船舶焊接质量控制

《船舶焊接质量控制和检验》2011.06船舶焊接质量控制和检验概述制造前焊接质量控制制造过程中的焊接质量控制制造后焊接质量控制一、概述1、船舶焊接质量控制的意义1.1焊接在船舶建造中的作用作为现代船舶连接的主要手段船舶大型化离不开焊接技术的发展焊接新方法、新工艺、新材料不断被采用1.2焊接船体结构的基本特征接头刚性大接头不均匀性焊接变形和应力焊接结构应力集中焊接接头缺陷一、概述1、船舶焊接质量控制的意义1.3自由轮巨大海损的启示船用材料结构设计（节点细部）建造工艺（特别是焊接工艺）服役环境一、概述2、船舶焊接质量控制和检验方法2.1影响焊接质量的主要因素◦焊缝设计的合理性◦焊接材料的适用性◦焊接工艺的可靠性◦焊工技能的合格性一、概述2、船舶焊接质量控制和检验方法2.2焊接质量控制的主要环节一、概述2、船舶焊接质量控制和检验方法2.3焊接检验的分类非破坏性试验目视检查无损检测（射线、超声波、磁粉、渗透）致密性试验（水压、气密性、煤油渗漏、冲水）破坏性试验力学性能试验（拉伸、弯曲、冲击、硬度、疲劳）化学分析试验（化学分析、腐蚀）金相检验（宏观、微观）二、制造前质量控制1、焊接设计焊缝布置便于焊工施焊，焊接位置尽可能采用平焊应避免将焊缝布置于应力集中区域。在结构剖面突变之处应有足够的过渡区域，尽量避免焊缝过分集中船体主要结构中的平行焊缝应保持一定距离对接焊缝布置应避免尖角相交1、焊接设计焊缝连接要求对接焊缝----船体外板、甲板、内底板及舱壁----厚度差4mm时厚板边缘削斜4：1----常用坡口形式：二、制造前质量控制1、焊接设计焊缝连接要求角焊缝----填角焊、部分焊透、全焊透----连续角焊缝和间断角焊缝----焊喉厚度、焊脚高度和焊接系数二、制造前质量控制tas-builttas-builttas-builttas-built搭接焊缝----承受高拉伸应力或压缩载荷部位的板不宜采用----两端连续角焊、搭接宽度要求不小于3倍板厚（但不大于4倍板厚）二、制造前质量控制1、焊接设计焊缝连接要求二、制造前质量控制2、焊接材料2.1不同焊接方法焊接材料分类二、制造前质量控制焊条的分类（按酸碱性分）酸性焊条：在其药皮熔渣中含有大量酸性氧化物(如SiO2、TiO2、Fe2O3等)碱性焊条：在其药皮熔渣中含有大量碱性氧化物(如CaO、MnO、Na2O等)酸性焊条碱性焊条电弧稳定，一般交直流均可用，对操作性要求不高。多数交流适应性较差，需要加稳弧剂，对操作者技能要求较高。电流较大，生产效率高，成型好、脱渣容易，焊接烟尘较少焊接电流较小，成型稍差，易堆高，脱渣相对困难些，有毒气体和烟尘多对湿气和水湿不敏感，对湿气和水湿较敏感，易产生气孔氧化性强，易烧蚀合金元素，脱硫磷能力较差，抗裂性差，抗冲击性能较低还原性强，元素过渡效果好，含氢量低，脱硫磷能力强，抗裂性好，抗冲击性能较好型号和牌号◦结构钢焊条型号举例◦常用结构钢焊条型号和牌号对照举例强度435055607075808590100位置0、1----全位置、2-平焊或平角焊、4----立下行焊药皮类型和电流种类03用于交流、15用于直流、16交直两用型号牌号E4303J422E4315J427E5003J502E5015J507E5016J506三、焊接材料焊剂分类（按焊剂制造方法分类）熔炼焊剂----按配方将各种配料放在炉中熔炼，然后经过水冷，使焊剂形成颗粒状，经烘干、筛选而制成。制造简单，不易吸潮，焙烘温度低，但不能向焊缝大量过渡合金元素烧结焊剂----将一定比例配料粉末，混合均匀并加入适量的粘结剂后经烘焙而制成。加合金元素，焊缝性能好，但易吸潮，焙烘温度要求高二、制造前质量控制焊剂分类（按焊剂制造方法分类）焊剂牌号HJ表示熔炼焊剂SJ表示烧结焊剂常用焊丝与焊剂组合举例母材焊剂牌号配用焊丝适用电流种类一般强度钢HJ430，HJ431，SJ301，SJ401H08A,H08MnA交、直流高强度钢HJ330，HJ331，SJ101，SJ301H10Mn2,H10Mn2G交、直流二、制造前质量控制焊丝分类（按实心和药芯分类）二、制造前质量控制比较项目实心焊丝药芯焊丝焊接工艺性焊缝外观电弧电弧稳定性飞溅量熔滴过渡送丝性能全位置焊接焊接烟尘量稍呈凸状硬弧较好粒大且多颗粒状过渡良好稍差一般平滑美观软弧很好粒小且少微细粒过渡稍差良好稍多焊缝性能扩散氢量抗裂性冲击韧性X射线探伤极低良好良好良好低一般一般优秀效果及经济性熔渣、飞溅去除熔敷速度熔敷效率%适用电流范围焊丝价格困难快高，90-95一般低容易更快一般，70-85大高药芯焊丝的制造二、制造前质量控制2.2焊接材料的选用原则按所焊工件的材料种类（大类）选择结构钢按对接接头力学性能要求选择等强原则，包括强度和韧性不同强度母材：除结构不连续或应力集中区，一般用较低强度不同韧性母材：除结构受力情况复杂或施工条件恶劣者，一般用较低韧性重要结构或高强钢选用低氢焊条不锈钢按所焊母材的合金成分选择焊条的工艺性能满足施焊操作需要2.3CCS焊接材料的分级焊接材料等级屈服强度最小值（N/mm2）冲击温度（℃）冲击功最小值（J）适用钢板13062047A23060B、D3306-20E1Y37520AH32、AH362Y3750DH32、DH363Y375-20EH32、EH364Y375-40FH32、FH362Y404000DH403Y40400-20EH404Y40400-40FH40注：①韧性等级高的焊材可以用于较低韧性等级的母材。②强度等级高的焊材可以用于较低强度等级的母材，但一般强度钢不宜采用过高强度等级（如40级）焊材。③使用1Y级焊材时，母材的厚度不得大于25mm。二、制造前质量控制二、制造前质量控制2.4对船厂使用焊接材料的控制◦焊接材料制造厂应得到CCS认可◦船厂应向验船师提供使用的焊接材料规格和认可状态的相关资料◦验船师通过审查认可状态以及巡检的方法，验证其储存、操作和处理◦对照认可清单，确认焊接材料◦验证临时和永久储存设施（例如：保持干燥、封盖、焙烘）◦验证追溯性（例如：随机批号核查）二、制造前质量控制2.5焊接材料的使用与管理焊条的吸潮性二、制造前质量控制焊接材料的储存与保管在干燥与通风良好的室内仓库中存放按种类、牌号、批次、规格、入库时间分类堆放仓库内应设置温、湿度计。室内温度不低于5℃，相对湿度应低于60%搬运过程防止包装破损二、制造前质量控制焊条使用前的烘干目的：去除焊条药皮的吸附水分烘焙温度：酸性焊条：70-100℃/1-2h碱性焊条：300-350℃/1-2h碱性焊条烘干后放入100-150℃的低温烘干箱保存常温下放置4小时应重新烘干。重复烘干次数不超过3次二、制造前质量控制焊剂使用前的烘干焊剂吸潮性：熔炼焊剂不易吸潮，烧结焊剂极易吸潮烘干温度：熔炼焊剂：250-300℃/2h烧结焊剂：300-350℃/2h当天未用完的焊剂应回收后重新烘焙二、制造前质量控制3、焊工资格考试◦证实焊工在相应位置的掌握焊接操作技能的水平3.1焊工考试的种类（按产品类型）◦船舶与海上设施焊工◦船用锅炉压力容器焊工3.2焊工考试分级◦板焊接Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级◦管焊接ⅠP、ⅡP、ⅢP、ⅢPR级二、制造前质量控制3.3焊工资格的适用性◦总的原则是操作技能高的项目可以包括操作技能要求较低的项目◦外径大于25mm的管子考试合格者可免去相同类别试板的考试◦以一般钢材考试的焊工资格可覆盖除不锈钢以外的所有材料焊接的资格◦使用碱性焊条考试合格者同时具有酸性焊条焊接的资格◦实心焊丝考试合格者同时具有药芯焊丝焊接的资格◦经不带垫板考试合格者同时具有焊带垫板的工件的资格◦各等级的焊工资格均可替代定位焊工资格◦不同的焊接工艺的焊工资格不能相互替代分级考试位置应用位置ⅠFFⅡH+VF，H，VⅢH+V+OF，H，V，OⅠP1G1GⅡP2G或5G1G，2G或1G，5GⅢP6G或2G+5G1G，2G，5G，6GⅢPR6GR1G，2G，5G，6G，6GR焊接位置的覆盖：二、制造前质量控制二、制造前质量控制3.4焊工资格应用中需要注意的问题◦焊工只能从事证书适用范围内的焊接工作。◦连续6个月未实际焊接的焊工，要求在正式进行焊接前进行验证测试。◦焊工证书的有效期为3年。◦一般应在有效期满前重新考试。不同焊接方法分别重考。◦能够证明长期焊接质量良好的焊工，则允许延长其证书有效期一年。但需要有相应的手续。二、制造前质量控制3.5埋弧自动焊焊工考试（《船舶焊接检验指南》）◦试件的形式与尺寸试件的形式为钢衬垫对接焊（多层多道焊），具体坡口角度和间隙可由工厂确定。试板的板厚为14～20mm，长度为500mm，宽度不小于150mm；垫板厚度为10mm，宽度不小于50mm。◦检验项目焊完后应进行焊缝表面目检和焊缝射线探伤。◦焊工资格覆盖范围考试合格后适用的钢级、厚度范围均不限，可覆盖双面对接焊、角接焊和直径大于600mm的管对接。二、制造前质量控制4、焊接工艺评定4.1焊接工艺文件焊接工艺规程（WPS）:用于指导焊接产品生产的技术文件焊接工艺试验报告（WPQR）：记录焊接工艺评定试验技术参数发技术文件，是制定WPS的依据焊接工艺计划书（pWPS）：用于指导焊接工艺评定试验的技术文件4.2焊接工艺评定的目的验证拟定的焊接工艺是否正确评定制造厂是否具备必要的能力二、制造前质量控制4.3焊接工艺评定的程序二、制造前质量控制具体试验程序4.3焊接工艺评定的程序4.4焊接工艺评定的要素◦母材牌号、级别、厚度和交货状态◦焊接方法及与其相关的焊接设备◦焊接材料的型号、等级和规格◦坡口设计和加工要求及衬垫材料(如有)◦焊接位置、焊道布置和焊接顺序◦焊接规范参数(电流、电压、焊接速度和保护气体流量)◦焊前预热、道间温度、焊后热处理或消除应力的措施等◦施焊环境及其他特殊要求二、制造前质量控制4.5焊接工艺评定的适用范围◦适用材料的允许变化范围◦适用厚度（包括直径）以及焊缝尺寸的允许变化范围◦适用焊接参数（热输入量）的允许变化范围◦适用焊接位置的允许变化范围◦适用焊接材料的允许变化范围◦适用工艺条件（预热、道间温度、焊后热处理）的变化限制◦适用接头形式的允许变化范围二、制造前质量控制二、制造前质量控制4.6注意事项◦多道焊和单道焊的区别（埋弧焊时特别注意）◦多道焊工艺不能覆盖单道焊工艺◦单道焊工艺厚度覆盖范围小，仅（0.7～1.1）t◦焊接热输入大于50kJ/cm时的特殊要求◦高热输入的焊接方法主要有多丝埋弧焊、垂直气电焊等◦钢级覆盖范围变窄：与试验母材韧性相同，强度低一个等级◦热输入量的使用上限变小：仅比试验时使用值增加10%◦焊接材料覆盖范围变窄：仅为相同牌号◦单道焊工艺厚度覆盖范围小，上限仅为1.0t二、制造前质量控制4.6注意事项◦对接焊覆盖角接焊的原则◦屈服强度小于355N/mm2的钢材，可覆盖全焊透、部分焊透和填角焊◦屈服强度大于或等于355N/mm2的钢材，仅可覆盖全焊透角焊◦管子焊接的母材覆盖范围◦管子壁厚覆盖范围同板厚（表3.1.4.5a）◦管径覆盖范围按表3.1.4.6◦母材覆盖参照《船舶焊接检验指南》：低碳钢管为1组（例320-410N/mm2）低合金钢管为1组（例460-490N/mm2）每组内强度高者覆盖强度低者三、制造过程中的质量控制1、焊接方法和设备1.1常用焊接方法分类手工焊熔化极气体保护焊埋弧焊钨极气体保护焊双面焊单面焊单面焊双面焊氩弧焊二氧化碳保护焊混合气体保护焊单丝多丝实心焊丝药芯焊丝三、制造过程中的质量控制1.2各种焊接方法特点焊接方法特点适用部位手工焊设备简单，轻便，操作灵活，适应性强，但生产率较低短的和不规则的、各种空间位置的焊缝，以及其他不易实现机械化焊接的焊缝埋弧焊可采用较大的电流，生产率高；机械化程度高，焊接质量对焊工技术水平的依赖程度大大降低，并改善劳动条件；但只适用于平位置长焊缝大型工件的直缝和环缝的机械化焊接熔化极气体保护焊焊接速度快，熔敷效率高，易进行全位置焊接，易实现机械化和自