探析如何提高不銹鋼管焊接拍片一次合格率

黃 震，陳建忠

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

隨著船舶市場競爭愈加激烈，為了滿足公司修造船轉(zhuǎn)型發(fā)展的要求，公司近年來承接了瀝青船、化學(xué)品船、成品油輪等新造船訂單以及某系列的雙相不銹鋼化學(xué)品船、某系列化學(xué)品船等高端船舶的修理改裝任務(wù)，這些船舶的相關(guān)系統(tǒng)管路大量采用不銹鋼作為輸送介質(zhì)的材質(zhì)，裝載貨物的特殊性決定了船東對不銹鋼管的焊接質(zhì)量要求非常的嚴(yán)苛。

化學(xué)品船建造中有大量的不銹鋼管制作，在某化學(xué)品船不銹鋼管制作中，焊接接頭有上萬個。這些接頭的焊接質(zhì)量關(guān)系到船舶的航行安全與貨物的安全運(yùn)輸與駁運(yùn)。按照設(shè)計要求以及DNV GL船級社規(guī)范，對外徑>76.1 mm的 Ⅰ 級管對接焊縫，焊后100%RT探傷；外徑>101.6 mm的 Ⅱ 級管與外徑≤76.1 mm的 Ⅰ 級管的對接焊縫，焊后至少10%RT探傷。該船不銹鋼管焊接拍片一次目標(biāo)合格率為96%，經(jīng)過對以往制作的不銹鋼管的拍片合格率以及拍片不合格缺陷類型進(jìn)行梳理、統(tǒng)計與分析得出，焊接缺陷與裝配精度是影響拍片合格率的主要原因，見表1、表2。

表1 近年拍片合格率統(tǒng)計表

表2 影響拍片合格率的因素表

1 目標(biāo)可行性分析

經(jīng)過測算分析，拍片一次合格率平均為91.5%，主要缺陷因素占比：氣孔與夾渣占比79.3%，其它因素20.7%。因此，減少焊接缺陷如氣孔與夾渣的產(chǎn)生以及提高裝配精度可大幅提高拍片合格率。

2 主要焊接缺陷因素分析

焊接缺陷親和圖，見圖1，可以分析出氣孔、夾渣這2種主要影響拍片合格率的焊接缺陷是由多種因素相互交叉影響造成的。

圖1 焊接缺陷親和圖

1)氣孔。氣孔產(chǎn)生的原因主要有：氣體的純度、施焊過程中的保護(hù)措施、施工環(huán)境的影響、母材的清理工作、焊接材料的保護(hù)以及施工人員的自主質(zhì)量意識與技能水平參差不齊等。

2)夾渣。焊接時，不遵守焊接工藝規(guī)程(WPS)與焊接作業(yè)指導(dǎo)書等工藝文件，焊接電流選擇過大、鎢極伸出長度過長，定位焊時不充氣保護(hù)而造成定位焊被氧化，施工環(huán)境中的風(fēng)、塵等是影響夾渣產(chǎn)生的主要原因。

3)裝配流程的因素。裝配流程沒有徹底優(yōu)化，造成高效焊效率低下，沒有充分發(fā)揮自動焊機(jī)的優(yōu)勢，是影響焊接質(zhì)量穩(wěn)定的次要原因。

3 改進(jìn)措施

通過以上原因分析，從改變施工人員的質(zhì)量意識，提高技能水平以及相關(guān)工裝的利用、配件改進(jìn)和高效焊的推廣與加強(qiáng)生產(chǎn)過程中的管控等方面，可提高焊接質(zhì)量以及焊接拍片一次合格率。

3.1 加強(qiáng)施工人員的質(zhì)量意識

編制不銹鋼管焊接作業(yè)指導(dǎo)書、自動焊機(jī)作業(yè)指導(dǎo)書并結(jié)合WPS組織相關(guān)施工人員進(jìn)行理論知識學(xué)習(xí)，掌握不銹鋼管的裝配質(zhì)量要求，焊接定位質(zhì)量要求、焊接過程中的細(xì)節(jié)處理要求等，進(jìn)一步強(qiáng)化員工自主質(zhì)量意識。

3.2 提高焊工技能操作水平

推廣氬弧焊焊接的新式手法——搖擺焊，可進(jìn)一步提高焊縫成形質(zhì)量以及拍片合格率。以往氬弧焊焊接手法以傳統(tǒng)飄把方式為主，焊槍是騰空的，對于操作人員手持焊槍的穩(wěn)定性要求比較高，技能操作要求相當(dāng)高。由于操作人員的技能有高有低，造成焊縫表面成形質(zhì)量參差不齊，內(nèi)部質(zhì)量也不穩(wěn)定，常出現(xiàn)夾鎢、未焊透、未熔合、氣孔等缺陷。搖擺焊的特點是焊槍瓷嘴緊貼管子坡口，靠手腕的轉(zhuǎn)動帶動瓷嘴的左右搖擺來焊接，操作焊槍穩(wěn)定性高，焊縫成形美觀且拍片合格率高，在勞動強(qiáng)度方面也能適當(dāng)減輕焊工的體力。

經(jīng)過一段時間的推廣、練習(xí)，目前大部分焊工已掌握搖擺焊手法。焊后，管內(nèi)成形焊縫余高滿足船東提出的0～1.5 mm；經(jīng)X光拍片，無未焊透、未熔合、夾渣等缺陷。

3.3 工裝利用

充分利用各種工裝，滿足管子裝配精度，提高焊接質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。如：①加溫管裝配專用夾具，見圖2。此工裝可有效的保證加溫管裝配時的同心度，提高了焊接質(zhì)量和尺寸精度。②局部充氣定位工裝。大管徑裝配定位時使用，保證了定位焊縫的質(zhì)量，節(jié)約了氬氣的使用成本。③焊接充氣工裝，見圖3。在焊接區(qū)域造一個氣室，與整管充氬保護(hù)相比，縮短了充氣時間，節(jié)約了氬氣充氣使用量，保證了管內(nèi)氬氣的純度，提高了焊接質(zhì)量和工作效率。

圖2 加溫管定位夾具

圖3 焊接充氣工裝

3.4 改進(jìn)設(shè)備配件

在化學(xué)品船的不銹鋼管焊接中防止晶間腐蝕是最重要的一環(huán)，不銹鋼焊接時熱敏感較強(qiáng)。通過對氬弧焊槍的導(dǎo)流件和陶瓷噴嘴改進(jìn)，可有效提高焊接過程中的氣體保護(hù)效果，降低焊接熱敏感，提高焊接質(zhì)量。一般氬弧焊槍的導(dǎo)流件和陶瓷噴嘴都只是標(biāo)配的普通組合，改進(jìn)后的是帶篩網(wǎng)導(dǎo)流件和噴嘴組合。帶篩網(wǎng)的導(dǎo)流件在出氣的過程中與普通組合相比，由于篩網(wǎng)的作用，噴出的氣體更均勻，挺度更大，對熔池的保護(hù)效果更好，有利于減少氣孔的產(chǎn)出，適合焊接時熱敏感強(qiáng)的金屬。經(jīng)實際使用對比，在相同管徑、相同壁厚、相同焊接位置采取相同電流、相同氣體流量、相同焊接速度，使用普通組合焊接后，焊縫的顏色發(fā)暗、偏灰黑，見圖4；使用帶篩網(wǎng)的導(dǎo)流件組合焊接后，焊縫的顏色發(fā)亮、偏金黃，見圖5；使用篩網(wǎng)組合的焊接質(zhì)量優(yōu)于普通組合，而且管徑越大焊接效果越好，見圖6、圖7。

圖4 普通組合焊接效果

圖5 篩網(wǎng)組合焊接效果

圖6 管-法蘭對接焊縫成形

圖7 管-彎頭對接焊縫成形

3.5 生產(chǎn)過程管控

在生產(chǎn)過程中，對作業(yè)前、作業(yè)中、作業(yè)后進(jìn)行全面管控。

1)作業(yè)前。檢查施工人員是否佩戴干凈手套作業(yè)，在管子進(jìn)行裝配前，檢查管端坡口是否按照作業(yè)指導(dǎo)書、WPS要求進(jìn)行清理；檢查焊材是否按要求存放；檢查焊接前是否對焊縫進(jìn)行清潔等。

2)作業(yè)中。在焊接過程中，檢查電流大小、保護(hù)氣體流量是否符合WPS；使用接觸式測溫儀抽檢多道焊時層間溫度的控制。不銹鋼焊接時，層間溫度必須控制在150 ℃以下，可有效防止不銹鋼管的焊接接頭因熱輸入過高，以及在450～850 ℃的危險區(qū)域停留時間過長而產(chǎn)生晶間腐蝕。

3)作業(yè)后。檢查管內(nèi)外焊縫成形是否符合工藝要求，檢查前一天所完成的管子裝配與焊接的實名制表格的填寫情況。

3.6 推廣高效自動化焊接

自動焊機(jī)焊接與手工焊接相比，焊接質(zhì)量穩(wěn)定、效率高、焊縫成形美觀，且管徑越大，工作效率越高。針對自動焊機(jī)的特點與以往的試驗數(shù)據(jù)以及效率情況分析，預(yù)先對圖紙進(jìn)行了梳理，所有不銹鋼管外徑≥168 mm的直管的焊接，必須使用自動焊機(jī)焊接。對于有支管、彎頭連接的，消化圖紙、優(yōu)化裝配流程，充分發(fā)揮自動焊機(jī)的效率。如圖8，先完成主管裝配，用自動焊機(jī)完成主管的焊接；然后裝配支管，最后用手工焊接完成。這樣既滿足了自動焊機(jī)的操作要求，提高了焊接質(zhì)量和工作效率，又能在后續(xù)裝配中，糾正因焊接變形引起的誤差，保證整體尺寸精度。

圖8 優(yōu)化裝配焊接圖

4 措施實施后的效果

4.1 焊接質(zhì)量的提高

落實改進(jìn)措施后，分別對近6個月的焊接拍片一次合格率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，見表3。由表3知，拍片一次合格率平均98.3%，焊接質(zhì)量顯著提高。

表3 近6個月不銹鋼管焊接拍片一次合格率表

4.2 高效自動焊的推廣

8月—12月的自動焊焊接數(shù)據(jù)統(tǒng)計，見表4。自動焊平均比例達(dá)到88.65%，顯著提高了工作效率與焊接質(zhì)量。

表4 自動焊焊接數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

4.3 改進(jìn)后的成本對比

焊接拍片一次合格率從往年的91.5%提高到目前的98.3%，提高率達(dá)到6.8%，焊縫返修數(shù)量明顯減少。通過推廣高效自動焊后，高效焊比例達(dá)到88.65%，節(jié)省了大量的人工成本以及物資與動能消耗。

1)減少不合格焊縫返修成本。與往年相比，減少了約20條焊縫的返修。根據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計，返修工時約第一次焊接工時的3倍，按第一次焊縫焊接打磨需1 h計算，共節(jié)省相關(guān)工時60 h；按人工損耗、物資與動能損耗工時單價為105元/小時，共節(jié)約6 300 元返工成本。

2)提高效率節(jié)約成本。自推廣高效自動化焊接以來，8月—12月符合條件的焊縫總長度為257 403.6 mm。通過計算后，對比公司成熟焊工1 d可施焊1 095 mm，綜合估算可以提高焊接效率70%左右，節(jié)省工時840 h，按每小時105元計算，可節(jié)約綜合費(fèi)用達(dá)88 200元左右。

5 結(jié)束語

通過落實以上改進(jìn)措施，實施生產(chǎn)全過程管控，員工們的工作態(tài)度有較大的改變、提高了自主質(zhì)量意識；通過對搖擺焊技術(shù)的推廣以及焊槍配件的改進(jìn)，焊工們的技能水平得到一定的提升，焊接質(zhì)量得到了較好的改變，X光拍片后評定的Ⅰ級焊縫明顯高于以往，拍片一次合格率穩(wěn)定在96%以上。今后還需對已編制的工藝文件進(jìn)行不斷的優(yōu)化完善，以供施工人員學(xué)習(xí)并進(jìn)一步提升自動焊的使用率；現(xiàn)有的工裝設(shè)施也需不斷改進(jìn)，以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量與工作效率，為公司修造船轉(zhuǎn)型發(fā)展提供更有力的支撐。