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(shù)是現(xiàn)代船舶制造的關(guān)鍵工藝技術(shù),在船體建造中,焊接工時(shí)約占船體建造總工時(shí)的30%～40%,焊接質(zhì)量是評價(jià)造船質(zhì)量的重要指標(biāo)[1]。但當(dāng)前中小型船廠大都沒有進(jìn)行焊接工藝認(rèn)可,很多地方船檢部門也無焊接工藝認(rèn)可經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)實(shí)。作者所在單位在轄區(qū)內(nèi)進(jìn)行了焊接工藝認(rèn)可的試點(diǎn)工作,取得了較好的成效?，F(xiàn)將焊接工藝認(rèn)可的實(shí)施要點(diǎn)和常見問題作一個(gè)小結(jié),并給出相應(yīng)的解決辦法,以期為改善當(dāng)前落后的焊接質(zhì)量控制模式提供借鑒模板。

1 造船焊接工藝認(rèn)可的概念及意義

焊接工藝認(rèn)可是整個(gè)焊接施工的前期準(zhǔn)備,也是船舶開工前檢查的重要環(huán)節(jié),文獻(xiàn)[2]的第 2章早在 1984年對焊接工藝的認(rèn)可就有明確要求:船廠對船舶所要采用的焊接工藝,應(yīng)按建造規(guī)范的有關(guān)規(guī)定擬定試驗(yàn)計(jì)劃提交船檢部門審批,并須在驗(yàn)船師在場的情況下,按批準(zhǔn)的試驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)船師審查試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為合格,由船檢部門發(fā)給認(rèn)可證后,才能采用相應(yīng)的焊接工藝。

焊接工藝認(rèn)可工作是驗(yàn)證所擬定的焊接工藝的正確性而進(jìn)行的試驗(yàn)過程和結(jié)果評價(jià),它包括焊前準(zhǔn)備、焊接、試驗(yàn)及其結(jié)果評價(jià)的過程。這個(gè)過程有前提、有目的、有結(jié)果、有限制范圍。所以焊接工藝認(rèn)可要按照所擬定的焊接工藝方案進(jìn)行焊前準(zhǔn)備、焊接試板、檢驗(yàn)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo),最后將全過程積累的各項(xiàng)焊接工藝因素、焊接數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果整理成具有結(jié)論性、推薦性的資料,形成“焊接工藝認(rèn)可報(bào)告”。

2 焊接工藝認(rèn)可的實(shí)施

2.1 提交焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)方案

通常在船舶開工建造前,船廠應(yīng)結(jié)合本廠自身的技術(shù)條件和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及船舶建造要求,制定出船舶建造焊接工藝計(jì)劃表、焊接工藝認(rèn)可計(jì)劃書(PWPS)交船檢認(rèn)可。焊接工藝計(jì)劃表中應(yīng)針對建造中焊縫出現(xiàn)于重要結(jié)構(gòu)與結(jié)點(diǎn)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(rèn)可計(jì)劃時(shí)應(yīng)綜合考慮各項(xiàng)待認(rèn)可工藝的適用范圍,提高工藝認(rèn)可的可用性和效益[4],避免因重復(fù)評定造成資源浪費(fèi)[5],必要時(shí)船檢部門可以對船廠進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。焊接工藝認(rèn)可計(jì)劃書(PWPS)中通常應(yīng)包括以下內(nèi)容:

(1)母材的牌號、級別、厚度和交貨狀態(tài)。

(2)焊接材料(焊條、焊絲、焊劑和保護(hù)氣體)的型號、等級和規(guī)格。

(3)焊接設(shè)備的型號和主要性能參數(shù)。

(4)坡口設(shè)計(jì)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(guī)范參數(shù)(電源極性、焊接電流、電弧電壓、焊接速度和保護(hù)氣體流量等)。

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

(9)施焊環(huán)境(如在現(xiàn)場施焊、車間施焊或試驗(yàn)室施焊)。

(10)焊接后進(jìn)行的檢驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目及其要求。

(11)焊接后進(jìn)行的檢驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)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(guān)的特殊要求。

在填寫焊接規(guī)范參數(shù)前,可參考相關(guān)的資料。此外,各工廠在申請焊接工藝認(rèn)可前,通常會對擬申請的項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)試驗(yàn),故焊接工藝認(rèn)可計(jì)劃書中內(nèi)容的填寫也可參照預(yù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。焊接工藝認(rèn)可計(jì)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(rèn)可計(jì)劃書的審查

船檢部門在收到焊接工藝認(rèn)可計(jì)劃書后,主要依據(jù)中國船級社《材料與焊接規(guī)范》(2009)對方案進(jìn)行審核。審核的主要內(nèi)容為焊接工藝的主要參數(shù)是否正確,檢測和試驗(yàn)的項(xiàng)目能否滿足規(guī)范要求,檢測和試驗(yàn)項(xiàng)目截取試樣的位置是否與規(guī)范要求一致,試樣的加工能否滿足規(guī)范要求,各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果的限定值是否符合規(guī)范要求等。

此外,在審查焊接工藝試驗(yàn)方案時(shí),通常還要求母材與焊接材料盡量選取經(jīng)船級評定或檢驗(yàn)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(jìn)行了考察,沖擊試驗(yàn)溫度比焊接工藝認(rèn)可要求嚴(yán)格,故選擇這些經(jīng)評定檢驗(yàn)的材料,可減少焊接工藝認(rèn)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(rèn)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(yàn)方案進(jìn)行修改、完善,并且準(zhǔn)備現(xiàn)場試驗(yàn)。

2.3 焊接工藝認(rèn)可現(xiàn)場試驗(yàn)的進(jìn)行

焊接工藝認(rèn)可現(xiàn)場試驗(yàn)按照審查后的焊接工藝認(rèn)可計(jì)劃書進(jìn)行,驗(yàn)船師必須見證試驗(yàn)過程。在試驗(yàn)開始前,驗(yàn)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(guī)格一致,并在試板上打上鋼印標(biāo)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(shí),還要檢查電源極性是否正確。在焊接過程中,驗(yàn)船師要記錄每一焊道的布置、焊接參數(shù)以及是否預(yù)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(zhì)量進(jìn)行評定。如焊接試板焊縫外觀檢查合格,則對焊縫進(jìn)行無損探傷,若探傷合格,則按規(guī)范要求在試板上取樣并制成拉伸、彎曲、沖擊、金相試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試樣,期間要注意鋼印的轉(zhuǎn)移,確保試驗(yàn)結(jié)果與試板的一致性及可追溯性。最后檢查試樣加工情況,進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),驗(yàn)船師應(yīng)在現(xiàn)場見證試驗(yàn)過程,必要時(shí)應(yīng)拍照取證,并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)簽字認(rèn)可。除力學(xué)性能試驗(yàn)可能涉及在原試件上重新取樣試驗(yàn)外,上述任一工序試驗(yàn)或檢測發(fā)現(xiàn)有不合格情況時(shí),均須重新進(jìn)行工藝評定試驗(yàn)。

2.4 焊接工藝認(rèn)可證書的簽發(fā)

現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)束后,由船廠整理試驗(yàn)結(jié)果,編制焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)報(bào)告(WPQR),提交船檢部門審核。經(jīng)確認(rèn)合格后,船檢部門將對焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)報(bào)告簽發(fā)“焊接工藝認(rèn)可證書”。船廠則根據(jù)合格的WPQR來編制自己的焊接工藝規(guī)程(WPS),并在施工中貫徹執(zhí)行。

當(dāng)然,上述工藝只能說明在該試驗(yàn)條件下,試驗(yàn)結(jié)果滿足船檢規(guī)范要求,可在修造船中采用。但隨著技術(shù)的發(fā)展,并不否認(rèn)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(guī)范參數(shù),其結(jié)果也能滿足船級規(guī)范的要求,只要經(jīng)驗(yàn)證合格即可同意在造船中使用。

3 焊接工藝認(rèn)可的適用范圍

在船體建造過程中,船廠應(yīng)嚴(yán)格按照評定的工藝要求進(jìn)行操作,驗(yàn)船師可隨時(shí)進(jìn)行抽查,以保證船舶的焊接質(zhì)量。經(jīng)船檢部門評定的焊接工藝,一般長期有效,但船廠對已批準(zhǔn)的焊接工藝進(jìn)行改動時(shí),應(yīng)將所有改動的細(xì)節(jié)向船檢部門報(bào)告。船檢部門則根據(jù)改動的具體內(nèi)容,決定是否重新進(jìn)行焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)。例如,進(jìn)行立焊位置(立向上施焊)焊接工藝認(rèn)可并獲得通過,若船廠在實(shí)際生產(chǎn)中其他條件都不改變,只是將焊接方向改變?yōu)榱⑾蛳率┖?從而認(rèn)為原焊接工藝是適用的而不需重新進(jìn)行工藝評定,這種觀點(diǎn)是不能被船檢部門接受的。因?yàn)樵诤附又?立向上施焊與立向下施焊是有很大區(qū)別的,必須重新進(jìn)行焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)。故經(jīng)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(yīng)對擬采用的工藝進(jìn)行焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)[3]。

船舶建造中焊接工藝的適用范圍舉例如下:

(1)當(dāng)采用多道焊工藝時(shí),鋼板及鋁合金材料厚度的適用范圍為試驗(yàn)所用材料厚度的 50% ～200%;采用單道焊工藝時(shí),其適用范圍為試驗(yàn)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(guī)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(yàn)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(shí)為試驗(yàn)所用材料壁厚的 50%～200%,單道焊時(shí)為試驗(yàn)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(yàn)時(shí)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(yàn)通過后,若能說明焊接工藝參數(shù)對焊縫性能無明顯影響,經(jīng)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(guī)范參數(shù)中的焊接電流或電弧電壓的任一個(gè)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(yù)熱溫度、層間溫度的波動范圍應(yīng)不超過規(guī)定最高或最低預(yù)熱溫度。

(6)焊縫坡口形式不應(yīng)作任意變更。

4 常見問題及解決方法

在工程實(shí)踐中,發(fā)現(xiàn)船廠在執(zhí)行焊接工藝規(guī)程時(shí)常出現(xiàn)下列問題,需引起注意:

(1)為了加快生產(chǎn)進(jìn)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(yù)熱而實(shí)際沒有進(jìn)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(dá)不到工藝要求。

(6)沒有按工藝文件規(guī)定選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧戏N類、規(guī)格。

(7)焊接材料沒有按規(guī)定烘干、保溫使用。

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

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

(1)船廠技術(shù)人員根據(jù)生產(chǎn)需要,開展焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn),條件成熟時(shí)申請船檢部門對焊接工藝進(jìn)行評定。如試驗(yàn)合格,根據(jù)船檢部門頒發(fā)的焊接工藝認(rèn)可證書及簽發(fā)的焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)報(bào)告,編制相應(yīng)的崗位焊接作業(yè)指導(dǎo)書或操作規(guī)程。

(2)船廠管理人員對技術(shù)人員編制的崗位焊接作業(yè)指導(dǎo)書或操作規(guī)程,按照質(zhì)量管理體系規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)的審批,使之成為船廠生產(chǎn)的受控文件。

(3)重視和加強(qiáng)焊工考試工作,焊接工藝認(rèn)可和焊工考試是保證實(shí)際生產(chǎn)中焊接制成合格焊件而進(jìn)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(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行崗位焊接作業(yè)指導(dǎo)書或操作規(guī)程,技術(shù)人員同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)。

(5)船廠組織工藝執(zhí)行情況的檢查,通過定期不定期的檢查,了解崗位焊接作業(yè)指導(dǎo)書或操作規(guī)程的執(zhí)行情況,同時(shí)針對出現(xiàn)的問題作出相應(yīng)的整改措施。

(6)在船舶一些重要構(gòu)件的建造過程中,還需進(jìn)行焊縫的產(chǎn)品性能試驗(yàn),以驗(yàn)證焊接工藝的執(zhí)行情況。

5 結(jié)語

實(shí)踐證明,切實(shí)推進(jìn)焊接工藝認(rèn)可工作,對于提高船廠整體的焊接質(zhì)量是非常有益的。但在造船過程中要將焊接工藝落實(shí)到具體焊接施工中還會遇到很多實(shí)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(rèn)可工作中要嚴(yán)格把關(guān),同時(shí)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(rèn)可和執(zhí)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(yīng)積極配合地方船檢的工作,一方面根據(jù)實(shí)際情況積極開展焊接工藝的認(rèn)可工作,補(bǔ)充和修訂自身的工藝規(guī)程,解決實(shí)際困難;另一方面要把地方船檢部門的監(jiān)管轉(zhuǎn)化成內(nèi)部的管理機(jī)制,提高焊接工藝規(guī)程的管理水平,改進(jìn)焊接質(zhì)量的控制模式,從真正意義上提高造船焊接質(zhì)量,從而提高船舶的整體建造質(zhì)量。

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

[2] 中華人民共和國船舶檢驗(yàn)局.船舶建造檢驗(yàn)規(guī)程[M].北京:人民交通出版社,1984.

[3] 中國船級社.材料與焊接規(guī)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(yīng)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(jī)械工人(熱加工), 2O00,(6):45-45.

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