中小型船廠焊接工藝的認可與實施

呂瑋慶,王 鐵

(1.南京市地方海事局,江蘇 南京 210036;2.江蘇省地方海事局江蘇南京 210004)

0 引言

造船焊接技術是現代船舶制造的關鍵工藝技術,在船體建造中,焊接工時約占船體建造總工時的30%～40%,焊接質量是評價造船質量的重要指標[1]。但當前中小型船廠大都沒有進行焊接工藝認可,很多地方船檢部門也無焊接工藝認可經驗的現實。作者所在單位在轄區內進行了焊接工藝認可的試點工作,取得了較好的成效。現將焊接工藝認可的實施要點和常見問題作一個小結,并給出相應的解決辦法,以期為改善當前落后的焊接質量控制模式提供借鑒模板。

1 造船焊接工藝認可的概念及意義

焊接工藝認可是整個焊接施工的前期準備,也是船舶開工前檢查的重要環節,文獻[2]的第 2章早在 1984年對焊接工藝的認可就有明確要求:船廠對船舶所要采用的焊接工藝,應按建造規范的有關規定擬定試驗計劃提交船檢部門審批,并須在驗船師在場的情況下,按批準的試驗計劃進行試驗。經驗船師審查試驗結果認為合格,由船檢部門發給認可證后,才能采用相應的焊接工藝。

焊接工藝認可工作是驗證所擬定的焊接工藝的正確性而進行的試驗過程和結果評價,它包括焊前準備、焊接、試驗及其結果評價的過程。這個過程有前提、有目的、有結果、有限制范圍。所以焊接工藝認可要按照所擬定的焊接工藝方案進行焊前準備、焊接試板、檢驗試板、測定試板的焊接接頭是否具有所要求的使用性能的各項技術指標,最后將全過程積累的各項焊接工藝因素、焊接數據和試驗結果整理成具有結論性、推薦性的資料,形成“焊接工藝認可報告”。

2 焊接工藝認可的實施

2.1 提交焊接工藝認可試驗方案

通常在船舶開工建造前,船廠應結合本廠自身的技術條件和生產經驗以及船舶建造要求,制定出船舶建造焊接工藝計劃表、焊接工藝認可計劃書(PWPS)交船檢認可。焊接工藝計劃表中應針對建造中焊縫出現于重要結構與結點的不同位置、形式和尺寸,列出擬使用的焊接工藝名稱和編號。值得注意的是,船廠在制定焊接工藝認可計劃時應綜合考慮各項待認可工藝的適用范圍,提高工藝認可的可用性和效益[4],避免因重復評定造成資源浪費[5],必要時船檢部門可以對船廠進行適當的指導。焊接工藝認可計劃書(PWPS)中通常應包括以下內容:

(1)母材的牌號、級別、厚度和交貨狀態。

(2)焊接材料(焊條、焊絲、焊劑和保護氣體)的型號、等級和規格。

(3)焊接設備的型號和主要性能參數。

(4)坡口設計和加工要求。

(5)焊道布置和焊接順序。

(6)焊接位置(平、立、橫、仰焊等)。

(7)焊接規范參數(電源極性、焊接電流、電弧電壓、焊接速度和保護氣體流量等)。

(8)焊前預熱和道間溫度控制、焊后熱處理及焊后消除應力的措施等(如需要時)。

(9)施焊環境(如在現場施焊、車間施焊或試驗室施焊)。

(10)焊接后進行的檢驗試驗項目及其要求。

(11)焊接后進行的檢驗試驗項目中各試樣的截取位置圖及各試樣加工尺寸圖。

(12)其他有關的特殊要求。

在填寫焊接規范參數前,可參考相關的資料。此外,各工廠在申請焊接工藝認可前,通常會對擬申請的項目進行預試驗,故焊接工藝認可計劃書中內容的填寫也可參照預試驗的數據。焊接工藝認可計劃書填寫完畢后,提交船檢部門審查。

2.2 船檢部門對焊接工藝認可計劃書的審查

船檢部門在收到焊接工藝認可計劃書后,主要依據中國船級社《材料與焊接規范》(2009)對方案進行審核。審核的主要內容為焊接工藝的主要參數是否正確,檢測和試驗的項目能否滿足規范要求,檢測和試驗項目截取試樣的位置是否與規范要求一致,試樣的加工能否滿足規范要求,各項試驗結果的限定值是否符合規范要求等。

此外,在審查焊接工藝試驗方案時,通常還要求母材與焊接材料盡量選取經船級評定或檢驗合格的材料。由于在船板與焊接材料制造廠的工廠評定中,船檢部門已對這些材料的焊接性能進行了考察,沖擊試驗溫度比焊接工藝認可要求嚴格,故選擇這些經評定檢驗的材料,可減少焊接工藝認可過程中不確定因素的影響,從而增加一次合格的可能性。

焊接工藝認可方案審核完后,船檢部門會將審核意見提交船廠,船廠按照審核意見對焊接工藝試驗方案進行修改、完善,并且準備現場試驗。

2.3 焊接工藝認可現場試驗的進行

焊接工藝認可現場試驗按照審查后的焊接工藝認可計劃書進行,驗船師必須見證試驗過程。在試驗開始前,驗船師要核查待焊母材與焊接材料,是否與方案中材料的等級、規格一致,并在試板上打上鋼印標記;檢查待焊試件的裝配情況,是否符合方案要求;直流電源焊接時,還要檢查電源極性是否正確。在焊接過程中,驗船師要記錄每一焊道的布置、焊接參數以及是否預熱、層間溫度控制情況、焊道打底及清根情況等,并對焊縫外觀質量進行評定。如焊接試板焊縫外觀檢查合格,則對焊縫進行無損探傷,若探傷合格,則按規范要求在試板上取樣并制成拉伸、彎曲、沖擊、金相試驗的標準試樣,期間要注意鋼印的轉移,確保試驗結果與試板的一致性及可追溯性。最后檢查試樣加工情況,進行力學性能試驗,驗船師應在現場見證試驗過程,必要時應拍照取證,并對試驗數據簽字認可。除力學性能試驗可能涉及在原試件上重新取樣試驗外,上述任一工序試驗或檢測發現有不合格情況時,均須重新進行工藝評定試驗。

2.4 焊接工藝認可證書的簽發

現場試驗結束后,由船廠整理試驗結果,編制焊接工藝認可試驗報告(WPQR),提交船檢部門審核。經確認合格后,船檢部門將對焊接工藝認可試驗報告簽發“焊接工藝認可證書”。船廠則根據合格的WPQR來編制自己的焊接工藝規程(WPS),并在施工中貫徹執行。

當然,上述工藝只能說明在該試驗條件下,試驗結果滿足船檢規范要求,可在修造船中采用。但隨著技術的發展,并不否認在相同的條件下 (如母材等級及厚度、焊接位置、焊接方法、焊接接頭形式等)會有其他適合的焊接規范參數,其結果也能滿足船級規范的要求,只要經驗證合格即可同意在造船中使用。

3 焊接工藝認可的適用范圍

在船體建造過程中,船廠應嚴格按照評定的工藝要求進行操作,驗船師可隨時進行抽查,以保證船舶的焊接質量。經船檢部門評定的焊接工藝,一般長期有效,但船廠對已批準的焊接工藝進行改動時,應將所有改動的細節向船檢部門報告。船檢部門則根據改動的具體內容,決定是否重新進行焊接工藝認可試驗。例如,進行立焊位置(立向上施焊)焊接工藝認可并獲得通過,若船廠在實際生產中其他條件都不改變,只是將焊接方向改變為立向下施焊,從而認為原焊接工藝是適用的而不需重新進行工藝評定,這種觀點是不能被船檢部門接受的。因為在焊接中,立向上施焊與立向下施焊是有很大區別的,必須重新進行焊接工藝認可試驗。故經評定合格的焊接工藝都有一定的適用范圍,超出此范圍就應對擬采用的工藝進行焊接工藝認可試驗[3]。

船舶建造中焊接工藝的適用范圍舉例如下:

(1)當采用多道焊工藝時,鋼板及鋁合金材料厚度的適用范圍為試驗所用材料厚度的 50% ～200%;采用單道焊工藝時,其適用范圍為試驗所用材料的80%～110%。以多道焊為例,工藝評定的母材厚度為15mm,按照規范其適用的厚度即為 8～30 mm。

(2)鋼管直徑的適用范圍為試驗所用鋼管直徑的 50%～200%,管壁厚度適用范圍同板材料一樣,多道焊時為試驗所用材料壁厚的 50%～200%,單道焊時為試驗所用材料壁厚的80%～110%。

(3)鋼材和焊接材料的適用范圍一般為評定試驗時所采用的相同等級鋼材和焊接材料,但韌性級別高的材料工藝試驗通過后,若能說明焊接工藝參數對焊縫性能無明顯影響,經船檢部門同意可將此工藝用于韌性級別較低的材料。

(4)焊接規范參數中的焊接電流或電弧電壓的任一個值的波動范圍一般不能超過 ±5%,焊接速度的波動范圍一般不超過±10%。

(5)預熱溫度、層間溫度的波動范圍應不超過規定最高或最低預熱溫度。

(6)焊縫坡口形式不應作任意變更。

4 常見問題及解決方法

在工程實踐中,發現船廠在執行焊接工藝規程時常出現下列問題,需引起注意:

(1)為了加快生產進度,在操作中不按照評定的工藝要求而增大焊接電流。

(2)在焊接前,待焊工件需預熱而實際沒有進行。

(3)在焊接過程中,不按照評定的工藝要求清理干凈每一道焊縫。

(4)在焊接過程中,不按照評定的工藝控制層間溫度。

(5)在操作過程中,坡口裝配達不到工藝要求。

(6)沒有按工藝文件規定選擇適當的焊接材料種類、規格。

(7)焊接材料沒有按規定烘干、保溫使用。

(8)保護氣體流量沒有按照評定的工藝選擇或氣體純度達不到要求(包括在新開啟一瓶保護氣體及一瓶保護氣體將耗盡時處理不當)。

以上問題,都可能在焊縫中形成焊接缺陷或引起焊縫機械性能變差,從而影響船舶建造質量。為保證良好的焊接質量,船廠應做好以下幾方面的具體工作:

(1)船廠技術人員根據生產需要,開展焊接工藝認可試驗,條件成熟時申請船檢部門對焊接工藝進行評定。如試驗合格,根據船檢部門頒發的焊接工藝認可證書及簽發的焊接工藝認可試驗報告,編制相應的崗位焊接作業指導書或操作規程。

(2)船廠管理人員對技術人員編制的崗位焊接作業指導書或操作規程,按照質量管理體系規定進行相應的審批,使之成為船廠生產的受控文件。

(3)重視和加強焊工考試工作,焊接工藝認可和焊工考試是保證實際生產中焊接制成合格焊件而進行的兩方面相輔相成的工作,兩者缺一不可[6]。

(4)船廠的裝配工、焊工應嚴格執行崗位焊接作業指導書或操作規程,技術人員同時進行相應的指導。

(5)船廠組織工藝執行情況的檢查,通過定期不定期的檢查,了解崗位焊接作業指導書或操作規程的執行情況,同時針對出現的問題作出相應的整改措施。

(6)在船舶一些重要構件的建造過程中,還需進行焊縫的產品性能試驗,以驗證焊接工藝的執行情況。

5 結語

實踐證明,切實推進焊接工藝認可工作,對于提高船廠整體的焊接質量是非常有益的。但在造船過程中要將焊接工藝落實到具體焊接施工中還會遇到很多實際問題,需要地方船檢部門和船廠共同努力。地方船檢部門在焊接工藝認可工作中要嚴格把關,同時考慮到大部分中小型船廠的底子比較薄,故對船廠在焊接工藝認可和執行中存在的問題要“幫、扶、帶”,使他們盡快走上正軌。而船廠則應積極配合地方船檢的工作,一方面根據實際情況積極開展焊接工藝的認可工作,補充和修訂自身的工藝規程,解決實際困難;另一方面要把地方船檢部門的監管轉化成內部的管理機制,提高焊接工藝規程的管理水平,改進焊接質量的控制模式,從真正意義上提高造船焊接質量,從而提高船舶的整體建造質量。

[1] 毛教康.船舶制造的焊接工藝認可與實施[J].沿海企業與科技,2008,94(3):39-42.

[2] 中華人民共和國船舶檢驗局.船舶建造檢驗規程[M].北京:人民交通出版社,1984.

[3] 中國船級社.材料與焊接規范[M],北京:人民交通出版社, 2009.

[4] 王玉良.造船焊接工藝評定的適用范圍及船廠的對應措施[J].廣船科技,2007,95(1):26-29.

[5] 姚開亨.焊接工藝評定要講效益[J].機械工人(熱加工), 2O00,(6):45-45.

[6] 何兵.船舶焊接工藝認可中的一些問題[J].造船技術,1996, 192(2):32-37.