中通道大量應(yīng)用Q420C鋼，厚度達(dá)40mm，該鋼種多為熱軋、細(xì)晶、可焊接的高強(qiáng)度淬火回火鋼，母材金屬的化學(xué)成分、力學(xué)性能、均勻性、厚度等，都會對焊接金屬的熱裂、母材金屬和焊縫金屬的冷裂、脆性斷裂、層狀撕裂傾向產(chǎn)生影響。雖然該鋼種焊接施工過程的質(zhì)量控制措施也比較成熟，但由于深中通道用鋼量巨大，生產(chǎn)周期緊，大規(guī)模的焊接生產(chǎn)，對工藝控制、環(huán)境控制、人員技能要求更高，焊接技術(shù)水平和管理水平存在巨大的挑戰(zhàn)，因此這些高強(qiáng)鋼厚板焊接冷裂紋的預(yù)防措施尤為重要和關(guān)鍵。

（2）焊材 不同焊材，其抗焊接裂紋的能力有較大差別，結(jié)合大量使用Q420C等高強(qiáng)鋼厚板情況，充分考慮鋼板的脆性傾向，特別是在應(yīng)用FCB焊、EGW焊等這些大熱輸入焊接方法上，焊材的選型尤為重要，合理選擇焊接材料，能降低甚至防止焊接裂紋的產(chǎn)生。

3.2 焊接方法和工藝

為了貫徹“以設(shè)備促工藝、以工藝（工法）保質(zhì)量”的建造原則，項目采用了FCB焊和EGW焊等高熔敷率、高效率、容易實現(xiàn)自動化焊接的大熱輸入焊接工藝，在大熱輸入下，焊接熱影響區(qū)與焊縫的強(qiáng)度和韌性顯著下降，容易產(chǎn)生冷裂紋，同時厚度達(dá)40mmQ420C鋼板的應(yīng)用，焊接冷裂紋敏感性又會進(jìn)一步惡化。

在產(chǎn)品制造過程中，工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能和質(zhì)量的影響更為直接，產(chǎn)生的不利效果更難于恢復(fù)。隨著熱輸入的增加，合金元素?fù)]發(fā)加劇，對焊接顯微組織、力學(xué)性能有顯著的影響，出現(xiàn)冷裂紋的傾向惡化。

3.3 焊接環(huán)境

低合金高強(qiáng)度鋼焊接產(chǎn)生的質(zhì)量問題主要是冷裂紋，引起冷裂紋的主要因素是氫，焊接接頭中含氫量越高，產(chǎn)生裂紋的傾向就越大，因此控制焊縫周圍的水汽含量和有效保護(hù)熔池金屬，減少氫在焊縫金屬中的熔入，能有效地減少焊接裂紋的產(chǎn)生。

3.4 焊工技能

雖然鋼殼焊接已具備自動化、智能化制造的前提，但焊工對設(shè)備操作的熟練程度影響了設(shè)備的運行效果，影響焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時焊工對鋼種及其焊接工藝的熟悉程度，甚至是職業(yè)素養(yǎng)都將造成焊接質(zhì)量控制失效。

3.5 焊接設(shè)備

焊接設(shè)備是焊接生產(chǎn)的物資保證條件之一，焊接設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)才能確保焊接的正常進(jìn)行，深中通道投入了片體智能焊接機(jī)器人、塊體智能焊接機(jī)器人、FCB焊等高效率焊接設(shè)備，智能焊接機(jī)器人控制技術(shù)為新開發(fā)產(chǎn)品，在行業(yè)沒有應(yīng)用先例，其焊接穩(wěn)定性和焊接參數(shù)的有效性對產(chǎn)品質(zhì)量有直接的影響。

4 焊接質(zhì)量控制策劃

針對以上不利因素，主要從焊前質(zhì)量控制、焊接過程控制兩方面對深中通道沉管隧道鋼殼制造實施焊接質(zhì)量控制進(jìn)行策劃。焊前質(zhì)量控制注重焊接方案的正確性、工藝措施的準(zhǔn)確性；焊接過程的控制重點在過程的確認(rèn)、工藝執(zhí)行的準(zhǔn)確性，消除對產(chǎn)品性能和質(zhì)量影響更為直接的因素。焊接質(zhì)量主要控制點如圖4所示。

圖4 焊接質(zhì)量主要控制點

4.1 焊前質(zhì)量控制

（1）質(zhì)量體系有效運行 要求企業(yè)從自身實際出發(fā)，結(jié)合國家有關(guān)法律、法規(guī)，按照GB/T 19001—2008標(biāo)準(zhǔn)，建立、健全質(zhì)量體系有效運行機(jī)制，符合相關(guān)第三方認(rèn)證，有效開展質(zhì)量管理活動；建立工程質(zhì)量責(zé)任制、質(zhì)檢和工藝工程師巡查制度、施工責(zé)任人掛牌制、教育培訓(xùn)制度、獎懲制度等五項制度并組織實施，確保質(zhì)量體系運行有效。

結(jié)合該工程實際情況，建立相應(yīng)的質(zhì)量管控體系，根據(jù)質(zhì)量管理重點，制定并落實質(zhì)量保障措施。落實“雙標(biāo)管理”和“品質(zhì)工程”管理要求，提高工程施工標(biāo)準(zhǔn)化、智能化水平。

（2）焊工技能和焊工管理 對焊工這類特殊作業(yè)人員的培訓(xùn)及資質(zhì)認(rèn)證實施有效管理。

1）技能滿足要求：鋼殼焊接已具備自動化、智能化制造的前提，從事焊接生產(chǎn)的焊工和設(shè)備操作工都需針對該工程進(jìn)行焊接專業(yè)理論知識和操作技能培訓(xùn)。首先，必須具有中國船級社或其他知名船級社的焊工資格認(rèn)證，且在有效期內(nèi)；然后，通過工程總監(jiān)辦的考試，取得相應(yīng)的操作資質(zhì)證書才允許進(jìn)行焊接施工。焊接人員施工過程中應(yīng)有明顯標(biāo)識的二維碼信息，隨時接受資質(zhì)檢查。

2）重視職業(yè)道德教育：對施焊人員的培訓(xùn)，面向生產(chǎn)按需施教、除了學(xué)習(xí)技能之外，重視職業(yè)道德教育，管理中心結(jié)合施工單位開展的雙非班組建設(shè)，以黨員先鋒帶頭作用，全面提高焊工隊伍的素質(zhì)，始終貫徹“百年深中、質(zhì)量第一”“精品工程”“不可維護(hù)”的質(zhì)量意識，推動工程質(zhì)量穩(wěn)定和持續(xù)進(jìn)步，同時保證安全生產(chǎn)。

3）加強(qiáng)業(yè)務(wù)知識專項教育：①上崗前進(jìn)行業(yè)務(wù)知識、操作說明、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、工藝技術(shù)交底。②每天班前會，對施工任務(wù)容易出現(xiàn)的質(zhì)量風(fēng)險點進(jìn)行重點宣貫。③周會和月會組織員工質(zhì)量工藝學(xué)習(xí)，對近期施工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題及下階段存在的質(zhì)量問題隱患等，進(jìn)行有針對性的培訓(xùn)，做好質(zhì)量預(yù)防和規(guī)范化建設(shè)工作。

4）形成有效的監(jiān)督機(jī)制：定期與不定期工藝巡檢相結(jié)合，依托總監(jiān)辦和三檢等工程師、施工單位質(zhì)量師、工藝師進(jìn)行巡檢，對違反工藝紀(jì)律的情況予以通報，對重復(fù)違反工藝紀(jì)律和質(zhì)量不滿足工程要求的焊工予以清退。

5）比武促技能提高：管理中心每半年組織焊接比武，對成績符合要求的前三名（或班組）實行獎勵，提高作業(yè)人員自覺提高技能、遵守工藝紀(jì)律，推進(jìn)質(zhì)量整體持續(xù)向好發(fā)展。

（3）焊接設(shè)備管理 焊接設(shè)備是焊接生產(chǎn)的物資保證條件之一，焊接設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)才能確保焊接的正常進(jìn)行，要求設(shè)備的投入要充分考慮鋼殼結(jié)構(gòu)特點，選擇合適的智能、高效的制造設(shè)備，確保生產(chǎn)可靠和穩(wěn)定的產(chǎn)品。

1）確保設(shè)備受控：施工單位為了能按時按質(zhì)按合同完成工程，投入了大量的高效、機(jī)械化和智能化的大型生產(chǎn)設(shè)備，如高精板材切割機(jī)、片體智能生產(chǎn)線、FCB焊、縱骨生產(chǎn)線、塊體智能焊接機(jī)器人等設(shè)備。所有設(shè)備按照要求進(jìn)行報備，形成設(shè)備管控二維碼，確保設(shè)備穩(wěn)定受控。

2）專人保駕確保維護(hù)及時：施工單位項目組在各作業(yè)區(qū)配備專門的檢修人員，定期對焊接設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)保養(yǎng)，保證設(shè)備電流、電壓的準(zhǔn)確性和設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

3）高精、智能設(shè)備保證中間產(chǎn)品質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)：智能設(shè)備根據(jù)設(shè)備特點制定相應(yīng)施工工藝，從鋼材下料、片體及塊體組件制造全部實現(xiàn)智能制造、中間產(chǎn)品精度等質(zhì)量受控，滿足過程質(zhì)量控制點要求。

4）智能焊接設(shè)備的焊接數(shù)據(jù)庫中使用的參數(shù)，都必須符合并得到監(jiān)理認(rèn)可的焊接工藝規(guī)程的規(guī)定范圍，并將每一種焊接工藝規(guī)程粘貼在設(shè)備的明顯位置，確保焊接參數(shù)滿足深中通道專用規(guī)范要求，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

（4）合理策劃焊接工藝評定試驗 產(chǎn)品建造前開展工藝策劃，根據(jù)工程的智能制造要求，開展設(shè)計和試驗驗證工作。對選用的鋼材進(jìn)行與焊接工藝規(guī)程有關(guān)的焊接性試驗，開展焊接工藝評定試驗等工作。

根據(jù)深中通道鋼殼工程實際情況，在焊接生產(chǎn)管理上提出了如下的要求。

1）對內(nèi)外殼板選用的大熱輸入鋼，要根據(jù)焊接工藝評定規(guī)程進(jìn)行大熱輸入焊接的焊接性試驗，滿足大熱輸入焊接的要求，形成鋼板焊接性報告。

2）編制的焊接工藝規(guī)程，必須滿足合同文件和有關(guān)規(guī)范要求，通過總監(jiān)辦和深中通道管理中心總工辦的審批。

3）焊接工藝評定試驗必須由總監(jiān)辦工程師見證，形成焊接施工記錄，焊接工藝評定報告得到總監(jiān)辦工程師認(rèn)可和總監(jiān)辦審核。

4）焊接工藝評定報告必須由總監(jiān)辦主持、管理中心總工辦等主要單位參與，外部專家評審，一致同意通過后，報管理中心批準(zhǔn)才能實施。

5）對于所有焊接工藝評定結(jié)果，必須在試驗段得到工藝驗證，質(zhì)量符合要求，才能到正式管節(jié)應(yīng)用。

6）典型鋼材焊接工藝評定策劃。對于項目使用的特定鋼材——Q420C鋼，厚度40mm的大熱輸入鋼板的性能指標(biāo)與國標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的對比見表1，從表1中可以粗略地判斷協(xié)議鋼材的大熱輸入鋼板焊接性能明顯提高，抗裂性較好。

表1 鋼材性能指標(biāo)對比

針對鋼材的化學(xué)成分、強(qiáng)度等級、碳當(dāng)量水平、焊接熱輸入大小、焊縫金屬含氫量水平及所采用的焊接方法等進(jìn)行大量的試驗工作，結(jié)合Q420C鋼板的大規(guī)模生產(chǎn)，提出了免預(yù)熱申請。在焊材選用集中在控制擴(kuò)散氫含量和提高焊縫的韌性，選用了含氫量H5、沖擊溫度采用－40℃、甚至－60℃焊材匹配。參考JIS Z 3118—2007對預(yù)熱溫度的估算，在選定上述協(xié)議鋼材Q420C鋼的情況下，對不同厚度、不同焊材擴(kuò)散氫含量進(jìn)行預(yù)熱溫度估算。擴(kuò)散氫含量與預(yù)熱見表2。

表2 擴(kuò)散氫含量與預(yù)熱

由表2可以看出，控制焊縫金屬中擴(kuò)散氫含量對預(yù)防冷裂紋的形成有重要意義，合理控制焊縫金屬擴(kuò)散氫含量，在焊接方法上采用大熱輸入焊接工藝，能減少甚至免預(yù)熱。

（5）做好新技術(shù)新工藝應(yīng)用的質(zhì)量預(yù)防措施 深中通道鋼殼大量使用大熱輸入鋼材，Q420C級的鋼板，厚度達(dá)40mm，大規(guī)模的焊接生產(chǎn)質(zhì)量控制難度大，特別是這些高強(qiáng)鋼厚板焊接冷裂紋的預(yù)防措施尤為重要和關(guān)鍵。

1）原材料的管理：大熱輸入鋼材必須符合報管理中心批準(zhǔn)的專用的“鋼材技術(shù)協(xié)議”要求，入庫復(fù)檢應(yīng)按認(rèn)可的鋼廠技術(shù)條件進(jìn)行目標(biāo)化學(xué)成分分析；焊接材料要求低氫型，必須按照焊接工藝評定的焊材級別，不得變更，特別是對沖擊吸收能量的要求。

2）新設(shè)備新工藝要求編制設(shè)備操作說明書、工藝規(guī)程指導(dǎo)焊接生產(chǎn)，工藝規(guī)程要明示焊接缺陷的類型和預(yù)防及處理措施。

3）對Q420C高強(qiáng)鋼焊接，焊工需要按照船級社要求或國標(biāo)GB/T 15169—2003《鋼熔化焊焊工技能評定》取證，不得越級焊接。

（6）原材料（鋼板、焊材）質(zhì)量控制 鋼板和焊材為甲控物資，因此必須嚴(yán)格執(zhí)行甲控物資管控要求。

1）鋼材的選用和使用管理。鋼材除了滿足合同技術(shù)要求之外，大熱輸入鋼必須符合經(jīng)管理中心批準(zhǔn)的施工單位與鋼板生產(chǎn)廠家簽訂的“鋼材技術(shù)協(xié)議”要求，入庫檢測應(yīng)按認(rèn)可的鋼廠技術(shù)條件進(jìn)行目標(biāo)化學(xué)成分分析。

第一，鋼材生產(chǎn)廠家必須確保用成熟和穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)大熱輸入鋼板，生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)線由第三方認(rèn)證。

第二，每件鋼板必須有唯一編號，生產(chǎn)信息接入深中通道BIM管理系統(tǒng)，提供查詢功能。

第三，每件鋼板套料信息、使用部位信息接入深中通道BIM系統(tǒng)，做到材料可追蹤。

第四，施工現(xiàn)場對不同材質(zhì)的鋼板，必須有明顯的顏色加以區(qū)分，一目了然地辨認(rèn)出來，預(yù)防用錯。

2）焊材選用。為確保焊接質(zhì)量，結(jié)合大量使用Q420C等高強(qiáng)鋼厚板情況，要求施工方在綜合考慮項目所用鋼板的碳當(dāng)量、力學(xué)性能、板厚、供貨狀態(tài)下，充分考慮鋼板的脆性傾向，對焊接冷裂紋有預(yù)防措施，特別是在應(yīng)用FCB焊、EGW焊等這些大熱輸入焊接方法上，應(yīng)合理選擇焊接材料。

第一，焊接材料要求低氫型：必須按照焊接工藝評定的焊材級別，不得變更，特別是對沖擊吸收能量的要求，任何變更都必須重做焊接工藝評定試驗。焊材入庫檢驗時，擴(kuò)散氫含量為必檢項，在材質(zhì)證明書上明示擴(kuò)散氫含量。

第二，焊材制造商必須是知名度高的大型廠家，質(zhì)量穩(wěn)定可靠：生產(chǎn)產(chǎn)家和供應(yīng)商需報深中通道管理中心批復(fù)，供應(yīng)的牌號必須符合焊接工藝評定中使用的焊材牌號。

第三，焊接材料的入庫檢驗，嚴(yán)格執(zhí)行合同文件和相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，檢測項和性能指標(biāo)符合要求。

3）焊材管理。設(shè)立專用焊材倉庫，建立采購、檢驗、使用等全過程臺賬管理：為方便焊材管理和保證焊材的正確使用，設(shè)置深中通道項目專用焊材庫房，用于該項目焊材存放，避免與其他項目焊材混淆，并預(yù)防未檢先用等現(xiàn)象。

焊材管理除執(zhí)行有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，焊材的管理應(yīng)做到具有可追溯性，能追溯到任一批號的廠家、牌號、規(guī)格、重量、入庫時間、取樣時間、試驗時間、試驗結(jié)果、領(lǐng)用時間、領(lǐng)用人及使用部位等信息。

4.2 焊接施工過程控制

深中通道沉管鋼殼的主要用鋼是Q420C和Q390C，最大厚度40mm，對于這些常規(guī)材料，焊接生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的焊接質(zhì)量問題，在業(yè)界都有共識，焊接施工過程的質(zhì)量控制措施也比較成熟。然而，由于深中通道用鋼量巨大，生產(chǎn)周期緊，施工方借鑒船舶建造經(jīng)驗，采用了大熱輸入鋼板，采用相對于鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝方案，這給焊接生產(chǎn)帶來了新問題，增加了不確定因素，也存在質(zhì)量隱患。對于高強(qiáng)鋼或特定鋼種，產(chǎn)品制造過程中工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能和質(zhì)量的影響更為直接，產(chǎn)生的不利效果更難于恢復(fù)，同時也是用常規(guī)無損檢測方法無法檢測到的，因此確認(rèn)過程檢驗和方法的正確性是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

對于項目使用的Q420C、厚度40mm的大熱輸入鋼板，以及低氫型焊材的匹配使用，焊接性能明顯提高，抗裂性很好。因此，對焊接質(zhì)量的控制注重設(shè)置焊接質(zhì)量控制點、落實保障措施、實施監(jiān)督。

（1）焊接工藝應(yīng)用

1）焊材必須與WPS指定型號一致，不得代替。

2）焊接參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)，熱輸入控制符合要求。

3）焊接環(huán)境控制符合要求，特別是潮濕、防風(fēng)、焊材保管。

4）必須在焊接施工部位能查到相應(yīng)的工藝卡。

5）在焊接設(shè)備的明顯位置，粘貼焊接參數(shù)卡，焊工不得隨意變更焊接參數(shù)，同時方便焊工檢索和第三方監(jiān)督。

（2）焊接施工過程的控制措施 在施工中主要采取以下控制措施。

1）焊接施工控制強(qiáng)調(diào)了過程檢驗的重要性，對過程檢驗的程序和內(nèi)容進(jìn)行了確定，根據(jù)施工流程，設(shè)置焊接停止點，確保前道工序滿足要求。

2）重視焊后無法通過常規(guī)檢驗或檢測的產(chǎn)品性能或是條件難以恢復(fù)的影響因素確認(rèn)工作，如對施工環(huán)境的符合性及其保護(hù)措施、焊接預(yù)熱要求、焊材的符合性、焊接參數(shù)的準(zhǔn)確性等，進(jìn)行全面的自查、互檢、監(jiān)督檢驗。

3）設(shè)置特殊崗位人員，對焊接施工過程中焊接參數(shù)和道間欠缺處理等進(jìn)行檢查監(jiān)督。例如，檢測焊接電流、電弧電壓、焊道寬度和厚度、層間溫度、焊層和焊道的布置（含起/熄弧點）、焊接順序；檢查焊接環(huán)境（如潮濕、大風(fēng)）變化的影響及其采取措施的正確性。全方位地消除焊接過程中對產(chǎn)品性能和質(zhì)量直接產(chǎn)生不利效果的隱患，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

4）生成焊接記錄，完善焊接可追溯文件，焊接記錄包含：產(chǎn)品編號和零部件圖號、焊接日期和時段、焊工工號、WPS編號、焊接材料的牌號和批號、焊接方法、實際預(yù)熱溫度、自檢結(jié)果等信息。焊接施工記錄追溯表見表3。

表3 焊縫施工記錄追溯表

5）大量采用自動化和智能化焊接設(shè)備，保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定、可靠：加筋肋與隔板的焊接采用片體智能機(jī)器人、拼裝階段拼板對接縫的焊接采用FCB焊、敞開式塊體的焊縫焊接大量采用機(jī)器人焊接、長角焊縫采用自動焊接小車等機(jī)械化焊接、外場對接焊縫優(yōu)先使用埋弧焊等。對這類自動化、智能化焊接質(zhì)量管理，主要體現(xiàn)在建立健全焊接數(shù)據(jù)庫、控制安裝間隙符合施工標(biāo)準(zhǔn)、焊接施工人員的操作技能培訓(xùn)措施的落實。

5 工藝示例

以上述協(xié)議鋼板（大熱輸入鋼）為例說明焊接過程的質(zhì)量控制措施和效果。

（1）母材和焊材 母材采用Q420C大熱輸入鋼，厚度40mm；焊接方法采用三絲FCB焊，焊絲采用JIS Z3351—2012標(biāo)準(zhǔn)，前絲YS-M1，φ4.8mm，中絲YS-S6，φ6.4mm、后絲YS-S6，φ4.8mm，正面焊劑采用JIS Z3352—2017標(biāo)準(zhǔn)的SACG-I1。

（2）坡口設(shè)計和焊接位置 焊接采用FCB焊專用單面焊雙面成形工藝，焊接坡口為普通Y形45°坡口，鈍邊6mm，安裝間隙＜1mm。

（3）焊接設(shè)備 使用日本神鋼FCB成套焊接設(shè)備，焊接電源為OTC焊機(jī)，其型號為KRUMC-1500和KRUMC-1000，焊接參數(shù)調(diào)節(jié)范圍符合焊接工藝要求。

（4）質(zhì)量控制點 ①坡口形狀公差、坡口邊直線度嚴(yán)格執(zhí)行精度控制標(biāo)準(zhǔn)。②安裝間隙、焊接面打磨符合要求。③產(chǎn)品試板、引熄弧板按照工藝要求安裝和焊接。④按照板厚范圍鋪設(shè)背面焊劑高度。⑤焊接參數(shù)按照板厚輸入，由系統(tǒng)自動生成焊接參數(shù)。

（5）焊接工藝與焊接參數(shù) 焊接采用單面單道焊雙面成形，反面為銅襯墊和背面成形焊劑。不需進(jìn)行焊后熱處理。

具體焊接參數(shù)：第一電極焊接參數(shù)為焊接電流1450A，電弧電壓35V；第二電極焊接參數(shù)為焊接電流1300A，電弧電壓40V；第三電極焊接參數(shù)為焊接電流1300A，電弧電壓46V，焊接速度為36cm/min。

按照該焊接工藝進(jìn)行了產(chǎn)品焊接，焊縫長度＞15m，焊后48h和168h分別對焊縫進(jìn)行100%MT+100%UT檢測，對與其連接的產(chǎn)品試板進(jìn)行無損檢測和力學(xué)性能試驗，焊縫內(nèi)外部沒有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，特別是熄弧端沒有發(fā)現(xiàn)終端裂紋，力學(xué)性能指標(biāo)合格，焊接完全符合深中通道設(shè)計技術(shù)要求。

6 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)焊接在“深中通道”沉管隧道鋼殼制造中屬于基礎(chǔ)程序，其焊接質(zhì)量關(guān)系到工程的總體質(zhì)量。本項目根據(jù)項目特點和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，采取了多種方法和措施，從焊前、焊中對焊接質(zhì)量進(jìn)行控制并取得了良好的效果，既提升了工程品質(zhì)，又避免了盲目高成本、高投入，為創(chuàng)造世界一流跨海通道的建設(shè)目標(biāo)打下了基礎(chǔ)。同時，對于Q420C大熱輸入鋼的焊接，通過合理選擇焊接材料、控制焊接區(qū)域氫含量、控制好焊接參數(shù)，能有效地減少氫溶入焊縫，減少合金元素的燒損，提高抗裂性，為實現(xiàn)低合金鋼免預(yù)熱工藝提供參考。