修船承接海工船分段結(jié)構(gòu)管焊接的質(zhì)量控制

武剛娃，丁海杰，王彥誠(chéng)

(上海船廠船舶有限公司， 上海 200156)

修船承接海工船分段結(jié)構(gòu)管焊接的質(zhì)量控制

武剛娃，丁海杰，王彥誠(chéng)

(上海船廠船舶有限公司， 上海 200156)

文章主要闡述了大長(zhǎng)徑比低碳高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼管件的焊接質(zhì)量控制，在施工過程中采用了先進(jìn)儀器及傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的測(cè)量方法，且每一道工序配合相應(yīng)的圖片，對(duì)以后相同類型的管件焊接具有直觀的現(xiàn)實(shí)參考價(jià)值，形成了完備的生產(chǎn)施工工藝及質(zhì)量管控流程。

精度測(cè)量；層間溫度；焊接接頭；冷裂紋

自2008年金融危機(jī)以來，修船行業(yè)經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)量呈行業(yè)性明顯下滑。各船廠都在想方設(shè)法的承接非修船項(xiàng)目來滿足生產(chǎn)需要。我公司修船事業(yè)部于2013年開始承接“鉆井船”分段建造項(xiàng)目，該船是我公司與船東(OPUS)聯(lián)合開發(fā)適合特殊水域工作的鉆井船，且具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，入ABS船級(jí)社。該項(xiàng)目的承接對(duì)于修船來說無論從管理到具體施工工藝都提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)管的焊接，是我們平時(shí)施工過程中所沒有涉及的。分段的完整性：從來料加工，到裝配提交，再到最終的焊接后完整提交，我們都可以參照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行施工與監(jiān)控。但對(duì)于結(jié)構(gòu)管，我們沒有現(xiàn)成的工藝規(guī)范可查，對(duì)此我們采取了具有突破性的生產(chǎn)施工工藝及嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控體系，達(dá)到了預(yù)期效果，取得了校驗(yàn)一次通過、探傷一次合格。

1 結(jié)構(gòu)管的基本情況及數(shù)據(jù)介紹

該結(jié)構(gòu)管采用高強(qiáng)度低碳結(jié)構(gòu)鋼AH32，其化學(xué)成分見表1。成型后的外形尺寸為：650 mm(外徑)×25 mm(厚)×7 500 mm(長(zhǎng))，1根，由兩半圓型加工件拼裝焊接而成，直線度公差±3 mm,圓度公差±6 mm,加工件含30 mm切割余量。測(cè)量半圓加工件是否合格，對(duì)不合格加工件進(jìn)行校正，切割余量，裝配，施焊，保證層間質(zhì)量，保證最終的探傷合格及變形控制，以上種種是擺在我們面前的現(xiàn)實(shí)問題，本文將逐一介紹。

該結(jié)構(gòu)管所在分段廠內(nèi)編號(hào)3951/2，分段處于艏樓甲板，上部為上層建筑及飛機(jī)平臺(tái)，承受的交變載荷較集中。因此對(duì)結(jié)構(gòu)管的整體焊接質(zhì)量及外形公差提出了比較高的要求。

表1 管材的化學(xué)成分 %

2 對(duì)半圓成型件進(jìn)行精度測(cè)量

依據(jù)成型后管子外徑650 mm 放3 mm余量制作專用工裝胎架，利用1 mm白鐵皮制作直徑600 mm靠模，采取經(jīng)緯儀望基準(zhǔn)及切割線，每相隔1 000 mm用鋼皮尺逐點(diǎn)測(cè)量半圓成型件的加工誤差。相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示。

3 對(duì)不合格半圓加工件進(jìn)行校正

AH32低碳高強(qiáng)度鋼屬于亞共析鋼，其組織結(jié)構(gòu)為鐵素體+珠光體，在低溫退火的條件下，使得鋼材軟化，消除內(nèi)應(yīng)力，組織中的馬氏體或貝氏體在加熱的過程中分解，析出粒狀碳化物后轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。為此，加熱溫度不允許超過727 ℃，否則形成奧氏體后，在冷卻狀態(tài)下將重新形成馬氏體或貝氏體。馬氏體或貝氏體嚴(yán)重影響母材的塑性及機(jī)械強(qiáng)度。由于半圓加工件為鋼板油壓冷加工而成，本身存在一定的內(nèi)應(yīng)力，結(jié)合原始測(cè)量數(shù)據(jù)變形嚴(yán)重的特點(diǎn)，采用火工矯正的方法對(duì)成型件進(jìn)行數(shù)據(jù)圓整，火工溫度為650 ℃，立即采用水冷冷卻。矯正后測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示。

如果半圓加工件變形得不到處理則在裝配時(shí)會(huì)存在較大的裝配誤差及成品后的焊接誤差，且已知抗扭截面系數(shù)Wn=πD3/16(1-0.464) ，最大剪切力ζmax=Mn/Wn,Mn為結(jié)構(gòu)管實(shí)際承受的外力轉(zhuǎn)矩，則由于變形過大致使成型后外形直徑過大從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)所承受的剪切應(yīng)力也相應(yīng)增大，易造成船舶完工后在使用過程由于交變載荷的作用增加了結(jié)構(gòu)管焊縫產(chǎn)生裂紋的概率。因此對(duì)半圓加工件的變形處理是必須且必要的，考慮到焊接熱變形的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值使焊前變形控制在0～-3 mm以內(nèi)。

4 切割半圓加工件余量

根據(jù)設(shè)計(jì)要求：裝配間隙為6 mm，單邊開20°實(shí)根坡口，采用陶瓷襯墊，全焊透，焊接結(jié)束后做100%MT+UT探傷。結(jié)合加工件為半圓開口，壁厚25 mm，長(zhǎng)度7 500 mm，材料本身受熱變形(線膨脹值為其線長(zhǎng)度的0.000 5倍)。切割采用氧乙炔富氧燃燒切割溫度大約在1 200 ℃左右，在切割過程中材料本身存在包晶相變發(fā)生，但其發(fā)生在某個(gè)溫度水平以上(1 450 ℃)，而在溫度超過727 ℃時(shí)母材將發(fā)生富氧燃燒，因此其變形不大。鑒于以上分析我們采用胎架固定，兩端同時(shí)切割，并預(yù)先劃好坡口切割線實(shí)施切割，使得熱變形控制在最小。

5 裝配

在半圓加工件余量切割結(jié)束并打磨光順并自然冷卻，以1#件為安裝基準(zhǔn)，進(jìn)行裝配，為了保證裝配間隙6 mm的要求，取6 mm扁鐵作為靠裝樣板，對(duì)接縫處采用相間300 mm左右焊接馬板進(jìn)行綁扎，在預(yù)裝結(jié)束后采用白鐵皮靠模進(jìn)行裝配復(fù)檢，并用標(biāo)準(zhǔn)樣棒檢驗(yàn)對(duì)接縫在圓周切線方向上是否在一條線上。在一切準(zhǔn)備工作結(jié)束后提交船檢、船東并一次性裝配通過。

6 施焊

根據(jù)設(shè)計(jì)要求：采用陶瓷襯墊，全焊透的要求，我們采用藥性焊絲半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊，焊接參數(shù)如表4。

由于施工過程正值冬季環(huán)境溫度低于5 ℃，且壁厚大于20 mm，為了減少焊接應(yīng)力及防治冷裂紋的產(chǎn)生，在焊前對(duì)于焊縫兩側(cè)50 mm區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱150 ℃，4把割刀相隔0.5 m同時(shí)預(yù)熱，采用分中對(duì)稱焊的方法進(jìn)行焊接。

表2 半圓零件加工件的測(cè)量數(shù)據(jù) mm

表3 半圓零件火工校正后測(cè)量數(shù)據(jù) mm

表4 焊機(jī)電制要求表

7 保證焊縫層間質(zhì)量

焊接過程是逐道焊接的過程，如何保證各道間焊條熔化后的有效融合，且與母材金屬共同形成焊接熔池中的液態(tài)金屬，在冷卻后凝固形成合格的焊接接頭。對(duì)此我們采取每道完全清渣，道間預(yù)熱溫度不低于 150 ℃但不超過250 ℃，并用點(diǎn)溫計(jì)時(shí)時(shí)測(cè)量預(yù)熱溫度，保證焊接是在合理的溫度區(qū)間內(nèi)施焊，保證層間焊條的融合。

8 保證最終的探傷合格及變形控制

在整個(gè)焊接結(jié)束后，并不能立即割除馬板，使其自然冷卻。因?yàn)锳H32鋼屬于低碳高強(qiáng)度鋼，如果立即拆除并實(shí)效自然冷卻，由于環(huán)境溫度過低，在接頭冷卻的過程中將會(huì)產(chǎn)生冷裂紋。延遲裂紋是冷裂紋中一種比較普遍的裂紋形態(tài)，其產(chǎn)生并不是在焊后立即產(chǎn)生，而是在延遲一段時(shí)間，甚至使用過程中才會(huì)發(fā)現(xiàn)。3952分段處于全船船首部位，所承受的力相對(duì)復(fù)雜，對(duì)焊縫的長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求也很高。因此為了避免后期使用過程中冷裂紋的產(chǎn)生，在管件焊接結(jié)束后，保持焊接區(qū)域溫度穩(wěn)定在150～250 ℃之間8 h，然后再自然冷卻到室溫，以此來消除冷裂紋對(duì)工件使用過程的影響。整個(gè)過程中馬板不作拆除，且引弧板也不作拆除(防止終端裂紋的產(chǎn)生)，在自然冷卻后經(jīng)過實(shí)際測(cè)量管件圓度及支線度誤差如表5所示。

9 結(jié)束語

在最終的探傷過程中，經(jīng)過我們的努力，焊縫MT+UT100%探傷合格(MT-檢驗(yàn)焊縫表面是否存在裂紋，UT-檢驗(yàn)焊縫內(nèi)部是否存在缺陷)。此項(xiàng)工程的施工結(jié)束后，我們總結(jié)了一套焊接大長(zhǎng)徑比對(duì)接管件的工裝工藝方法及質(zhì)量控制方法，為后續(xù)同類項(xiàng)目的實(shí)施提供了參考。

表5 完工后結(jié)構(gòu)管外形誤差測(cè)量數(shù)據(jù) mm

2014-08-11

啟事

《現(xiàn)代修船管理》

《現(xiàn)代修船管理》是一部全面系統(tǒng)介紹現(xiàn)代修船管理與技術(shù)的專著，是在總結(jié)改革開放30年來我國(guó)修船管理和技術(shù)成果以及參考國(guó)內(nèi)外先進(jìn)修船管理與技術(shù)資料基礎(chǔ)上編著而成。該書由時(shí)鳳俊同志策劃，修船學(xué)委會(huì)組織審核，由當(dāng)今我國(guó)船舶行業(yè)眾多修船業(yè)專家、教授以及來自基層主要修船業(yè)一線權(quán)威人士撰寫而成。全書約20萬字，共分十章，內(nèi)容涉及修船業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展、經(jīng)營(yíng)管理、工藝技術(shù)、改裝設(shè)計(jì)、修船生產(chǎn)、修船質(zhì)量、安全生產(chǎn)、修船物資、人力資源管理與海洋工程等。

本書面向修船行業(yè)，對(duì)船舶維修保障部門技術(shù)與管理人員，特別是修船企業(yè)從事修船管理與技術(shù)的員工有指導(dǎo)意義，也可作為高等院校船舶維修保障工程專業(yè)師生的教材。

本書售價(jià)30元(含郵資)，需購買的單位或個(gè)人請(qǐng)與修船學(xué)委會(huì)、《中國(guó)修船》編輯部聯(lián)系。

修船學(xué)委會(huì)聯(lián)系電話(傳真)：010-66975560；編輯部聯(lián)系電話(傳真)：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

武剛娃(1983-)，男,陜西咸陽人，工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶維修工程管理工作。