造船焊接工藝的評(píng)定與實(shí)施

在驗(yàn)船過程中，船級(jí)社驗(yàn)船師常發(fā)現(xiàn)某些船廠，特別是一些中小型船廠，由于缺乏焊接工程技術(shù)人員，或?qū)π拊齑^程中焊接工藝的要求不太明確，影響到船舶的建造或修理質(zhì)量。本文概述了對(duì)修造船過程中焊接工藝評(píng)定的要求、及在實(shí)際焊接施工中應(yīng)注意的一些問題，供修造船參考。

一、造船中焊接工藝認(rèn)可規(guī)定

造船過程中，進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，通常為對(duì)確定的母材及焊接材料，在采用一定工藝焊接后，通過檢驗(yàn)焊縫及熱影響區(qū)的性能，來評(píng)定該工藝的適用性。由于焊接工藝評(píng)定對(duì)保證后續(xù)焊接生產(chǎn)質(zhì)量有著重要意義，各船級(jí)社均要求對(duì)擬將新采用的焊接工藝進(jìn)行評(píng)定或認(rèn)可，如中國船級(jí)社《材料與焊接規(guī)范》中規(guī)定，船舶、海上設(shè)施和船用產(chǎn)品的制造廠焊接生產(chǎn)前，應(yīng)對(duì)采用的新材料、新工藝進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，以證實(shí)該焊接工藝的適用性。

通常在一條船舶開工建造前，工廠應(yīng)結(jié)合自身的技術(shù)條件和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制定出船舶建造焊接工藝計(jì)劃表交驗(yàn)船師認(rèn)可。計(jì)劃表中應(yīng)針對(duì)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(hào)。對(duì)照本工廠以前進(jìn)行焊接工藝評(píng)定的情況，對(duì)于未曾批準(zhǔn)的工藝或超出評(píng)定焊接工藝適用范圍的工藝，組織進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。

二、焊接工藝評(píng)定的實(shí)施

1、提交焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)方案

工廠在進(jìn)行焊接工藝評(píng)定前，首先要向船級(jí)社提交一份擬認(rèn)可的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)方案，試驗(yàn)方案中通常包括以下內(nèi)容：

1. 母材的牌號(hào)、級(jí)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(hào)、等級(jí)和規(guī)格；

3. 焊接設(shè)備的型號(hào)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（平焊、橫焊、立焊、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。

2、船級(jí)社對(duì)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)方案的審查

焊接工藝方案填寫完畢后，提交船級(jí)社審查。查的主要內(nèi)容為：焊接工藝是否基本正確、項(xiàng)目截取的試樣位置是否與規(guī)范要求一致、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評(píng)定前，通常會(huì)自行對(duì)擬申請的項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，故焊接工藝評(píng)定方案中內(nèi)容的填寫，也可參照預(yù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。船級(jí)社在收到焊接工藝試驗(yàn)方案后，將會(huì)依據(jù)船級(jí)社的規(guī)范對(duì)方案進(jìn)行審核，如中國船級(jí)社將主要依據(jù)CCS檢測/試驗(yàn)的項(xiàng)目能否滿足規(guī)范要求、檢測/試驗(yàn)。試驗(yàn)試樣的加工能否滿足規(guī)范要求、每一項(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(jí)社評(píng)定或/和檢驗(yàn)合格的材料。由于在船板與焊接材料制造廠的工廠評(píng)定中，船級(jí)社已對(duì)這些材料的焊接性能進(jìn)行了考察，如高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼板工廠評(píng)定時(shí)的沖擊試驗(yàn)，通常會(huì)考察熔合線、熔合線+ 1mm 、熔合線+ 3mm 、熔合線+ 5mm 、熔合線+ 7mm 、熔合線+ 20mm 處的沖擊值，沖擊試驗(yàn)溫度也比焊接工藝評(píng)定時(shí)要求嚴(yán)格，故選擇這些經(jīng)評(píng)定/檢驗(yàn)的材料，可減少焊接工藝評(píng)定過程中不確定因素的影響，從而增加一次合格的可能性。

焊接工藝評(píng)定方案審核完后，船級(jí)社會(huì)將審核意見提交工廠，工廠按照審核意見對(duì)焊接工藝試驗(yàn)方案進(jìn)行修改、完善，并已準(zhǔn)備現(xiàn)場試驗(yàn)。

3、焊接工藝評(píng)定現(xiàn)場試驗(yàn)的進(jìn)行

焊接工藝評(píng)定現(xiàn)場試驗(yàn)按照審查后的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)方案進(jìn)行，通常驗(yàn)船師須見證試驗(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(jí)、規(guī)格一致；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。在試驗(yàn)過程中，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(duì)焊縫外觀質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。如焊接試板焊縫外觀檢查合格，則對(duì)焊縫進(jìn)行無損探傷，以及按照規(guī)范要求，在焊接試板上確定拉伸、彎曲、沖擊、金相等試驗(yàn)試樣的位置。最后一道工序?yàn)闄z查試樣加工情況，進(jìn)行理化性能試驗(yàn)。

如上述每一道工序試驗(yàn)/檢測發(fā)現(xiàn)不合格，除力學(xué)性能試驗(yàn)可能涉及在原試件上復(fù)取樣試驗(yàn)外，其他情況均須重新進(jìn)行工藝評(píng)定試驗(yàn)。

4、焊接工藝評(píng)定證書的簽發(fā)

現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)束后，由工廠整理試驗(yàn)結(jié)果，編制工藝試驗(yàn)報(bào)告，提交船級(jí)社審核。經(jīng)確認(rèn)合格后，船級(jí)社將在焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)報(bào)告上簽署，如中國船級(jí)社還簽發(fā)“焊接工藝認(rèn)可證書”。表1為某工廠CO2 半自動(dòng)平焊的“焊接工藝認(rèn)可證書”中部分內(nèi)容。

從表1中，我們可以得到下列信息：

1. 焊接工藝采用的母材為船用D36 級(jí)板，焊接材料為焊絲E712C；

2. 焊接工藝適用的工件厚度范圍為8mm -30mm；

3. 焊接方法限定為CO2 氣體保護(hù)半自動(dòng)焊；

4. 焊接位置限定在水平；

5. 接頭型式為對(duì)接焊；

6. 同時(shí)也注明了坡口裝配形式及試驗(yàn)時(shí)的焊道布置、清根方法、層間溫度控制、焊接工藝參數(shù)等。

上述內(nèi)容基本反映了焊接工藝的主要要求，同時(shí)也可看出焊接方法、焊道布置、焊接位置、焊接參數(shù)等并不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)的，如改變焊接方法、焊接位置等，焊接參數(shù)也將相應(yīng)的發(fā)生變化。

當(dāng)然，上述工藝只能說明在此條件下，試驗(yàn)結(jié)果滿足船級(jí)社規(guī)范要求。焊接位置、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(jí)及厚度、焊接方法、焊接接頭型式等）會(huì)有其他適合的焊接規(guī)范參數(shù)，其結(jié)果也能滿足船級(jí)社規(guī)范的要求，只要經(jīng)驗(yàn)證合格即可同意在修造船中使用。

三、焊接工藝評(píng)定的采用

在船體建造過程中，工廠應(yīng)嚴(yán)格按照評(píng)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)船級(jí)社評(píng)定的焊接工藝，一般長期有效，但工廠對(duì)已批準(zhǔn)的焊接工藝進(jìn)行改動(dòng)時(shí)，應(yīng)將所有改動(dòng)的細(xì)節(jié)向船級(jí)社報(bào)告，船級(jí)社根據(jù)改動(dòng)的具體內(nèi)容，決定是否重新進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。例如，進(jìn)行立焊位置（立向上施焊）焊接工藝評(píng)定并獲得通過，若工廠在實(shí)際生產(chǎn)中其余條件都不改變，只是將焊接方向改變?yōu)榱⑾蛳率┖福J(rèn)為原焊接工藝是適用的而不需重新進(jìn)行工藝評(píng)定，這種觀點(diǎn)是不能被船級(jí)社接受的，因?yàn)樵诤附又校⑾蛏鲜┖概c立向下施焊是有很大區(qū)別的，必須重新進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。

評(píng)定的焊接工藝，通常都有一定的適用范圍，超出此范圍就應(yīng)對(duì)擬采用的工藝進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，船舶建造中此范圍為：

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% 。如表1為多道焊，工藝評(píng)定的母材厚度為15mm，按照規(guī)范其適用的厚度即為8～30mm；

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)應(yīng)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(píng)定試驗(yàn)時(shí)所采用的相同等級(jí)鋼材和焊接材料，但韌性級(jí)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(duì)焊縫性能無明顯影響，經(jīng)船級(jí)社同意可將此工藝用于韌性級(jí)別較低的材料，如表1中D36級(jí)板通過了工藝評(píng)定，一般可認(rèn)為也適用于A36級(jí)板；

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(dòng)范圍，一般不能超過±5%，焊接速度的波動(dòng)范圍一般不超過±10%；

5. 預(yù)熱溫度、層間溫度的波動(dòng)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。

四、工廠在執(zhí)行焊接工藝時(shí)常出現(xiàn)的問題

工廠在執(zhí)行焊接工藝時(shí)常出現(xiàn)的下列問題，需引起注意：

1. 為了加快生產(chǎn)進(jìn)度，在操作中不按照評(píng)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(píng)定的工藝要求清理干凈每一道焊縫；

4. 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；

5. 焊接材料沒有按規(guī)定烘干、保溫使用；

6. 保護(hù)氣體流量沒有按照評(píng)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，這些問題的解決，最主要依賴于造船廠的質(zhì)量保證體系。

為保證造船廠良好的焊接質(zhì)量，工廠與船級(jí)社可在以下幾方面做好具體工作：

1. 工廠技術(shù)人員根據(jù)生產(chǎn)需要，開展焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，條件成熟時(shí)申請船級(jí)社對(duì)焊接工藝進(jìn)行評(píng)定，如試驗(yàn)合格，根據(jù)船級(jí)社頒發(fā)的焊接工藝評(píng)定證書及簽發(fā)的焊接工藝評(píng)定試驗(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. 工廠管理人員對(duì)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)量體系規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)的審批，使之成為工廠生產(chǎn)的受控文件；

3. 工廠的裝配工、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)；

4. 工廠組織工藝執(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(duì)出現(xiàn)的問題作出相應(yīng)的整改措施；

5. 船級(jí)社驗(yàn)船師在船舶建造過程中，應(yīng)檢查焊接人員的工作情況，確認(rèn)是否按照船級(jí)社簽發(fā)的焊接工藝評(píng)定證書執(zhí)行；

6. 在船舶一些重要構(gòu)件的建造過程中，還須進(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。