VLOC分段手工焊縫裂紋的處理

CCS江蘇分社 張 超

2018年1月23日下午，我在例行巡檢過程中，在264分段建造現場，習慣性地將打底焊陶瓷襯墊撕掉，發現有一條平對接焊縫打底疑似有裂紋，隨即要求現場打磨人員磨去焊縫余高做進一步檢測，經檢驗發現是打底焊裂紋。由于VLOC是該船廠首次承接建造的超級巨輪，船廠并沒有太多的相關建造經驗，為了搞清楚該裂紋是個案還是普遍現象，我及時聯系船廠質保部相關負責人，要求對該工區其它的分段進行類似的抽檢，經過初步的排查發現六個分段的拼板縫以及橫對接處存在相似問題。

1月24日，CCS現場項目組召集船廠品質保證部、技術部、制造部及現場施工人員進行了第一次會議，會議成立了焊接打底裂紋專項小組，并要求對該系列的裂紋進行了初步分析，并整理出以下幾點工作思路：船廠技術部聯合焊接實驗室對裂紋產生的原因進行分析；制造部聯合品保部探傷室對其余分段平對接焊縫進行抽檢確保裂紋的消除；制造部組織施工人員對已經發現裂紋的焊縫進行處理直至探傷合格。

張超 CCS江蘇分社建造船舶及海工檢驗處項目經理，系統內化學品船專家組成員，主要從事船舶建造項目管理和現場檢驗工作。先后完成38000DWT系列不銹鋼化學品船、40萬噸大型礦砂船等新造船建造檢驗工作。參與編寫了不銹鋼化學品船建造檢驗指南、化學品船檢驗須知等。同時，承擔了系統內P級班授課和相關驗船師油化船的專題培訓工作，并參與了系統內多艘危化船飛行檢驗和應急事故處理工作。

在落實好首次會議制定的措施后，2月6日，CCS駐廠組和船廠品保部再次組織專題會，對目前排查情況做了通報，經初步排查，發現目前存在37個分段存在相似的焊接裂紋，會上大家對產生原因做了詳細分析，并制定了專項措施。

首先是做焊接裂紋對比試驗分析。船廠焊接試驗室根據不同坡口角度，裝配間隙及焊接參數進行試驗。

第一組試板：材質AH36，規格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接條件：坡口角度40°，裝配間隙8～9mm，焊接電流190A，焊接電壓27V，焊接速度16cm/min，焊接時鋼板溫度-4℃，裝配剛性6個馬板。

焊后情況：焊后立即敲完渣，肉眼未發現裂紋，3天后檢查仍無裂紋。

第二組試板：材質AH36，規格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接條件：坡口角度40°，裝配間隙8～9mm，焊接電流230A，焊接電壓30.8V，焊接速度19cm/min，焊接時鋼板溫度-4℃。

焊后情況：焊后立即敲完渣，肉眼發現3處裂紋，裂紋長度10～20mm，焊接時鋼板溫度-4℃。

第三組試板：材質AH36，規格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接條件：坡口角度45°，裝配間隙7～8mm，焊接電流230A，焊接電壓30.8V，焊接速度19cm/min，焊接時鋼板溫度-4℃。

焊后情況：焊后立即敲完渣，肉眼發現1處裂紋，裂紋長度8mm。

第四組試板：材質AH36，規格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接條件：坡口角度52°，裝配間隙7～9mm，焊接電流245A，焊接電壓31.1V，焊接速度15cm/min，焊接時鋼板溫度-4℃。

焊后情況：焊后立即敲完渣，肉眼未發現裂紋，3天后檢查仍無裂紋。

通過以上試驗可以得出，在其它條件一致的情況下平對接打底焊裂紋的出現與焊接坡口角度、焊接裝配間隙、焊接參數有關。坡口增大裂紋減少，間隙減小裂紋增加，焊接電流電壓增大裂紋增加，焊接速度降低裂紋減少。

由于藥芯焊絲加陶瓷襯墊打底焊中，陶瓷襯墊導熱速度低于鋼板坡口根部的導熱速度（特別是，當環境溫度低的時候，這種差別就更加明顯）。根據熔池結晶原理，兩側的結晶速度過快，導致熔池里面還未析出的低熔點共晶物（焊渣等雜質）沒有充分的溢出焊縫中心，在焊接收縮應力的作用下產生了焊接熱裂紋。結晶圖示如下：

根據裂紋形成的機理，只要能夠創造條件讓焊縫中心的低熔點共晶物能夠充分地溢出焊接熔池，就可以有效地控制此類裂紋的形成。

回到前面的試驗結果：增大了坡口角度，是改變了熔池的幾何形狀，給低熔點共晶物（焊渣等）創造了更容易溢出的條件，同時焊接時更容易形成體積稍大一些的熔池，延長了熔池的結晶時間，讓熔池結晶時的低熔點共晶物（焊渣等）溢出的更加充分；焊縫間隙不宜過小，也是為了增大焊接熔池體積，延長熔池的結晶時間，讓熔池結晶時的低熔點共晶物（焊渣等）溢出的更加充分；平焊打底焊時，當增大焊接電流電壓時，雖然增加了焊接熱量，但同樣也增加了焊接的速度，所以對焊縫熔池結晶時的低熔點共晶物（焊渣等）溢出不一定延長時間，但大的焊接電流電壓會產生更大的焊接收縮應力，對裂紋的發生創造了條件，特別是當坡口角度較小時更為明顯，當坡口角度大到一定程度時，大的焊接電流對裂紋顯得不再那么明顯。

綜上分析，專項小組制定了控制現場平對接打底焊裂紋的有效措施如下：

1、工藝措施

1）當板厚在35mm以下的鋼板打底焊時，盡量選擇與平對接坡口角度一致或接近的坡口角度，裝配時間隙最好控制在8～10mm，焊接電流電壓在能夠保證焊縫背面成形的前提下，盡量選擇偏低一些的焊接電流電壓（電流最好控制在230A以下），焊接時盡量控制焊接速度不宜過快。具體要求見WPS。當環境過低、現場剛度過大時，即使35mm以下的鋼板，焊接時也要考慮焊前預熱。

2）當板厚超過35mm時，焊接時采用電加熱后焊接。焊前預熱是防止平對接打底焊熱裂紋的有效措施。

3）此類焊縫的接頭裂紋是用以上方法難以避免的，所以不管是焊接預熱焊縫還是不預熱的焊縫，為了減少接頭裂紋，焊接時過馬板焊接盡量采用快速熱接頭法焊接，要求馬板開孔要能夠保證焊槍保護套能夠伸過去，且眼睛視線良好。實在無法避免時，確實要停止時，熄弧時盡量填滿弧坑，起弧前先檢查焊接接頭是否有裂紋或收弧縮孔，若有裂紋必須打磨去除后再起弧焊接。在條件允許的情況下，將馬板裝在坡口背面是最理想的做法。

2、管理措施

1）明確要求制造部完善焊接實名制的要求，將焊工姓名、焊接參數、裝配間隙、坡口角度等信息做好詳細記錄，要求制造部安排主管進行檢驗并做好記錄。

2）品保部增加打底焊前報驗項目，在焊前報驗時若未發現有生產部門主管檢驗記錄將明確拒檢，不允許施焊。

3）對已經發現問題的焊縫進行焊工追溯，匯總好問題焊工名單，先吊銷焊工證書，進行再培訓考證合格后上崗。

4）對制造部各分承包方進行專項培訓，要求水平較高的焊工焊接，盡量對這種平對接焊縫的焊接指定專門的焊工，并進行WPS的講解，明確具體要求等。

5）制造部配合焊接試驗室對現場使用焊材進行檢測，確保焊材質量。

在嚴格執行上述要求后，經過三個月的執行，我們先后對150多個分段進行了跟蹤，徹底杜絕了該類型裂紋的發生，確保了VLOC后續施工的順利進行和焊接質量的有效保證。