LNG用奧氏體不銹鋼氬弧對(duì)接焊縫鐵素體超標(biāo)問(wèn)題解決對(duì)策

范仲輝，顧艷，丁玉芳

（張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司，江蘇張家港215600）

近年來(lái)，隨著全球天然氣等清潔能源需求量的快速增加，中國(guó)對(duì)外出口LNG設(shè)備的貿(mào)易發(fā)展迅速。部分項(xiàng)目中，國(guó)外客戶對(duì)奧氏體不銹鋼氬弧對(duì)接焊縫（以下簡(jiǎn)稱焊縫）鐵素體含量的超高要求，曾給項(xiàng)目制造帶來(lái)一定困擾。

從某種意義上說(shuō)，過(guò)程控制也是事前控制的驗(yàn)證及調(diào)整過(guò)程，而結(jié)果的檢查是對(duì)事前控制的復(fù)核和總結(jié)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，在事前控制完成后，事后質(zhì)量控制的目的就是評(píng)定操作過(guò)程中的不確定因素所產(chǎn)生影響和造成偏差的數(shù)據(jù)是否在允許范圍內(nèi)。關(guān)于焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫金屬鐵素體數(shù)的影響，國(guó)內(nèi)學(xué)者已開展了一些工作。王恒等采用鐵素體測(cè)試儀、Schaeffler圖及WRC-1992圖三種測(cè)試方法，研究了不同焊接工藝參數(shù)對(duì)E309L藥芯焊絲焊縫金屬鐵素體數(shù)(Ferrite Number,FN)的影響。劉飛等對(duì)核電廠穩(wěn)壓器用不銹鋼焊條E308L在開展復(fù)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的鐵素體含量超標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，并制訂相應(yīng)的處理和預(yù)防措施。

本文以出口歐洲的LNG加氣站全套設(shè)備項(xiàng)目為例，從焊接前控制的角度進(jìn)行分析和論述。項(xiàng)目中，客戶對(duì)焊縫鐵素體含量原來(lái)要求是4%～9%，但從第二套設(shè)備開始，客戶臨時(shí)把要求提高至FN 3～8，導(dǎo)致制造過(guò)程中，產(chǎn)品焊縫鐵素體超標(biāo)問(wèn)題突出，造成大量返修，這對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)進(jìn)度產(chǎn)生較大影響。

本文所述鐵素體值均由鐵素體測(cè)試儀測(cè)量得到。本文描述并分析了焊縫鐵素體超標(biāo)問(wèn)題，論述了解決對(duì)策，但未列出焊接電流、電壓、保護(hù)氣體、化學(xué)成分、道間溫度等詳細(xì)焊接條件。

1 問(wèn)題描述

客戶臨時(shí)提高焊縫鐵素體含量要求后，焊縫鐵素體含量不穩(wěn)定且檢測(cè)一次合格率逐步下降，10月份一次合格率為76.3%，見圖1。

圖1 焊縫鐵素體檢測(cè)一次合格率趨勢(shì)圖

2 對(duì)策分析

根據(jù)圖2 WRC-1992圖，決定焊縫組織內(nèi)鐵素體含量的重要因素是焊縫組織中的鉻當(dāng)量Cr與鎳當(dāng)量Ni的比值，即焊材本身的化學(xué)成份。在選定焊材后，根據(jù)其焊縫組織FA凝固模式、焊縫的冷卻速度最終決定了焊縫中的鐵素體含量。焊縫的冷卻速度與焊件的規(guī)格、焊接環(huán)境、預(yù)熱及層間溫度、焊接電流、焊接速度以及焊工技能息息相關(guān)。

圖2 WRC-1992圖

3 對(duì)策

從焊接前控制的角度，以全面質(zhì)量管理理論——人機(jī)料法環(huán)的五個(gè)方面分析對(duì)策。

3.1 料——優(yōu)化材料

3.1.1 焊材

當(dāng)前，《ER308L的氬弧焊絲采購(gòu)技術(shù)要求》中對(duì)其鐵素體含量的要求為FN 3～8。實(shí)際到貨的部分批次焊材鐵素體含量偏上限，接近FN 7，使用焊接后出現(xiàn)焊縫鐵素體超標(biāo)。

對(duì)策：更改《ER308L的氬弧焊絲采購(gòu)技術(shù)要求》，對(duì)其鐵素體含量要求由原來(lái)的FN 3～8提高為FN 4～6。

3.1.2 耗材

當(dāng)前，焊縫清理使用的不銹鋼絲刷實(shí)際為201鐵素體不銹鋼材質(zhì)，經(jīng)PMI和FN檢測(cè)，Cr、Ni含量較低，F(xiàn)N含量極高，使用清理焊接后的焊縫表面，可能會(huì)對(duì)焊縫及母材造成污染。

對(duì)策：定制304材料的不銹鋼絲刷，替代原201材料的不銹鋼絲刷。

3.1.3 對(duì)策效果

焊縫鐵素體平均值下降明顯，焊縫鐵素體檢測(cè)一次合格率上升到95.02%，見圖3。

圖3 焊縫鐵素體檢測(cè)一次合格率趨勢(shì)圖

3.2 人——焊工技能培養(yǎng)

（1）當(dāng)前，根據(jù)試驗(yàn)，在同樣的焊接工藝參數(shù)、焊材、母材的條件下，持證焊工的實(shí)際施焊手法有較大差別，個(gè)別焊工的試樣焊縫鐵素體超差明顯，有個(gè)別點(diǎn)甚至低于FN 3。

對(duì)策：對(duì)焊縫焊后鐵素體超差的焊工，由焊接工程師現(xiàn)場(chǎng)輔導(dǎo)培訓(xùn)，并且安排有經(jīng)驗(yàn)的老師傅以“幫”“帶”形式傳授實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。

（2）對(duì)策效果

通過(guò)指導(dǎo)、培訓(xùn)及實(shí)踐，原本焊縫鐵素體超差的焊工焊接水平有較高提升，測(cè)得他們焊接的產(chǎn)品焊縫鐵素體含量較為穩(wěn)定，平均值維持在FN 4～7之間。焊縫鐵素體檢測(cè)一次合格率上升至98.69%，見圖4。

圖4 焊縫鐵素體檢測(cè)一次合格率趨勢(shì)圖

3.3 環(huán)——過(guò)程防護(hù)改善

（1）當(dāng)前，個(gè)別焊縫仍有局部鐵素體超標(biāo)的情況，但通過(guò)焊縫表面打磨可以降低鐵素體含量。經(jīng)分析，車間現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境鐵離子污染嚴(yán)重，過(guò)程防護(hù)不及時(shí)造成焊縫表面污染。

對(duì)策：編寫《清洗防護(hù)作業(yè)要領(lǐng)書》，在制造過(guò)程中對(duì)不銹鋼焊接零部件及時(shí)使用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋，防止鐵離子污染。

（2）對(duì)策效果

通過(guò)編寫《清洗防護(hù)作業(yè)要領(lǐng)書》，對(duì)工人定期宣貫，焊縫表面鐵素體污染情況有所好轉(zhuǎn)。

3.4 法——細(xì)化檢驗(yàn)程序

（1）當(dāng)前，沒有針對(duì)焊縫鐵素體檢測(cè)的專用程序文件，沒有權(quán)威的法規(guī)支撐，且沒有與客戶達(dá)成共識(shí)，制造廠家、第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)、客戶各自解讀，對(duì)實(shí)際測(cè)量的結(jié)果存在分歧，造成過(guò)度、重復(fù)檢驗(yàn)。制造廠家的檢測(cè)點(diǎn)為每條焊縫4～6個(gè)點(diǎn)，記錄平均值?？蛻舴焦こ處煂?duì)每條焊縫檢測(cè)近幾十甚至上百個(gè)點(diǎn)，有一個(gè)超標(biāo)就認(rèn)為不合格。

對(duì)策：通過(guò)研究并引用ISO 8249，GB/T 1954等法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，編制《奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體檢測(cè)程序》，詳細(xì)規(guī)定鐵素體的檢測(cè)方法、檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量、檢測(cè)時(shí)機(jī)、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并報(bào)客戶審批達(dá)成統(tǒng)一意見，規(guī)避過(guò)度檢測(cè)。

（2）對(duì)策效果

焊縫鐵素體檢測(cè)一次合格率上升。

4 效果量化

焊縫鐵素體一次合格率從10月底的76.3%，上升到目前的98.69%，解決對(duì)策成果明顯。

在此過(guò)程中，優(yōu)化更新了《ER308L的氬弧焊絲采購(gòu)技術(shù)要求》，新形成了《清洗防護(hù)作業(yè)要領(lǐng)書》《奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體檢測(cè)程序》。

5 結(jié)束語(yǔ)

從焊接前控制的角度，以全面質(zhì)量管理理論——人機(jī)料法環(huán)的五個(gè)方面，針對(duì)LNG用奧氏體不銹鋼氬弧對(duì)接焊縫鐵素體超標(biāo)問(wèn)題，進(jìn)行分析并形成對(duì)策，在此過(guò)程中優(yōu)化并且新形成了一些過(guò)程控制文件。按照這個(gè)思路和方法，在項(xiàng)目實(shí)踐中，對(duì)不良結(jié)果產(chǎn)生前的各項(xiàng)環(huán)節(jié)、條件及檢測(cè)程序進(jìn)行分析和查驗(yàn)，最大程度減小不確定性，從而保證項(xiàng)目產(chǎn)品質(zhì)量。