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基于CTOD工艺的焊接质量控制技术探讨

2017-03-10赵大忠

环球市场 2017年22期
关键词:层间船体热处理

赵大忠

南京国际船舶设备配件有限公司

基于CTOD工艺的焊接质量控制技术探讨

赵大忠

南京国际船舶设备配件有限公司

随着我国社会经济的迅速发展,各种大型建筑不断深入我们生活,如桥梁建筑、海洋工程等大型建设不断增加和发展,对于建筑的工艺以及钢铁的焊接质量提出了更高的要求。近年来,我国对海洋资源的开发越来越多,在海洋工程建筑构成中越来越多的采用厚钢板设计,为了减低建造成本、提高焊接质量、提高工程建筑的建造效率,CTOD工艺被广泛应用于钢铁焊接技术中。CTOD工艺对于钢铁焊接的热输入、预热、层间温度、以及层道布置等非常敏感,为钢铁的现场质量控制带来较多困难。本文作者以CTOD工艺在船舶工业焊接中的应用为主,对CTOD工艺在钢结构焊接中防断裂的应用进行简略分析。

CTOD工艺;钢铁焊接;质量控制

前言:

海洋是生命的起源,其内部资源丰富。随着科技的发展越加迅速,国家对海洋的探索及建设越发重视和深入,研发制造了各种大型船只,这些船只被应用到军事、民用、渔业等各个领域。目前,船舶工业已经成为我国重要的国防工业,是海上所有活动展开的基础,船舶工业的建设肩负着重要的国家安全使命。而焊接技术又是制造船舶关键的工艺技术,在船舶工程建设时,焊接的花费约占整个船舶造价的40%,而焊接所用工时则占到整个船体建造工时的30%~40%,由此可见,焊接技术对船舶工程的重要性,质量控制关系着船只的应用水平。

1、我制造业中常见的焊接质量问题,以船舶为例

在我国大型制造业中,焊接工程往往是制造业中最重要的一部分,而焊接的质量问题更是关系着所制造产品的质量与使用。在船舶建设完成后,随着长期的海上运营,船舶主要承受交变载荷,这些交变载荷对船体的整体结构造成了以下两种品破坏[2],在交变载荷的反复作用下,船体极有可能因应力不集中而产生裂纹,随着船体负荷以及水的作用力,裂纹将会进一步扩大,导致船体结构出现断裂破坏,产生的质量问题必然会造成船只的安全得不到保障。另外,长期的航行对船体带来的危害亦是十分严重,长期遭受水流冲击极易造成船体部件的变形,最终导致船体整体结构因延性造成破坏而损坏船体。而这些质量问题的产生,多是焊接技术的不足造成,对此,除了加强焊接工艺技术外,还需按惯例经常对船只部分主要零部件进行常规检查和保养,提升船舶工程质量,将船舶企业所面临的重要问题和风险缩小化。

2、CTOD的简单介绍

CTOD工艺是一种评价材料和焊接接头抗断裂性能的有效方法,CTOD工艺的焊接方法是目前较为有效且在各大制造业中应用最为广泛的焊接方法之一。目前,在工业发达的国家之中,CTOD工艺已被广泛应用,是评价焊接接头性能的有效方法,若是CTOD值足够,则焊接处的韧性足够好,此时不做焊后热处理亦可保证焊接处的质量。在大型的制造业中,如船舶器件制造等,必须保证钢板间焊接的接头韧性充足,对于外在冲击具有充足的抗裂性,才能保证在船舶制造时船体的质量过硬。

3、CTOD工艺焊接质量控制要点

CTOD工艺焊接的质量控制是船舶工程整体质量的保障,在建设船舶的过程中,焊接所占船体建设的造价高达40%,另外部分造价多是建筑材料等,足可见焊接技术的重要性,其中焊接技术的重量控制主要分为以下三种:焊接前控制、焊接中控制、焊接后控制。

3.1、CTOD工艺的焊接质量前期控制

焊接前控制需要相关人员注意以下几点:

(1)选择合适的WPS:WPS是船舶现场施工焊接质量的保证,在钢板焊接之前,相应的施工人员以及质量控制员应确认CTOD工艺在焊接过程中的专用WPS,并确保施工人员严格执行,保证工程的焊接质量。

(2)钢板衔接组对的质量把控:在焊接工程开始之前,质量控制人员应严格确认将要焊接的一组钢板间的厚度、材质、间隙等符合WPS以及船舶建设图纸的要求,保证焊接质量与设计相符。另外,在焊接时,接缝两边25mm内的油污、锈迹等杂质需要清理干净,避免焊接质量受到影响。

(3)焊接材料检查:在焊接开始前,质量控制人员应严格按照焊接材料的保管、控制程序进行检查,以保证焊接材料与规定相符合,未进行过质量检测的材料应禁止使用在船舶的建设中。

(4)焊接设备的检查:焊接设备在进行焊接之前,质量控制人员必须对设备进行详细检查,确保焊接设备、加热设备、测量工具等设备的质量,保证焊接的质量,以及焊接工程的正常进行。

3.2、焊接过程中的质量控制

在CTOD工艺的焊接过程中,相关人员应注意以下几点:

(1)焊接预热与层间温度的控制:CTOD工艺的焊接对于层间温度以及预热非常敏感,其的控制对于CTOD工艺的焊接整体质量具有很大影响,因此,在船舶配件的设置中,企业人员应对预热人员、测温人员进行专业培训,并确保投入进CTOD工艺焊接中的电加热设备每台均有至少一人进行监控,保证CTOD工艺的焊接质量。质量控制人员应严格按照预热与层间温度的标准并结合前期设置的WPS进行严格的温度控制,一般来讲,预热温度不能低于WPS要求的同时,亦不能超过50℃,而层间温度不低于预热温度。为保证钢板整个厚度温度都达到要求,相关人员在温度测量时在加热部位的反面进行测量最佳。

(2)焊接过程质量控制:在焊接过程中,由于CTOD工艺对焊接时的热输入以及层道的温度等非常敏感,在焊接过程中,CTOD工艺多采用多层多道、窄焊道薄焊层的焊接方法来保证焊接的质量控制。在焊接过程中,除开打底层及盖面层外,焊条电弧焊、药芯气体保护焊、单丝埋弧焊等每层焊接增加厚度不能超过4㎜,双丝埋弧焊不得超过4.5㎜;其摆宽的设定是焊条电弧焊的摆宽不超过焊条直径的2.5倍,药芯气体保护焊摆宽在17㎜以内。而在多层多道的焊接中,任意焊道的焊接线能量均不得超过WPS所规定的热输入范围内,而焊接若要中断,需在完成打底焊缝并接连填充六层焊道之后才能中断焊接,在焊接中断之后,需将焊接接头处用保温材料包裹以缓慢冷却,之后进行焊接处的检测,若发现质量问题则及时修补,无质量问题可继续预热焊接。

3.3、CTOD工艺的焊接在后期质量控制

焊接返修控制:在CTOD工艺的焊接完成后,质量控制员应严格控制焊接的质量问题,检测CTOD值是否合乎标准,避免因前期问题而导致焊接器件出现质量问题增加返修焊接以及后热处理几率,大量浪费电力资源。

4、CTOD工艺在焊接技术中的优势

相对于普通焊接技术,CTOD工艺焊接只要保证CTOD的值就可以免除后热处理,大大节省了焊接成本和工期,促进可持续发展。以38mm-76mm的厚钢板焊接为例,平均每1000mm的焊接缝需要进行后热处理温度约为620℃,在后热处理时的温度上升、下降、保温等需要时间约为8-12h左右,而加热设备的功率多采用2400kWh 的加热设备,而加热设备最多可接加热片6块,越6m,若为钢材的一面进行加热,则在焊接焊接缝时,平均每米焊接缝后热处理需耗费电量约Q=2400*10/6=4000kWh,由此可见免除后热处理的CTOD工艺焊接技术对可持续发展的重要性。

总结

由上文可看出,焊接质量对于船舶建设的工程质量的影响和作用是不言而喻的。对此,在船舶器件的焊接过程中,焊接人员应严格控制焊接质量,质量检测人员应严格按造标准进行CTOD工艺的焊接质量检测,包括对CTOD值的严格检测,避免进行后热处理浪费大量资源,以此保障CTOD工艺的焊接质量达到要求。船舶的可持续发展对促进我国经济快速提升起着举足轻重的作用。

[1]曲华景,卫旭敏,孙海东,等.CTOD工艺的应用控制[C]// 2012中国钢结构行业大会.2012.(23)138-140.

[2]仝明磊,张剑利,杨建,等.基于CTOD工艺的焊接质量控制技术[J].电焊机,2016,46(4):121-123.

[3]刘硕.管线钢管环焊接头CTOD断裂韧性评估技术[C]// 全国低合金钢学术年会.2014.(6):57-59.

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