吕玮庆,王 铁

(1.南京市地方海事局,江苏 南京 210036;2.江苏省地方海事局江苏南京 210004)

0 引言

造船焊接技术是现代船舶制造的关键工艺技术,在船体建造中,焊接工时约占船体建造总工时的30%～40%,焊接质量是评价造船质量的重要指标[1]。但当前中小型船厂大都没有进行焊接工艺认可,很多地方船检部门也无焊接工艺认可经验的现实。作者所在单位在辖区内进行了焊接工艺认可的试点工作,取得了较好的成效。现将焊接工艺认可的实施要点和常见问题作一个小结,并给出相应的解决办法,以期为改善当前落后的焊接质量控制模式提供借鉴模板。

1 造船焊接工艺认可的概念及意义

焊接工艺认可是整个焊接施工的前期准备,也是船舶开工前检查的重要环节,文献[2]的第 2章早在 1984年对焊接工艺的认可就有明确要求:船厂对船舶所要采用的焊接工艺,应按建造规范的有关规定拟定试验计划提交船检部门审批,并须在验船师在场的情况下,按批准的试验计划进行试验。经验船师审查试验结果认为合格,由船检部门发给认可证后,才能采用相应的焊接工艺。

焊接工艺认可工作是验证所拟定的焊接工艺的正确性而进行的试验过程和结果评价,它包括焊前准备、焊接、试验及其结果评价的过程。这个过程有前提、有目的、有结果、有限制范围。所以焊接工艺认可要按照所拟定的焊接工艺方案进行焊前准备、焊接试板、检验试板、测定试板的焊接接头是否具有所要求的使用性能的各项技术指标,最后将全过程积累的各项焊接工艺因素、焊接数据和试验结果整理成具有结论性、推荐性的资料,形成“焊接工艺认可报告”。

2 焊接工艺认可的实施

2.1 提交焊接工艺认可试验方案

通常在船舶开工建造前,船厂应结合本厂自身的技术条件和生产经验以及船舶建造要求,制定出船舶建造焊接工艺计划表、焊接工艺认可计划书(PWPS)交船检认可。焊接工艺计划表中应针对建造中焊缝出现于重要结构与结点的不同位置、形式和尺寸,列出拟使用的焊接工艺名称和编号。值得注意的是,船厂在制定焊接工艺认可计划时应综合考虑各项待认可工艺的适用范围,提高工艺认可的可用性和效益[4],避免因重复评定造成资源浪费[5],必要时船检部门可以对船厂进行适当的指导。焊接工艺认可计划书(PWPS)中通常应包括以下内容:

(1)母材的牌号、级别、厚度和交货状态。

(2)焊接材料(焊条、焊丝、焊剂和保护气体)的型号、等级和规格。

(3)焊接设备的型号和主要性能参数。

(4)坡口设计和加工要求。

(5)焊道布置和焊接顺序。

(6)焊接位置(平、立、横、仰焊等)。

(7)焊接规范参数(电源极性、焊接电流、电弧电压、焊接速度和保护气体流量等)。

(8)焊前预热和道间温度控制、焊后热处理及焊后消除应力的措施等(如需要时)。

(9)施焊环境(如在现场施焊、车间施焊或试验室施焊)。

(10)焊接后进行的检验试验项目及其要求。

(11)焊接后进行的检验试验项目中各试样的截取位置图及各试样加工尺寸图。

(12)其他有关的特殊要求。

在填写焊接规范参数前,可参考相关的资料。此外,各工厂在申请焊接工艺认可前,通常会对拟申请的项目进行预试验,故焊接工艺认可计划书中内容的填写也可参照预试验的数据。焊接工艺认可计划书填写完毕后,提交船检部门审查。

2.2 船检部门对焊接工艺认可计划书的审查

船检部门在收到焊接工艺认可计划书后,主要依据中国船级社《材料与焊接规范》(2009)对方案进行审核。审核的主要内容为焊接工艺的主要参数是否正确,检测和试验的项目能否满足规范要求,检测和试验项目截取试样的位置是否与规范要求一致,试样的加工能否满足规范要求,各项试验结果的限定值是否符合规范要求等。

此外,在审查焊接工艺试验方案时,通常还要求母材与焊接材料尽量选取经船级评定或检验合格的材料。由于在船板与焊接材料制造厂的工厂评定中,船检部门已对这些材料的焊接性能进行了考察,冲击试验温度比焊接工艺认可要求严格,故选择这些经评定检验的材料,可减少焊接工艺认可过程中不确定因素的影响,从而增加一次合格的可能性。

焊接工艺认可方案审核完后,船检部门会将审核意见提交船厂,船厂按照审核意见对焊接工艺试验方案进行修改、完善,并且准备现场试验。

2.3 焊接工艺认可现场试验的进行

焊接工艺认可现场试验按照审查后的焊接工艺认可计划书进行,验船师必须见证试验过程。在试验开始前,验船师要核查待焊母材与焊接材料,是否与方案中材料的等级、规格一致,并在试板上打上钢印标记;检查待焊试件的装配情况,是否符合方案要求;直流电源焊接时,还要检查电源极性是否正确。在焊接过程中,验船师要记录每一焊道的布置、焊接参数以及是否预热、层间温度控制情况、焊道打底及清根情况等,并对焊缝外观质量进行评定。如焊接试板焊缝外观检查合格,则对焊缝进行无损探伤,若探伤合格,则按规范要求在试板上取样并制成拉伸、弯曲、冲击、金相试验的标准试样,期间要注意钢印的转移,确保试验结果与试板的一致性及可追溯性。最后检查试样加工情况,进行力学性能试验,验船师应在现场见证试验过程,必要时应拍照取证,并对试验数据签字认可。除力学性能试验可能涉及在原试件上重新取样试验外,上述任一工序试验或检测发现有不合格情况时,均须重新进行工艺评定试验。

2.4 焊接工艺认可证书的签发

现场试验结束后,由船厂整理试验结果,编制焊接工艺认可试验报告(WPQR),提交船检部门审核。经确认合格后,船检部门将对焊接工艺认可试验报告签发“焊接工艺认可证书”。船厂则根据合格的WPQR来编制自己的焊接工艺规程(WPS),并在施工中贯彻执行。

当然,上述工艺只能说明在该试验条件下,试验结果满足船检规范要求,可在修造船中采用。但随着技术的发展,并不否认在相同的条件下 (如母材等级及厚度、焊接位置、焊接方法、焊接接头形式等)会有其他适合的焊接规范参数,其结果也能满足船级规范的要求,只要经验证合格即可同意在造船中使用。

3 焊接工艺认可的适用范围

在船体建造过程中,船厂应严格按照评定的工艺要求进行操作,验船师可随时进行抽查,以保证船舶的焊接质量。经船检部门评定的焊接工艺,一般长期有效,但船厂对已批准的焊接工艺进行改动时,应将所有改动的细节向船检部门报告。船检部门则根据改动的具体内容,决定是否重新进行焊接工艺认可试验。例如,进行立焊位置(立向上施焊)焊接工艺认可并获得通过,若船厂在实际生产中其他条件都不改变,只是将焊接方向改变为立向下施焊,从而认为原焊接工艺是适用的而不需重新进行工艺评定,这种观点是不能被船检部门接受的。因为在焊接中,立向上施焊与立向下施焊是有很大区别的,必须重新进行焊接工艺认可试验。故经评定合格的焊接工艺都有一定的适用范围,超出此范围就应对拟采用的工艺进行焊接工艺认可试验[3]。

船舶建造中焊接工艺的适用范围举例如下:

(1)当采用多道焊工艺时,钢板及铝合金材料厚度的适用范围为试验所用材料厚度的 50% ～200%;采用单道焊工艺时,其适用范围为试验所用材料的80%～110%。以多道焊为例,工艺评定的母材厚度为15mm,按照规范其适用的厚度即为 8～30 mm。

(2)钢管直径的适用范围为试验所用钢管直径的 50%～200%,管壁厚度适用范围同板材料一样,多道焊时为试验所用材料壁厚的 50%～200%,单道焊时为试验所用材料壁厚的80%～110%。

(3)钢材和焊接材料的适用范围一般为评定试验时所采用的相同等级钢材和焊接材料,但韧性级别高的材料工艺试验通过后,若能说明焊接工艺参数对焊缝性能无明显影响,经船检部门同意可将此工艺用于韧性级别较低的材料。

(4)焊接规范参数中的焊接电流或电弧电压的任一个值的波动范围一般不能超过 ±5%,焊接速度的波动范围一般不超过±10%。

(5)预热温度、层间温度的波动范围应不超过规定最高或最低预热温度。

(6)焊缝坡口形式不应作任意变更。

4 常见问题及解决方法

在工程实践中,发现船厂在执行焊接工艺规程时常出现下列问题,需引起注意:

(1)为了加快生产进度,在操作中不按照评定的工艺要求而增大焊接电流。

(2)在焊接前,待焊工件需预热而实际没有进行。

(3)在焊接过程中,不按照评定的工艺要求清理干净每一道焊缝。

(4)在焊接过程中,不按照评定的工艺控制层间温度。

(5)在操作过程中,坡口装配达不到工艺要求。

(6)没有按工艺文件规定选择适当的焊接材料种类、规格。

(7)焊接材料没有按规定烘干、保温使用。

(8)保护气体流量没有按照评定的工艺选择或气体纯度达不到要求(包括在新开启一瓶保护气体及一瓶保护气体将耗尽时处理不当)。

以上问题,都可能在焊缝中形成焊接缺陷或引起焊缝机械性能变差,从而影响船舶建造质量。为保证良好的焊接质量,船厂应做好以下几方面的具体工作:

(1)船厂技术人员根据生产需要,开展焊接工艺认可试验,条件成熟时申请船检部门对焊接工艺进行评定。如试验合格,根据船检部门颁发的焊接工艺认可证书及签发的焊接工艺认可试验报告,编制相应的岗位焊接作业指导书或操作规程。

(2)船厂管理人员对技术人员编制的岗位焊接作业指导书或操作规程,按照质量管理体系规定进行相应的审批,使之成为船厂生产的受控文件。

(3)重视和加强焊工考试工作,焊接工艺认可和焊工考试是保证实际生产中焊接制成合格焊件而进行的两方面相辅相成的工作,两者缺一不可[6]。

(4)船厂的装配工、焊工应严格执行岗位焊接作业指导书或操作规程,技术人员同时进行相应的指导。

(5)船厂组织工艺执行情况的检查,通过定期不定期的检查,了解岗位焊接作业指导书或操作规程的执行情况,同时针对出现的问题作出相应的整改措施。

(6)在船舶一些重要构件的建造过程中,还需进行焊缝的产品性能试验,以验证焊接工艺的执行情况。

5 结语

实践证明,切实推进焊接工艺认可工作,对于提高船厂整体的焊接质量是非常有益的。但在造船过程中要将焊接工艺落实到具体焊接施工中还会遇到很多实际问题,需要地方船检部门和船厂共同努力。地方船检部门在焊接工艺认可工作中要严格把关,同时考虑到大部分中小型船厂的底子比较薄,故对船厂在焊接工艺认可和执行中存在的问题要“帮、扶、带”,使他们尽快走上正轨。而船厂则应积极配合地方船检的工作,一方面根据实际情况积极开展焊接工艺的认可工作,补充和修订自身的工艺规程,解决实际困难;另一方面要把地方船检部门的监管转化成内部的管理机制,提高焊接工艺规程的管理水平,改进焊接质量的控制模式,从真正意义上提高造船焊接质量,从而提高船舶的整体建造质量。

[1] 毛教康.船舶制造的焊接工艺认可与实施[J].沿海企业与科技,2008,94(3):39-42.

[2] 中华人民共和国船舶检验局.船舶建造检验规程[M].北京:人民交通出版社,1984.

[3] 中国船级社.材料与焊接规范[M],北京:人民交通出版社, 2009.

[4] 王玉良.造船焊接工艺评定的适用范围及船厂的对应措施[J].广船科技,2007,95(1):26-29.

[5] 姚开亨.焊接工艺评定要讲效益[J].机械工人(热加工), 2O00,(6):45-45.

[6] 何兵.船舶焊接工艺认可中的一些问题[J].造船技术,1996, 192(2):32-37.