趙大忠

南京國際船舶設(shè)備配件有限公司

基于CTOD工藝的焊接質(zhì)量控制技術(shù)探討

趙大忠

南京國際船舶設(shè)備配件有限公司

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各種大型建筑不斷深入我們生活，如橋梁建筑、海洋工程等大型建設(shè)不斷增加和發(fā)展，對于建筑的工藝以及鋼鐵的焊接質(zhì)量提出了更高的要求。近年來，我國對海洋資源的開發(fā)越來越多，在海洋工程建筑構(gòu)成中越來越多的采用厚鋼板設(shè)計(jì)，為了減低建造成本、提高焊接質(zhì)量、提高工程建筑的建造效率，CTOD工藝被廣泛應(yīng)用于鋼鐵焊接技術(shù)中。CTOD工藝對于鋼鐵焊接的熱輸入、預(yù)熱、層間溫度、以及層道布置等非常敏感，為鋼鐵的現(xiàn)場質(zhì)量控制帶來較多困難。本文作者以CTOD工藝在船舶工業(yè)焊接中的應(yīng)用為主，對CTOD工藝在鋼結(jié)構(gòu)焊接中防斷裂的應(yīng)用進(jìn)行簡略分析。

CTOD工藝；鋼鐵焊接；質(zhì)量控制

前言：

海洋是生命的起源，其內(nèi)部資源豐富。隨著科技的發(fā)展越加迅速，國家對海洋的探索及建設(shè)越發(fā)重視和深入，研發(fā)制造了各種大型船只，這些船只被應(yīng)用到軍事、民用、漁業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。目前，船舶工業(yè)已經(jīng)成為我國重要的國防工業(yè)，是海上所有活動(dòng)展開的基礎(chǔ)，船舶工業(yè)的建設(shè)肩負(fù)著重要的國家安全使命。而焊接技術(shù)又是制造船舶關(guān)鍵的工藝技術(shù)，在船舶工程建設(shè)時(shí)，焊接的花費(fèi)約占整個(gè)船舶造價(jià)的40%，而焊接所用工時(shí)則占到整個(gè)船體建造工時(shí)的30%～40%，由此可見，焊接技術(shù)對船舶工程的重要性，質(zhì)量控制關(guān)系著船只的應(yīng)用水平。

1、我制造業(yè)中常見的焊接質(zhì)量問題，以船舶為例

在我國大型制造業(yè)中，焊接工程往往是制造業(yè)中最重要的一部分，而焊接的質(zhì)量問題更是關(guān)系著所制造產(chǎn)品的質(zhì)量與使用。在船舶建設(shè)完成后，隨著長期的海上運(yùn)營，船舶主要承受交變載荷，這些交變載荷對船體的整體結(jié)構(gòu)造成了以下兩種品破壞[2]，在交變載荷的反復(fù)作用下，船體極有可能因應(yīng)力不集中而產(chǎn)生裂紋，隨著船體負(fù)荷以及水的作用力，裂紋將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂破壞，產(chǎn)生的質(zhì)量問題必然會(huì)造成船只的安全得不到保障。另外，長期的航行對船體帶來的危害亦是十分嚴(yán)重，長期遭受水流沖擊極易造成船體部件的變形，最終導(dǎo)致船體整體結(jié)構(gòu)因延性造成破壞而損壞船體。而這些質(zhì)量問題的產(chǎn)生，多是焊接技術(shù)的不足造成，對此，除了加強(qiáng)焊接工藝技術(shù)外，還需按慣例經(jīng)常對船只部分主要零部件進(jìn)行常規(guī)檢查和保養(yǎng)，提升船舶工程質(zhì)量，將船舶企業(yè)所面臨的重要問題和風(fēng)險(xiǎn)縮小化。

2、CTOD的簡單介紹

CTOD工藝是一種評價(jià)材料和焊接接頭抗斷裂性能的有效方法，CTOD工藝的焊接方法是目前較為有效且在各大制造業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的焊接方法之一。目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家之中，CTOD工藝已被廣泛應(yīng)用，是評價(jià)焊接接頭性能的有效方法，若是CTOD值足夠，則焊接處的韌性足夠好，此時(shí)不做焊后熱處理亦可保證焊接處的質(zhì)量。在大型的制造業(yè)中，如船舶器件制造等，必須保證鋼板間焊接的接頭韌性充足，對于外在沖擊具有充足的抗裂性，才能保證在船舶制造時(shí)船體的質(zhì)量過硬。

3、CTOD工藝焊接質(zhì)量控制要點(diǎn)

CTOD工藝焊接的質(zhì)量控制是船舶工程整體質(zhì)量的保障，在建設(shè)船舶的過程中，焊接所占船體建設(shè)的造價(jià)高達(dá)40%，另外部分造價(jià)多是建筑材料等，足可見焊接技術(shù)的重要性，其中焊接技術(shù)的重量控制主要分為以下三種：焊接前控制、焊接中控制、焊接后控制。

3.1、CTOD工藝的焊接質(zhì)量前期控制

焊接前控制需要相關(guān)人員注意以下幾點(diǎn)：

(1)選擇合適的WPS：WPS是船舶現(xiàn)場施工焊接質(zhì)量的保證，在鋼板焊接之前，相應(yīng)的施工人員以及質(zhì)量控制員應(yīng)確認(rèn)CTOD工藝在焊接過程中的專用WPS，并確保施工人員嚴(yán)格執(zhí)行，保證工程的焊接質(zhì)量。

(2)鋼板銜接組對的質(zhì)量把控：在焊接工程開始之前，質(zhì)量控制人員應(yīng)嚴(yán)格確認(rèn)將要焊接的一組鋼板間的厚度、材質(zhì)、間隙等符合WPS以及船舶建設(shè)圖紙的要求，保證焊接質(zhì)量與設(shè)計(jì)相符。另外，在焊接時(shí)，接縫兩邊25mm內(nèi)的油污、銹跡等雜質(zhì)需要清理干凈，避免焊接質(zhì)量受到影響。

(3)焊接材料檢查：在焊接開始前，質(zhì)量控制人員應(yīng)嚴(yán)格按照焊接材料的保管、控制程序進(jìn)行檢查，以保證焊接材料與規(guī)定相符合，未進(jìn)行過質(zhì)量檢測的材料應(yīng)禁止使用在船舶的建設(shè)中。

(4)焊接設(shè)備的檢查：焊接設(shè)備在進(jìn)行焊接之前，質(zhì)量控制人員必須對設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保焊接設(shè)備、加熱設(shè)備、測量工具等設(shè)備的質(zhì)量，保證焊接的質(zhì)量，以及焊接工程的正常進(jìn)行。

3.2、焊接過程中的質(zhì)量控制

在CTOD工藝的焊接過程中，相關(guān)人員應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)焊接預(yù)熱與層間溫度的控制：CTOD工藝的焊接對于層間溫度以及預(yù)熱非常敏感，其的控制對于CTOD工藝的焊接整體質(zhì)量具有很大影響，因此，在船舶配件的設(shè)置中，企業(yè)人員應(yīng)對預(yù)熱人員、測溫人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，并確保投入進(jìn)CTOD工藝焊接中的電加熱設(shè)備每臺(tái)均有至少一人進(jìn)行監(jiān)控，保證CTOD工藝的焊接質(zhì)量。質(zhì)量控制人員應(yīng)嚴(yán)格按照預(yù)熱與層間溫度的標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合前期設(shè)置的WPS進(jìn)行嚴(yán)格的溫度控制，一般來講，預(yù)熱溫度不能低于WPS要求的同時(shí)，亦不能超過50℃，而層間溫度不低于預(yù)熱溫度。為保證鋼板整個(gè)厚度溫度都達(dá)到要求，相關(guān)人員在溫度測量時(shí)在加熱部位的反面進(jìn)行測量最佳。

(2)焊接過程質(zhì)量控制：在焊接過程中，由于CTOD工藝對焊接時(shí)的熱輸入以及層道的溫度等非常敏感，在焊接過程中，CTOD工藝多采用多層多道、窄焊道薄焊層的焊接方法來保證焊接的質(zhì)量控制。在焊接過程中，除開打底層及蓋面層外，焊條電弧焊、藥芯氣體保護(hù)焊、單絲埋弧焊等每層焊接增加厚度不能超過4㎜，雙絲埋弧焊不得超過4.5㎜；其擺寬的設(shè)定是焊條電弧焊的擺寬不超過焊條直徑的2.5倍，藥芯氣體保護(hù)焊擺寬在17㎜以內(nèi)。而在多層多道的焊接中，任意焊道的焊接線能量均不得超過WPS所規(guī)定的熱輸入范圍內(nèi)，而焊接若要中斷，需在完成打底焊縫并接連填充六層焊道之后才能中斷焊接，在焊接中斷之后，需將焊接接頭處用保溫材料包裹以緩慢冷卻，之后進(jìn)行焊接處的檢測，若發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題則及時(shí)修補(bǔ)，無質(zhì)量問題可繼續(xù)預(yù)熱焊接。

3.3、CTOD工藝的焊接在后期質(zhì)量控制

焊接返修控制：在CTOD工藝的焊接完成后，質(zhì)量控制員應(yīng)嚴(yán)格控制焊接的質(zhì)量問題，檢測CTOD值是否合乎標(biāo)準(zhǔn)，避免因前期問題而導(dǎo)致焊接器件出現(xiàn)質(zhì)量問題增加返修焊接以及后熱處理幾率，大量浪費(fèi)電力資源。

4、CTOD工藝在焊接技術(shù)中的優(yōu)勢

相對于普通焊接技術(shù)，CTOD工藝焊接只要保證CTOD的值就可以免除后熱處理，大大節(jié)省了焊接成本和工期，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。以38mm-76mm的厚鋼板焊接為例，平均每1000mm的焊接縫需要進(jìn)行后熱處理溫度約為620℃，在后熱處理時(shí)的溫度上升、下降、保溫等需要時(shí)間約為8-12h左右，而加熱設(shè)備的功率多采用2400kWh 的加熱設(shè)備，而加熱設(shè)備最多可接加熱片6塊，越6m，若為鋼材的一面進(jìn)行加熱，則在焊接焊接縫時(shí)，平均每米焊接縫后熱處理需耗費(fèi)電量約Q=2400*10/6=4000kWh，由此可見免除后熱處理的CTOD工藝焊接技術(shù)對可持續(xù)發(fā)展的重要性。

總結(jié)

由上文可看出，焊接質(zhì)量對于船舶建設(shè)的工程質(zhì)量的影響和作用是不言而喻的。對此，在船舶器件的焊接過程中，焊接人員應(yīng)嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，質(zhì)量檢測人員應(yīng)嚴(yán)格按造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行CTOD工藝的焊接質(zhì)量檢測，包括對CTOD值的嚴(yán)格檢測，避免進(jìn)行后熱處理浪費(fèi)大量資源，以此保障CTOD工藝的焊接質(zhì)量達(dá)到要求。船舶的可持續(xù)發(fā)展對促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)快速提升起著舉足輕重的作用。

[1]曲華景，衛(wèi)旭敏，孫海東，等.CTOD工藝的應(yīng)用控制[C]// 2012中國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)大會(huì).2012.(23)138-140.

[2]仝明磊，張劍利，楊建，等.基于CTOD工藝的焊接質(zhì)量控制技術(shù)[J].電焊機(jī)，2016，46(4)：121-123.

[3]劉碩.管線鋼管環(huán)焊接頭CTOD斷裂韌性評估技術(shù)[C]// 全國低合金鋼學(xué)術(shù)年會(huì).2014.(6)：57-59.