船用焊接錨鏈制造工藝流程與檢驗

王世鈺 程憑杰 陳 濤 韓文棟

(1.山東省青島船舶技術(shù)服務(wù)中心，山東 青島 266071；2.中國船級社青島分社，山東 青島 266011;3.中國船級社實業(yè)公司青島分公司，山東 青島 266072;4.山東省青島船舶技術(shù)服務(wù)中心,山東 青島 266071)

1 概述

錨鏈通過附件與錨連接，是船舶舾裝重要安全設(shè)備之一。當(dāng)船舶拋錨時，錨鏈將錨與海底的作用力傳遞給錨機基座和船體，防止船舶偏移安全錨位發(fā)生碰撞事故。船舶時而發(fā)生因錨鏈斷裂導(dǎo)致錨丟失的事故，不僅會因為嚴(yán)重影響船舶航行安全被船旗國主管機關(guān)滯留，也會因靠泊安全問題被拒絕進(jìn)港裝卸貨，這擾亂了船舶設(shè)定的航期，增加了時間成本，也大大增加了船舶的運營成本。因此在船舶建造階段和營運階段我們應(yīng)重視對錨鏈的檢驗。本文通過對錨鏈整個生產(chǎn)制造流程的介紹，加深相關(guān)檢驗人對錨鏈檢驗要點的理解。

2 錨鏈種類和等級

錨鏈目前分為船用錨鏈和系泊鏈2類，系泊鏈區(qū)別于船用錨鏈，主要用在海工的鉆井平臺和石油平臺，由于其工作環(huán)境惡劣且需要長時間的在海水中穩(wěn)定的工作，對鏈子用鋼的耐腐蝕性、韌性以及強度都有較高的要求。錨鏈以節(jié)為單位，每節(jié)錨鏈應(yīng)不大于27.5m，兩節(jié)錨鏈通過連接環(huán)或肯特環(huán)相連，每節(jié)鏈環(huán)數(shù)應(yīng)為奇數(shù)，以保證連接環(huán)或者肯特環(huán)在經(jīng)過錨機鏈輪時總能處在橫槽中，保證順利通過。船用錨鏈分為3個等級，分別為M1、M2和M3，有的船級社用U1、U2和U3表示，中間有無檔分別用A和B表示，例如AM2-58表示為有檔M2等級，直徑為58mm。系泊鏈分為5個等級，分別為R3、R3S、R4、R4S和R5，其表示方法與船用錨鏈類似。本文將介紹船用焊接錨鏈工藝流程和檢驗要點。

3 錨鏈制造工藝流程

目前船用錨鏈制造工藝有焊接錨鏈、鑄造錨鏈和鍛造錨鏈3種，絕大多數(shù)船舶使用的錨鏈為焊接錨鏈，焊接錨鏈采用的工藝為閃光對接焊，船用焊接錨鏈工藝流程具體包括如下幾方面。

3.1 原材料進(jìn)廠再檢驗及入庫

庫管員應(yīng)對入庫圓鋼的等級、規(guī)格、爐號、綁扎號以及重量等信息與鋼材證書的信息進(jìn)行比對，并做好入庫記錄登記。然后質(zhì)檢部門對入庫的圓鋼等級進(jìn)行抽檢復(fù)驗，包括化學(xué)成分分析和力學(xué)性能分析。對合格和不合格產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)識并分材料、分類和分區(qū)域擺放。

3.2 下料

符合規(guī)格和材料等級的原材料經(jīng)目視檢驗無裂紋、無分層、深抓痕和毛邊后，用鋸床按照規(guī)定長度進(jìn)行冷切割。每根圓鋼的兩端都需要進(jìn)行切除。不允許采用火焰切割，因為會改變材料切割面的局部組織結(jié)構(gòu)，造成力學(xué)性能的下降。

3.3 原材料加熱

原材料經(jīng)過中頻感應(yīng)爐進(jìn)行彎曲前的加熱，加熱溫度采用PLC控制。根據(jù)不同鋼材等級設(shè)定相應(yīng)的加熱溫度區(qū)間，遠(yuǎn)程紅外線測溫裝置會實時記錄圓鋼表面溫度并保存。圓鋼表面溫度經(jīng)紅外線測試與設(shè)定值相比較，溫度過高或不足會產(chǎn)生相應(yīng)的報警提醒。

3.4 彎曲編環(huán)

加熱到預(yù)定溫度的圓鋼，通過特制的圓心軸進(jìn)行彎曲，環(huán)的尺寸和直線度要用專用的工具隨時檢查。一般情況下，圓鋼彎曲前的溫度不少于700℃，應(yīng)設(shè)立紅外線測溫裝置按照特定時間段測量并自動記錄，如圖1所示。

圖1 圓鋼彎曲編環(huán)

3.5 閃光對接焊

錨鏈對接口的焊接采用閃光對接焊，焊接類型屬于壓焊方法。閃光對接焊的主要參數(shù)有夾持長度、閃光長度、頂鍛壓力、電壓、電流、預(yù)熱溫度和時間等，這些參數(shù)對焊接質(zhì)量都有一定影響，正確選用和保持參數(shù)穩(wěn)定是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。表1根據(jù)錨鏈直徑的大小列出了閃光對接焊的相關(guān)參數(shù)，同時焊接過程中的施加參數(shù)也應(yīng)被實時記錄并存檔以備質(zhì)量檢查。

表1 閃光對接焊參數(shù)

3.6 去刺整形

錨鏈閃光對接焊接結(jié)束后，將錨鏈傳送至修整機，修整機應(yīng)將焊接周邊的毛邊和過多的焊肉切掉，這樣不僅保證了相鄰環(huán)光滑的轉(zhuǎn)動，同時也會減少相應(yīng)錨鏈疲勞性裂紋的產(chǎn)生，如圖2所示。

圖2 錨鏈去刺整形

3.7 壓檔

錨鏈中間檔是通過加熱鍛造方法制造的。放置中間檔的錨鏈環(huán)需要設(shè)備固定，中間檔放置在錨鏈環(huán)中間位置處，然后壓力設(shè)備施加規(guī)定壓力，使中間檔兩側(cè)與錨鏈環(huán)兩側(cè)充分接觸。壓入量的取值一般選擇錨鏈直徑的2%～6%，如圖3所示。

圖3 錨鏈中間壓檔

3.8 檔端焊接

通常情況下，檔端焊接只適用于U3等級錨鏈。檔端焊接的位置應(yīng)選擇在錨鏈閃光對接焊位置的對面。焊接應(yīng)在錨鏈熱處理之前由有資質(zhì)的工人按照認(rèn)可的焊接工藝進(jìn)行，保證焊縫無質(zhì)量缺陷。

3.9 熱處理

熱處理在連續(xù)熱處理爐完成(如圖4所示)，熱處理爐由預(yù)熱部分、加熱部分、保溫部分和冷卻池組成。U2和U3等級錨鏈分別需要進(jìn)行正火和調(diào)質(zhì)熱處理，監(jiān)控裝置會實時記錄和保存熱處理過程涉及的傳動速度以及溫度等相關(guān)參數(shù)。U2和U3等級錨鏈的正火和調(diào)質(zhì)熱處理過程如下：

3.9.1 U2等級錨鏈-正火熱處理

U2等級錨鏈應(yīng)進(jìn)行正火熱處理，其熱處理順序為進(jìn)爐→加熱→保溫→出爐 →空冷。錨鏈進(jìn)入到熱處理爐加熱到890～920℃(奧氏體)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定溫度后進(jìn)行保溫，保溫的時長取為10～15min/cm，保溫時間根據(jù)錨鏈直徑的大小決定。保溫結(jié)束后，出爐空冷至室溫。

3.9.2 U3等級錨鏈—調(diào)質(zhì)熱處理(淬火+回火熱處理)

U3等級錨鏈應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，其熱處理順序為進(jìn)淬火爐→預(yù)加熱→加熱 →恒溫→出爐→水冷→進(jìn)回火爐→預(yù)加熱→加熱→恒溫→出爐→水冷。

(1)淬火熱處理

淬火爐一般用天然氣進(jìn)行加熱并分為3個區(qū)域，分別為預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)和恒溫(保溫)區(qū)(如圖4所示的Q1、Q2、Q3區(qū)域)。錨鏈通過驅(qū)動輪進(jìn)入淬火爐，并以0.2～1.2m/min的傳輸速度沿著淬火爐中心線勻速前行。

①錨鏈進(jìn)入Q1區(qū)域進(jìn)行預(yù)加熱，爐溫控制在400～850℃，加熱速率為5～15℃/min。

②錨鏈繼續(xù)前行進(jìn)入Q2區(qū)域進(jìn)行快速加熱，爐溫控制在1000～1100℃，加熱速率為20～25℃/min。

③錨鏈繼續(xù)前行進(jìn)入Q3區(qū)域進(jìn)行恒溫保溫，爐溫控制在890～950℃。

④錨鏈繼續(xù)前行進(jìn)入冷卻水池，冷卻水池使用強制循環(huán)水，水溫控制在40℃以下，冷卻速率控制在400℃/min。

(2)回火熱處理

回火爐一般用電進(jìn)行加熱并分為3個區(qū)域，分別為預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)、恒溫(保溫)區(qū)(如圖4所示的T1、T2、T3區(qū)域)。錨鏈通過驅(qū)動輪進(jìn)入回火爐，并以0.25～1.2m/min的傳輸速度沿著回火爐中心線勻速前行。

①錨鏈進(jìn)入T1區(qū)域進(jìn)行預(yù)加熱，爐溫控制在670～750℃，加熱速率為5～15℃/min。

②錨鏈繼續(xù)前行進(jìn)入T2區(qū)域進(jìn)行快速加熱，爐溫控制在660～740℃，加熱速率為15～20℃/min。

③錨鏈繼續(xù)前行進(jìn)入T3區(qū)域進(jìn)行恒溫保溫，爐溫控制在570～680℃。

④錨鏈繼續(xù)前行進(jìn)入冷卻水池，冷卻水池使用強制循環(huán)水，水溫控制在40℃以下，冷卻速率控制在100℃/min。

圖4 錨鏈的熱處理

3.10 試驗檢驗

熱處理結(jié)束后，按照等級和試驗大綱進(jìn)行試驗，試驗的內(nèi)容包括拉力試驗、破斷試驗、理化試驗、對接焊超聲波(UT)和檔端角縫焊接磁粉探傷(MT)。全部試驗通過后，在錨鏈的兩端環(huán)冠部位做相應(yīng)的永久標(biāo)識。

4 船用錨鏈檢驗

按照規(guī)定，在進(jìn)行錨鏈產(chǎn)品檢驗之前，要確定制造工廠是否取得相應(yīng)船級社頒發(fā)的或承認(rèn)的工廠認(rèn)可證書。只有經(jīng)過前期工廠認(rèn)可檢驗確保制造廠的質(zhì)量體系、工藝程序、人員配備和制造檢驗設(shè)備配備滿足要求，才能確保制造廠的產(chǎn)品經(jīng)產(chǎn)品檢驗合格后，最大程度的確保產(chǎn)品符合性能要求。

4.1 錨鏈出廠前檢驗(產(chǎn)品檢驗)

由于目前船用錨鏈絕大多數(shù)為閃光焊接錨鏈，因此我們主要介紹焊接錨鏈的出廠前檢驗(產(chǎn)品檢驗)，根據(jù)絕大多數(shù)船級社的產(chǎn)品檢驗項目如表2所示。

表2 產(chǎn)品檢驗內(nèi)容

4.2 營運船舶錨鏈的檢驗

錨鏈直徑的測量要求每5年進(jìn)行1次，一般應(yīng)該與特檢同步。但是船舶第一次進(jìn)行特檢時，由于使用年限較短，不會有過度的磨損。因此只是將錨鏈全部抽出，進(jìn)行目視檢查而忽略了對直徑測量的要求。

船齡5年以上，每次換證檢驗應(yīng)將錨鏈全部拉出，清潔并排列后檢查錨和錨鏈表面情況，檢查錨鏈有無橫檔缺失并測量錨鏈直徑。錨鏈測量的方法如圖5所示。

圖5 錨鏈直徑測量示意圖

磨損極限=(錨鏈原始直徑-實際測量直徑的平均值)÷錨鏈原始直徑×100%。對遠(yuǎn)洋和國際航行船舶，如極限值超過12%，則錨鏈需要更換，對于近海和沿海航行的船舶，磨損后的平均直徑減少量最大為15%[1]。

需要注意的是，錨鏈在制造過程中，因為需要彎曲和熱處理，直徑在彎曲處會有所減少，制造廠為了彌補這種損耗和減少不符合直徑尺寸錨鏈的出現(xiàn)，經(jīng)常的做法是選用大于規(guī)定直徑的2%～3%圓鋼進(jìn)行加工[2]。

通常情況下，保存在錨鏈艙中的錨鏈要比靠近錨附近的錨鏈磨損和腐蝕的程度低得多，因此塢內(nèi)檢驗時將錨鏈倒頭可以延長錨鏈的使用壽命。

5 結(jié)論

錨鏈的產(chǎn)品檢驗和船舶營運過程中對錨鏈檢驗的側(cè)重點有所不同，產(chǎn)品檢驗的項目更多也更為復(fù)雜，不難看出產(chǎn)品檢驗的檢驗項目是有選擇性和代表性的，質(zhì)量的關(guān)鍵點之一取決于制造工藝流程。錨鏈的制造工藝水平?jīng)Q定了錨鏈的質(zhì)量和使用壽命，甚至影響到船舶的航行安全，因此船用錨鏈的制造工藝必須重點關(guān)注。