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CTOD高效焊接工艺在海工装备制造业的应用中远船务工程集团有限公司简介：中远船务工程集团有限公司（简称：中远船务集团）组建于2001年6月，是中国远洋运输（集团）总公司旗下，以大型船舶和海洋工程建造、改装及修理为主业，集船舶配套为一体的大型企业集团。目前在中国沿海大连、舟山、南通、广东、上海、连云港、天津、厦门等地拥有7家国内领先、国际享誉的大型海工和船舶造修企业和8家专业化船舶配套企业，形成了“北中南”科学合理的生产设置和空间布局。目前，公司坞容总量252万吨，厂区总面积逾600万平方米，各种配套设施设备先进，为总装化、集约化、专业化生产提供了充足保障。集团全系统在职员工1万余人，分承包方员工近4.5万人。基于专业化的服务和现代化的管理，公司已经成为世界知名航运公司和海洋石油服务供应商首选合作伙伴。海工产品简介1号船项目获得“2011年度全国科技进步一等奖”该系列平台建造合同为：4+2模式，目前，2号船已交付使用；3号主体已下水，4号正在进行船台搭载海工产品简介海工产品简介海工产品简介目前南通船务在建N407、N408项目与该项目类似海工产品简介海工产品简介海工产品简介海工产品简介海工产品简介目录•一、课题背景•二、选题理由•三、现状检查•四、目标确定•五、原因分析•六、要因确定•七、要因分析•八、对策及实施八角“奥特宝”目录•九、效果检查•十、效果巩固•十一、小结打算云中矗立的海工平台一、课题背景1.N262和N389项目概况2.CTOD简介：1.N262和N389项目概况：N262和N389项目为美国船东公司建造，是一个概念性项目，属于“FDPSO”生产储油平台，该海工产品集储油、炼油功能于一体，属于当今世界海洋钻井平台技术水平最高，作业水平能力最强的领先产品。（因保密条款要求，就不进一步介绍了）南通中远船务高效焊接研究小组2011年成果报告一：课题背景2.CTOD简介：CTOD试验是一种评价材料和焊接接头抗断裂性能的有效方法。工业发达国家已在制造业中广泛应用CTOD试验作为焊接接头的评定方法，以评价焊接接头整体抗开裂性能的优劣。如果CTOD值足够，说明韧性足够，可以免除做焊后热处理。一：课题背景高效焊接工艺与降本增效二、选题理由二、选题理由标准此项目的设计和检验标准主要依照EEMUA158:1994规范，而在EEMUA158中，对50mm以上的钢板要做焊后热处理（PWHT）或CTOD试验，二者择一。设计Topside主体结构和keel-Guide&TTR连接结构，主要是由结构管、大型工字梁组成，其结构材料选用EQ43、API2WGr.60超高强钢和AB/EH36高强钢板，焊接接头板厚最大达100mm。这些重要节点是由大厚度钢板或结构管相接，结构管连接多是开单面坡口，其中大约70%以上焊缝为TKY节点和管子对接单面焊双面成型焊缝。焊接接头厚度越大，拘束度也大，就越有可能产生裂纹。工艺根据经验和一些标准要求，采用TMCP工艺的厚钢板不推荐做热处理，熔敷金属和母材的力学性能在热处理后性能未必提高，焊后热处理产生的热应力甚至引发裂纹，热处理成本也较高。实际状况工艺要求焊接接头必须具有足够的韧性；焊接接头要具有良好的抗裂性能；提高焊接接头具的韧性，通过CTOD试验，不需要PWHT二、选题理由热处理后的焊接接头韧性未必提高，甚至降低；热处理增加诸多困难和不便；热处理使成本增多；只要通过CTOD试验可以证明整体板厚的焊接接头韧性优良，可以不做热处理。而保证CTOD试验的通过，前期必须做大量调查和研究工作。为了研究超厚超高强度钢API2WGr.60、AB/EH36级别的抗裂性能，还能同时兼顾焊接结构的安全性和建造施工的经济性。我们成立了技术攻关小组，开展高效焊接工艺推进工作，制定合理的焊接工艺、研究和提高超高强钢焊接接头韧性和抗裂性能，提高质量，降低消耗，提高经济效益。CharpyImpactValueResultsDW-A55LSR9010512215413276629611011005010015020012345WeldCoupon#ImpactValues(Joules)@-60oCTestTemperatureAsWelded(LotAX02185)PWHT(LotAX02185):temp620C,time1hr二、选题理由高效焊接工艺与降本增效三、现状检查QualityManagementDepartment2011/03/21对焊后热处理工艺和做CTOD试验进行如下比较：三、现状检查WeldingOfficeQualityManagementDepartment对焊后热处理工艺和做CTOD试验进行如下比较：三、现状检查只要通过CTOD试验可以证明整体板厚的焊接接头韧性优良，可以不做热处理。而保证CTOD试验的通过，前期必须做大量调查和研究工作。为了研究超厚超高强度钢API2WGr.60、AB/EH36级别的抗裂性能，还能同时兼顾焊接结构的安全性和建造施工的经济性。我们成立了技术攻关小组，开展高效焊接工艺推进工作，制定合理的焊接工艺、研究和提高超高强钢焊接接头韧性和抗裂性能，提高质量，降低消耗，提高经济效益。CharpyImpactValueResultsDW-A55LSR9010512215413276629611011005010015020012345WeldCoupon#ImpactValues(Joules)@-60oCTestTemperatureAsWelded(LotAX02185)PWHT(LotAX02185):temp620C,time1hr三、现状检查经查焊材资料和公司的焊材复验和PQR数据，DW-A55LSR焊材热处理后，材料强度和冲击韧性都变差，如表1，表2所示：表1三、现状检查可见，选择合适的焊接方法和材料，制定出适用的焊接工艺和焊后热处理，提高焊接接头韧性，会消耗大量的人力和物力，浪费能源、降低企业效益；选择增做CTOD试验，既能改进质量、降低消耗，提高经济效益。表2三、现状检查高效焊接工艺与降本增效四、目标确定确定目标标准&规格书焊接工艺参数CTOD/MPT试验工艺文件四、目标确定完成拥有自主知识产权的带有CTOD试验数据的工艺报告和工艺文件，实现集团内CTOD试验工艺文件的零突破。确保工程顺利进行，提高工程质量，改善施工工艺和环境，提高经济效益。争取在TTR项目上节约成本200万。选定焊接工艺参数，提高焊接接头韧性，确保超高强度钢焊接试板力学性能达到标准、项目规格书、工艺文件和船东要求。确保CTOD的试验成功，满足CTOD尖端开口距离不小于0.25mm的目标（标准规定不小于0.15mm）。高效焊接工艺与降本增效五、原因分析5M1E分析五、原因分析高效焊接工艺与降本增效六、要因确认六、要因确认高效焊接工艺与降本增效七、要因分析七、要因分析高效焊接工艺与降本增效八、对策及实施八、对策及实施目前集团内没有做过包含CTOD的焊接工艺，按EEMUA158：1994建造此类结构，在集团内尚属首次，没有可借鉴的经验。经过调研和多方协商，制定了对策表：8.1对策及实施计划表八、对策及实施1）编制pWPS和CTODTESTPROGRAME（CTOD试验程序）8.2.实施2011年1月，小组查阅资料，结合试验和建造经验，选用韧性良好的焊材DW-55LSR，KRYO1；选择合理的焊接参数，规定手工焊热输入不大于3KJ/mm，在1.4-2.5KJ/mm；规定药芯气体保护焊热输入在0.6-1.3kj/mm（2G横焊位置）、0.8-1.6KJ/mm(3G立焊位置)范围内；研究设计图纸、标准和规格书等文件，编制完成PWPS和CTODTESTPROGRAME试验程序，提交给船东和船检，并得到认可。八、对策及实施1）编制pWPS和CTODTESTPROGRAME（CTOD试验程序）8.2.实施选用焊材：根据AWSD1.1和EEMUA158标准要求，对于420Mpa和355Mpa级别对接接头，选用DW-A55LSR进行焊接，KRYO1用于返修。以下是公司部分焊材熔敷金属焊后状态下的的数据：从表中可以综合看出，焊材具有良好的力学性能。八、对策及实施1）编制PWPS和CTODTESTPROGRAME（CTOD试验程序）8.2.实施拟定PWPS：拟定力学性能试验项目（MPT&CTOD）：八、对策及实施1）编制pWPS和CTODTESTPROGRAME（CTOD试验程序）8.2.实施拟定PWPS：拟定力学性能试验项目（MPT&CTOD）：八、对策及实施8.2.实施2）制定国外WPQT试验计划和确立试验合作方：国内CTOD试验起步较晚，国内一些院校和企业经验和技术上比发达国家还有一定的差距，而且费用也高。目前，英国、挪威和美国等国家对焊接接头低温韧性测试技术的研究较多。美国ANDERSONS实验室CTOD试验设备达到世界一流，技术相对国内也比较成熟，试验结果具有权威性。2月初，在船东协调和帮助下，取消在国内武汉理工大学及其他焊接研究所的试验，确定和美国ANDERSONS实验室共同完成了含有CTOD试验的焊接工艺评定（WPQT），并制定了试验计划（见附录I）。4月上旬，从启东将DW-A55LSR、KRYO130公斤左右焊材，通过上海运往美国实验室。2011年5月上旬至6月16日，经过近两个月的WPQT和CTOD试验，南通中远船务焊接室和美国ANDERSONS研究所按照编制和试验程序，顺利完成了所有试验，得到船东和船检的认可。八、对策及实施8.2.实施2）制定国外WPQT试验计划和确立试验合作方：WPQT试验项目切割分布示意图：八、对策及实施8.2.实施2）制定国外WPQT试验计划和确立试验合作方：CTOD试验项目图片：CTODValueResults0.910.840.880.860.850.810.960.971.200.20.40.60.811.21.4123WeldCoupon#CTODdisplaceValues(mm)@-10℃Test357-2GWeldMetal:358-3GWeldMetal:359-3GRepairweldmetal:CTOD试验设备和仪器CTOD试样（缺口位置放大图）高效焊接工艺与降本增效九、效果检查QualityManagementDepartmentWeldingOffice九、效果检查9.1试验效果及WPQT和CTOD报告：每个焊评的CTOD平均值分别为0.84mm，0.877mm，1.043mm，远高于0.15mm的标准要求，完成不小于0.25mm目标，焊接接头抗裂性能很好。CTOD尖端开口距离δm越大，表明焊接接头整体韧性越高，越耐抗裂。九、效果检查9.1试验效果及WPQT和CTOD报告：每个焊评的CTOD平均值分别为0.84mm，0.877mm，1.043mm，远高于0.15mm的标准要求，完成不小于0.25mm目标，焊接接头抗裂性能很好。CTOD尖端开口距离δm越大，表明焊接接头整体韧性越高，越耐抗裂。九、效果检查9.1试验效果及WPQT和CTOD报告：PQR-NT-01-357-2G各点硬度值都低于325HV的标准要求，硬度分布图表明，焊接接头焊缝金属、熔合区、热影响区韧性优良。九、效果检查9.1试验效果及WPQT和CTOD报告：PQR-NT-01-358-3GCharpyImpactValueResults119133248298127102102871521492432361142262022742742762361441291641191102392451448411450100150200250300FL+5mm-EH36FL+2mm-EH36FL-EH36/capFL-EH36/RootWM-OWM/HAZWM-CAPWM-ROOTFL-2W60/RootFL-2W60/CapFL+2mm-2W60FL+5mm-2W60CVNCoupon#ImpacttestValues(Joules)@-40℃TestTemperature357-2GWeldMeta