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浅谈—海工项目焊接质量控制海工事业部海工项目管理专题系列培训之启东中远海工质量部焊接室吴凤民海工产品的结构、材料及焊接特性1焊接接头的形成2焊接质量控制的意义3目录焊接质量控制要素4焊接质量控制实施方法52海工事业部·培训(共57页）海工产品的结构、材料及焊接特性13海工事业部·培训(共57页）人类对能源需求的日益增加，促使石油和天然气的勘探和开发从陆上逐步转向海陆并举，从浅海逐步转向深海。随着海洋钢结构向着深水海域的迈进，因其承受飓风，浪溅，暗流等冲击，加之低温和海水的腐蚀，致使海工结构的服役条件日趋恶劣。与船体结构相比，海洋钢结构及其材料和焊接有如下特点：结构的可移动性差：常常在某一固定海域连续工作在5年以上。吃水深度从几十米到几百米。在复杂恶劣的气候环境下，为使结构更加牢固安全，需要超高强度，耐更低温度的材料，同时对材料厚度的要求也越来越高。对母材材料，焊接材料及焊接接头的CTOD试验要求。对材料的Z向性能，以及应变时效要求。对特殊区域，临界区域及TKY结构的疲劳节点焊接及打磨要求。因为焊接在海洋钢结构建造中的重要作用（以结构及管系建造为例，据统计其中焊接所占工时比例高达40%，焊接材料消耗占结构及管系的重量比例高达2-2.5%），对焊接质量的控制尤为重要。海工产品的结构、材料及焊接特性4海工事业部·培训(共57页）焊接接头的形成25海工事业部·培训(共57页）焊接接头的形成包括了加热、熔化、结晶各个阶段，相当于一次冶金过程。但这种冶金过程不同于炼钢炼铁的冶金过程。它的主要特点是：溶池温度高、冶金时间短、容池体积小、冷却速度快,形成各个方向凝固速度不同的柱状铸态组织,杂质集中在焊缝中心,如果焊接操作不按规程进行，很容易出现种种缺陷。影响焊接接头质量的因素很多，如果能有效进行控制，消除不利因素，就可以提高焊接质量。焊接接头的形成焊缝形成过程示意图6海工事业部·培训(共57页）焊接质量控制的意义37海工事业部·培训(共57页）为获得一个合格的焊接接头,往往要经过坡口制备,接头组对,点焊定位,焊前预热,正式施焊,无损检测,焊后热处理等工序。如果经过无损检测发现内部缺陷，则上述过程就要重复进行,现场施工组织的难度增大,这样就要浪费大量人力、物力及时间;而因超次返修而不得不割口、换板甚至分段报废造成的损失更大。对焊接过程进行有效控制可使焊接质量显著提高,减少因焊接缺陷而造成的成本增加,有效的保障项目建造周期,树立良好的海工企业市场形象。焊接质量控制的意义8海工事业部·培训(共57页）焊接质量控制要素49海工事业部·培训(共57页）焊接工艺规程（WPS）的执行WPS中的工艺参数是经过焊接工艺评定试验(WPQT)得出的，并通过各项试验验证了其正确性。因此,WPS中的焊接工艺数据在施焊时必须严格遵守，不得随意改变。因为不按焊接工艺数据施焊,即使在常规的无损检验中没有发现缺陷,其焊缝及热影响区的金相组织与力学性能也可能会与工艺评定结果有所不同,对于这种缺陷，采用常规无损检验无法查出,更具有破坏性和危险性。因此,严格执行WPS是得到合格的焊接接头,保证焊接接头使用性能的关键。焊接质量控制要素10海工事业部·培训(共57页）焊工资格的有效性所有参与施焊的焊工都应经过培训，并经过船级社考试取得相应资格,并在有效期内。在实际焊接中要确定焊工所施焊的工件材质及位置是否与所持有的资格项目一致，不能出现没有资格的焊工施焊的情况。对于在实际施焊中合格率不高的焊工，应取消其资格并再次对其进行培训考试,考试合格后才能允许其上岗操作.对于违反工艺纪律并屡教不改者,应停止其施焊并做出驱逐处理.有些海工项目的业主，要求进入其项目施工的所有焊工，必须经过入场考试，考试合格者被登记注册，才能承担该项目的焊接施工,这对于项目建造质量管理很有好处,值得建造单位借鉴。焊接质量控制要素11海工事业部·培训(共57页）焊接材料管理采用合格的焊接材料才可能焊出合格的焊接接头,因此对施焊用的焊接材料进行控制是十分必要的。规范焊接材料的储存、烘焙、发放、使用及回收处理，确保焊接质量，降低焊接成本，保护环境。因此承建方应编制《焊接材料控制程序》，负责对该程序进行宣贯和解释，并监督其执行。焊接质量控制要素12海工事业部·培训(共57页）焊接相关的设备在焊接施工中电流和电压是极为重要的参数，因此电焊机必须能准确显示焊接电流。对焊机的控制要点就在于焊机显示电流与实际电流的偏差不超标，焊机的电流、电压显示仪表需经过检定合格才能使用，并保证焊机处于良好的工作状态中。对于焊条及焊剂的烘焙设备和恒温箱，以及现场的保温筒应保证其经过检定合格并在有效期内。现场的热处理设备,电阻点焊设备,热电偶及测温设备等,其仪器和仪表均应经过检定合格，并在有效期内。尤其是热电偶的热敏元件，因其在热处理及焊接预热工作中的重要作用，必须经过严格的检定。焊接质量控制要素13海工事业部·培训(共57页）施焊环境要求当环境温度过低时,会使焊缝溶池金属冷却过快,冷却后得到条块状M组织,使焊接接头的综合机械性能变差。因此,国内外的船级社根据材料的材质,板厚,碳当量及结构拘束度的不同,规定了焊接时允许的最低环境温度,如对于355级别的材料,DNV标准规定,当环境温度低于5℃时,应将焊件预热到50℃以上。不同于IACSNo.47TABLE6.12(修造船规范)中的规定。环境湿度过大,空气中的水分就有可能进入熔池,形成氢气孔等缺陷，并提高材料的韧脆转变温度。一般要求环境相对湿度不大于90％。当风速过大会使焊条电弧焊,气体保护焊的保护效果减弱,使空气中的有害气体侵入熔池中,从而影响焊缝质量。一般规定焊条电弧焊时风速不大于8m/s(5级,小树摇摆,浪高2m),气体保护焊的风速不大于2m/s(2级,感觉有风,浪高0.2m)。在下雨和下雪的露天环境中不允许施焊。焊接质量控制要素14海工事业部·培训(共57页）焊接前准备所有与待焊接结构相关的车间管理人员，项目管理人员，质量部QC人员及焊接工艺人员等必须做好如下工作，并对相关的施工队管理人员，焊工（包括定位焊工）、碳刨工及其队长或带班进行技术交底。熟悉相关的标准、规范及图纸从中了解即将焊接及检验的是什么结构？何时何地进行焊接及检验？如何进行焊接及检验？例如，用于海工项目的屈服强度在355及其以上的高强钢对于焊接线能量输入的要求严些,有些结构焊后尺寸精度要求高些,此时就需要责任人员进行重点的监控。焊接质量控制要素15海工事业部·培训(共57页）熟悉所选用的焊接工艺规程等批准的程序文件焊接方法施焊技术填充金属类型焊接位置要求确认拟采用的WPS是否适合待焊接接头？为此，有时甚至需要查看支持WPS的焊接工艺评定记录(PQR)。确认焊工的资质及其有效性清楚焊接停检点等检验节点，并准备好相关的记录表格（焊接记录表格/无损检测记录表格等，表格应清晰、易懂）及必要的检验工具焊接质量控制要素16海工事业部·培训(共57页）了解与焊接相关设备的性能并检查其运行状况，包括但不限于以下方面：焊接电源送丝机构电源缆线及焊钳焊剂/焊条的存储设备（包括焊条筒的检验）和烘焙设备,及电加热设备(需要时)气体保护软管及气瓶压力(表)等确认母材无质量等问题按照EEMUA158第4.5.1条（a）款要求，材料供货状态的改变是对该材料重新进行焊接工艺评定的重要变数。Ceq0.03%确认焊材牌号的选择正确无误（根据AWSD1.1要求，FCAW焊丝牌号改变是补加的焊接变数；DNV-OS-C401要求，当温度低于-20℃且材料有冲击要求时，焊材牌号改变是重新评定的重要条件；在N389Topside项目管系的焊接中，按照欧标ENISO15614-1第8.4.5条的要求，焊材制造厂家的变化也被列为补加重要变数）。焊接质量控制要素17海工事业部·培训(共57页）焊接前坡口检验坡口的角度坡口面有无内凹或外凸（将影响焊接）坡口深度（对深熔焊PP而言）钝边尺寸（将影响单面焊双面成型焊接方法的焊透性）焊接前接头装配检验装配焊接顺序是否合理（将影响焊件的焊后尺寸）根部装配间隙角偏差接头错边特定条件下，待焊接构件的预置变形措施焊接质量控制要素18海工事业部·培训(共57页）定位装置及定位焊接检验用于焊接件定位的工装卡具（包括剪刀撑等焊接定位装置）是否适合该焊接件的定位？是否能够在焊接过程中保证该定位尺寸不变？是否符合安全要求（如，码板要求双面包角焊接）？坡口内的定位焊接强度是否足够？例如，对于大拘束结构厚板的定位焊接，其定位的长度通常不小于100mm，定位焊接的厚度不小于构件焊接总厚度的1/3或15mm(取较小值)。熔入永久焊缝的定位焊缝，焊接时应采用与正式施焊相同的WPS中的打底焊接方法及其焊接规范，焊缝的两端部应呈阶梯状排布，并打磨成羽状，并在正式施焊之前对其进行MPI。定位焊缝容易成为缺陷源,因此应确保定位焊缝无缺陷。对于有缺陷的定位焊缝应在形成最终焊缝之前去除，并重新定位焊接。※定位焊前的预热温度与拟采用的WPS中的要求相同。焊接质量控制要素19海工事业部·培训(共57页）接头焊接前清理焊接前应认真检查待焊接区域及其附近25mm范围内的清洁情况。接头及其附近区域污垢的存在可能导致产生焊接气孔,裂纹及未熔合等缺陷。接头清理尚应包括如下内容A.湿度B.油脂C.油漆，铁锈，毛刺，分层，镀锌等焊接质量控制要素20海工事业部·培训(共57页）接头焊接前预热（当有预热要求时）•当待焊接接头有预热要求时，应对预热情况进行检查•检查预热温度时，既要限制最低预热温度，又要限制最高预热温度，并保证整个加热区内预热温度的温差最大不超过55℃.•预热温度的测量包括，但不限于如下方法A.测温笔(temperatureindicatingcrayons/tempilstick)B.接触式测温仪(surfacethermometers)C.热电偶（thermocouples）D.远红外测温仪(Farinfraredthermometer)注：远红外测温仪测温结果受待测量表面光反射影响较大,在测量距离上同样有局限性。焊接质量控制要素21海工事业部·培训(共57页）焊接过程控制检查各种焊接变数是否符合WPS要求，检验项目应该包括以下内容：•焊接方法•焊接材料是否正确，是否按要求使用•层间温度是否符合要求焊道质量检查•任何焊道表面的不连续或气孔等缺陷可以及时的被发现并及时处理，包括对局部不平整的加焊，以此改善下一焊道的焊接条件。•根部焊道应该重点检查。尤其对于大厚板的T型接头部位，因其自由度少而处于高拘束状态，当根部焊道过薄过宽时，或其表面曲率过大时，焊缝金属在冷却到预热温度时，可能会因为承受不住结构的拉应力而开裂。焊接质量控制要素22海工事业部·培训(共57页）层间清理•仔细进行层间清理可避免产生夹渣和层间未熔合，尤其在进行根部焊接时，最初几道焊道的清理非常重要。•经常用于层间清理的工具如下：A.手凿或风铲B.电动或风动打磨片（区别：安全角度/气保护效果角度）C.手动或电动钢丝刷注意：•采用电动或风动的铲削或打磨工具进行根部或最初几道焊道的打磨时，切记不要用力过猛，以避免可能对根部的破坏，力道过大时可能导致根部焊道产生微裂纹。•此外，过分的打磨所带来的焊道表面变形，有时会掩盖住焊道表面存在的缺陷。焊接质量控制要素23海工事业部·培训(共57页）检查层间温度•将焊接层间温度有效的控制在WPS允许的范围之内。金属在焊接热循环的作用下,热影响区的组织分布是不均匀的。熔合区和过热区出现了严重的晶粒粗化，是整个焊接接头的薄弱地带。对于含碳高、合金元素较多、淬硬倾向较大的钢种，还出现淬火组织马氏体,降低塑性和韧性,因而易于产生裂纹。试验证明，在低合金高强钢及超高强钢焊接时，采用小线能量焊接，并将层间温度控制在200℃以下可以有效的降低焊接热影响区的晶粒粗化倾向。控制焊道的排布及焊接顺序•焊道的排布及焊接顺序不合理可能导致焊接件变形过大或产生更大的焊接应力。先纵后环/先短后长/指向自由端•折返焊接技术是一种减小焊接变形的有效方法。