武刚娃，丁海杰，王彦诚

(上海船厂船舶有限公司， 上海 200156)

修船承接海工船分段结构管焊接的质量控制

武刚娃，丁海杰，王彦诚

(上海船厂船舶有限公司， 上海 200156)

文章主要阐述了大长径比低碳高强度结构钢管件的焊接质量控制，在施工过程中采用了先进仪器及传统测量技术相结合的测量方法，且每一道工序配合相应的图片，对以后相同类型的管件焊接具有直观的现实参考价值，形成了完备的生产施工工艺及质量管控流程。

精度测量；层间温度；焊接接头；冷裂纹

自2008年金融危机以来，修船行业经营业务量呈行业性明显下滑。各船厂都在想方设法的承接非修船项目来满足生产需要。我公司修船事业部于2013年开始承接“钻井船”分段建造项目，该船是我公司与船东(OPUS)联合开发适合特殊水域工作的钻井船，且具有完全自主知识产权，入ABS船级社。该项目的承接对于修船来说无论从管理到具体施工工艺都提出了严峻的考验，尤其对于结构管的焊接，是我们平时施工过程中所没有涉及的。分段的完整性：从来料加工，到装配提交，再到最终的焊接后完整提交，我们都可以参照相关规范要求进行施工与监控。但对于结构管，我们没有现成的工艺规范可查，对此我们采取了具有突破性的生产施工工艺及严格的质量监控体系，达到了预期效果，取得了校验一次通过、探伤一次合格。

1 结构管的基本情况及数据介绍

该结构管采用高强度低碳结构钢AH32，其化学成分见表1。成型后的外形尺寸为：650 mm(外径)×25 mm(厚)×7 500 mm(长)，1根，由两半圆型加工件拼装焊接而成，直线度公差±3 mm,圆度公差±6 mm,加工件含30 mm切割余量。测量半圆加工件是否合格，对不合格加工件进行校正，切割余量，装配，施焊，保证层间质量，保证最终的探伤合格及变形控制，以上种种是摆在我们面前的现实问题，本文将逐一介绍。

该结构管所在分段厂内编号3951/2，分段处于艏楼甲板，上部为上层建筑及飞机平台，承受的交变载荷较集中。因此对结构管的整体焊接质量及外形公差提出了比较高的要求。

表1 管材的化学成分 %

2 对半圆成型件进行精度测量

依据成型后管子外径650 mm 放3 mm余量制作专用工装胎架，利用1 mm白铁皮制作直径600 mm靠模，采取经纬仪望基准及切割线，每相隔1 000 mm用钢皮尺逐点测量半圆成型件的加工误差。相关测量数据如表2所示。

3 对不合格半圆加工件进行校正

AH32低碳高强度钢属于亚共析钢，其组织结构为铁素体+珠光体，在低温退火的条件下，使得钢材软化，消除内应力，组织中的马氏体或贝氏体在加热的过程中分解，析出粒状碳化物后转变为铁素体。为此，加热温度不允许超过727 ℃，否则形成奥氏体后，在冷却状态下将重新形成马氏体或贝氏体。马氏体或贝氏体严重影响母材的塑性及机械强度。由于半圆加工件为钢板油压冷加工而成，本身存在一定的内应力，结合原始测量数据变形严重的特点，采用火工矫正的方法对成型件进行数据圆整，火工温度为650 ℃，立即采用水冷冷却。矫正后测量数据如表3所示。

如果半圆加工件变形得不到处理则在装配时会存在较大的装配误差及成品后的焊接误差，且已知抗扭截面系数Wn=πD3/16(1-0.464) ，最大剪切力ζmax=Mn/Wn,Mn为结构管实际承受的外力转矩，则由于变形过大致使成型后外形直径过大从而导致结构所承受的剪切应力也相应增大，易造成船舶完工后在使用过程由于交变载荷的作用增加了结构管焊缝产生裂纹的概率。因此对半圆加工件的变形处理是必须且必要的，考虑到焊接热变形的影响，根据经验值使焊前变形控制在0～-3 mm以内。

4 切割半圆加工件余量

根据设计要求：装配间隙为6 mm，单边开20°实根坡口，采用陶瓷衬垫，全焊透，焊接结束后做100%MT+UT探伤。结合加工件为半圆开口，壁厚25 mm，长度7 500 mm，材料本身受热变形(线膨胀值为其线长度的0.000 5倍)。切割采用氧乙炔富氧燃烧切割温度大约在1 200 ℃左右，在切割过程中材料本身存在包晶相变发生，但其发生在某个温度水平以上(1 450 ℃)，而在温度超过727 ℃时母材将发生富氧燃烧，因此其变形不大。鉴于以上分析我们采用胎架固定，两端同时切割，并预先划好坡口切割线实施切割，使得热变形控制在最小。

5 装配

在半圆加工件余量切割结束并打磨光顺并自然冷却，以1#件为安装基准，进行装配，为了保证装配间隙6 mm的要求，取6 mm扁铁作为靠装样板，对接缝处采用相间300 mm左右焊接马板进行绑扎，在预装结束后采用白铁皮靠模进行装配复检，并用标准样棒检验对接缝在圆周切线方向上是否在一条线上。在一切准备工作结束后提交船检、船东并一次性装配通过。

6 施焊

根据设计要求：采用陶瓷衬垫，全焊透的要求，我们采用药性焊丝半自动CO2气体保护焊，焊接参数如表4。

由于施工过程正值冬季环境温度低于5 ℃，且壁厚大于20 mm，为了减少焊接应力及防治冷裂纹的产生，在焊前对于焊缝两侧50 mm区域进行预热150 ℃，4把割刀相隔0.5 m同时预热，采用分中对称焊的方法进行焊接。

表2 半圆零件加工件的测量数据 mm

表3 半圆零件火工校正后测量数据 mm

表4 焊机电制要求表

7 保证焊缝层间质量

焊接过程是逐道焊接的过程，如何保证各道间焊条熔化后的有效融合，且与母材金属共同形成焊接熔池中的液态金属，在冷却后凝固形成合格的焊接接头。对此我们采取每道完全清渣，道间预热温度不低于 150 ℃但不超过250 ℃，并用点温计时时测量预热温度，保证焊接是在合理的温度区间内施焊，保证层间焊条的融合。

8 保证最终的探伤合格及变形控制

在整个焊接结束后，并不能立即割除马板，使其自然冷却。因为AH32钢属于低碳高强度钢，如果立即拆除并实效自然冷却，由于环境温度过低，在接头冷却的过程中将会产生冷裂纹。延迟裂纹是冷裂纹中一种比较普遍的裂纹形态，其产生并不是在焊后立即产生，而是在延迟一段时间，甚至使用过程中才会发现。3952分段处于全船船首部位，所承受的力相对复杂，对焊缝的长期稳定性要求也很高。因此为了避免后期使用过程中冷裂纹的产生，在管件焊接结束后，保持焊接区域温度稳定在150～250 ℃之间8 h，然后再自然冷却到室温，以此来消除冷裂纹对工件使用过程的影响。整个过程中马板不作拆除，且引弧板也不作拆除(防止终端裂纹的产生)，在自然冷却后经过实际测量管件圆度及支线度误差如表5所示。

9 结束语

在最终的探伤过程中，经过我们的努力，焊缝MT+UT100%探伤合格(MT-检验焊缝表面是否存在裂纹，UT-检验焊缝内部是否存在缺陷)。此项工程的施工结束后，我们总结了一套焊接大长径比对接管件的工装工艺方法及质量控制方法，为后续同类项目的实施提供了参考。

表5 完工后结构管外形误差测量数据 mm

2014-08-11

启事

《现代修船管理》

《现代修船管理》是一部全面系统介绍现代修船管理与技术的专著，是在总结改革开放30年来我国修船管理和技术成果以及参考国内外先进修船管理与技术资料基础上编著而成。该书由时凤俊同志策划，修船学委会组织审核，由当今我国船舶行业众多修船业专家、教授以及来自基层主要修船业一线权威人士撰写而成。全书约20万字，共分十章，内容涉及修船业现状与发展、经营管理、工艺技术、改装设计、修船生产、修船质量、安全生产、修船物资、人力资源管理与海洋工程等。

本书面向修船行业，对船舶维修保障部门技术与管理人员，特别是修船企业从事修船管理与技术的员工有指导意义，也可作为高等院校船舶维修保障工程专业师生的教材。

本书售价30元(含邮资)，需购买的单位或个人请与修船学委会、《中国修船》编辑部联系。

修船学委会联系电话(传真)：010-66975560；编辑部联系电话(传真)：022-25792835。

This article expounds mainly the welding quality control for the large diameter ratio pipe(low carbon high strength steel).The measurement which combined advanced instrument with traditional measuring technology will be adopted in working process and each working procedure,with relevant pictures showed.The special welding technology is of direct reference value for pipe welding on the same type of pipe line in the future which can establish complete working procedure and quality control process.

precision measurement;interlayer temperature;welding joint;cold crack

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.06.003

武刚娃(1983-)，男,陕西咸阳人，工程师，大学本科，主要从事船舶维修工程管理工作。