CTOD高效焊接工艺在海工装备制造业的应用

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杨文华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。二、选题理由高效焊接工艺与降本增效三、现状检查QualityManagementDepartment2011/03/21工艺考虑因素制定做焊后热处理的焊接工艺制定做CTOD试验的焊接工艺设备和工具准备和购买完好的加热设备、传感器、测温工具、加热片、保温棉、检查供电情况、足够长和数量的加热器专业电线。力学性能试验以及CTOD试验外协。试验室要具有做CTOD的设备和资质。材料焊材选择受限，焊材熔敷金属可以经过热处理，力学性能还要达到标准要求；选用可以处理的焊材。某些情况下，热处理后的焊材冲击韧性在热处理后降低。焊材选用受限，选用做过CTOD试验的焊材，焊材厂家需要提供有相关CTOD试验资料的焊材。母材的交货状态为TMCP，不是单独退火的热处理状态。不是单独退火的热处理状态。母材的交货状态为TMCP，不受热处理影响。人员专业的焊接加热工数名，安排好排好工作区域和时间。不需要专业热处理工。工艺增加热处理这一工序，造成工程量大，工作复杂。不需要热处理。施工环境做好防护棚，做好防雨水，防火灾；空间位置高。不需要热处理，不占用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工艺考虑因素制定做焊后热处理的焊接工艺制定做CTOD试验的焊接工艺工期大量焊缝需要的热处理时间长不耗费施工工期成本消耗大量的电能、人工、设备和材料，产生的直接和间接费用计算复杂只需付试验费用。试验成功，工艺文件认可后，现场不做热处理，省去热处理产生的直接和间接费用。其他因素：（1）焊缝空间较高，结构形式复杂，TKY节点多，这些位置增加工人施工的不安全因素，增加工人铺设加热片和热处理难度。现场热处理位置，搭设防护棚，防雨布，为易燃材料，有安全隐患，需要有专人看管（1）试验用焊接材料运输到美国。（2）遇到现场断电、停电等突发情况等其他因素造成热处理不当，容易造成材料性能降低（2）实验室资质，要满足船东和船检要求（3）可以国内进行WPQT和热处理（3）公司及集团内没有做过CTOD的试验工艺和经验，按照6种标准进行CTOD试验，国内技术不成熟（4）其他不可预见因素（4）其他不可预见因素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。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。CharpyImpactValueResultsDW-A55LSR9010512215413276629611011005010015020012345WeldCoupon#ImpactValues(Joules)@-60oCTestTemperatureAsWelded(LotAX02185)PWHT(LotAX02185):temp620C,time1hr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、要因确认序要因确认内容确认结果确认人是否要因1pWPS设定的工艺参数不当工艺参数包括焊接参数、热参数等影响焊接热输入和接头组织状态是2没有船东船检认可的包含CTOD试验焊接工艺评定程序文件没有试验计划和程序，不好进行试验，试验验收标准不清没有此项目试验计划和程序是3焊工操作造成焊接试板有缺焊工技能、年龄、注意力、思想状态等会影响焊缝质量选用技能等多方面都很优秀的焊工去做焊接工艺评定否4试验人员操作失误试验人员操作失误，使试验数据不精确试验人员技术娴熟经验丰富，失误情况忽略不计否5实验室设备和资质达不到要求船东对实验室设备和资质有要求试验设备和资质符合要求否6实验和检测用设备仪器故障故障、仪表失灵、刻度误差等导致试验失败设备定期进行点检和维护，符合使用要求否7无损探伤漏检试样上的缺陷缺陷会造成试验力学性能下降或试验失败无损检测结果可信否8CTOD试验技术和经验不足技术和经验不足，造成试验存在误差或失败调研后，国内CTOD试验比不上国外是9试样加工不符合标准和程序要求试样加工的公差和粗糙度，标准有强制要求，试样加工不合格，影响试验结果试样加工能依照标准加工，而且船东船检要检验测量合格后才实验否10焊材力学性能不达标准要求焊材CTOD值以及其他力学性能对焊接接头起到重要作用选用的是性能优良的焊材，但公司内没有做过CTOD试验是11钢板本身有问题钢板质量直接影响焊接头质量钢板是船东定制，经过严格进货检验和NDT检验，使用的钢板合格否12焊材运输保管不当受潮焊材保管不当，受潮、生锈等情况，使焊缝增氢、硬脆，增加产生裂纹倾向焊材保管符合要求否13试验环境差受气候、湿度、风等影响美国焊接和检测试验室环境较好否高效焊接工艺与降本增效七、要因分析七、要因分析序要因分析结果处理方案1pWPS设定的工艺参数不当工艺参数不当，不适用设计和生产；选用焊材不当，试验失败；热参数不当，容易产生裂纹，或母材组织恶化研究设计图纸、标准和程序文件，编制pWPS，给定焊材和焊接工艺参数、热参数等2没有船东船检认可的包含CTOD试验焊接工艺评定程序文件没有依照的程序文件进行试验和验收研究所涉及的6种标准和设计图纸、规格书等按照标准要求和程序编制CTODTESTPROGRAM，试验有据可依，按程序要求进行试验和验收3CTOD试验技术和经验不足国内CTOD试验比不上国外，而且试验费用高与船东协商，找一家对CTOD试验技术和经验成熟的研究所或实验室，进行WPQT和CTOD试验4焊材力学性能不达标准要求焊材力学性能不稳定或不好，将导致力学性能试验和CTOD试验不通过查阅资料和以往有关焊材的力学性能试验实验数据，和选择韧性优良的适合超高强度钢的420Mpa级别的焊材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对策及实施计划表存在问题对策开始日期解决期限目标负责人pWPS设定的工艺参数不当研究设计图纸、标准和程序文件，编制pWPS，给定焊材和焊接工艺参数、热参数等。2011年1月工艺可行，程序满足标准要求，船东、船检认可没有船东船检认可的包含CTOD试验焊接工艺评定程序文件研究所涉及的6种标准和设计图纸、规格书等按照标准要求和程序编制CTODTESTPROGRAM，试验有据可依，按程序要求进行试验和验收2011年1月程序满足标准要求，船东、船检签字认可国内CTOD和技术经验不足与船东协商，联系到美国做WPQT和CTOD试验2011年2月-6月确定好合做实验室；确保试验结果准确符合要求，并得到船东船检认可。焊材力学性能不达标准要求查阅资料和以