VLOC分段手工焊缝裂纹的处理

CCS江苏分社 张 超

2018年1月23日下午，我在例行巡检过程中，在264分段建造现场，习惯性地将打底焊陶瓷衬垫撕掉，发现有一条平对接焊缝打底疑似有裂纹，随即要求现场打磨人员磨去焊缝余高做进一步检测，经检验发现是打底焊裂纹。由于VLOC是该船厂首次承接建造的超级巨轮，船厂并没有太多的相关建造经验，为了搞清楚该裂纹是个案还是普遍现象，我及时联系船厂质保部相关负责人，要求对该工区其它的分段进行类似的抽检，经过初步的排查发现六个分段的拼板缝以及横对接处存在相似问题。

1月24日，CCS现场项目组召集船厂品质保证部、技术部、制造部及现场施工人员进行了第一次会议，会议成立了焊接打底裂纹专项小组，并要求对该系列的裂纹进行了初步分析，并整理出以下几点工作思路：船厂技术部联合焊接实验室对裂纹产生的原因进行分析；制造部联合品保部探伤室对其余分段平对接焊缝进行抽检确保裂纹的消除；制造部组织施工人员对已经发现裂纹的焊缝进行处理直至探伤合格。

张超 CCS江苏分社建造船舶及海工检验处项目经理，系统内化学品船专家组成员，主要从事船舶建造项目管理和现场检验工作。先后完成38000DWT系列不锈钢化学品船、40万吨大型矿砂船等新造船建造检验工作。参与编写了不锈钢化学品船建造检验指南、化学品船检验须知等。同时，承担了系统内P级班授课和相关验船师油化船的专题培训工作，并参与了系统内多艘危化船飞行检验和应急事故处理工作。

在落实好首次会议制定的措施后，2月6日，CCS驻厂组和船厂品保部再次组织专题会，对目前排查情况做了通报，经初步排查，发现目前存在37个分段存在相似的焊接裂纹，会上大家对产生原因做了详细分析，并制定了专项措施。

首先是做焊接裂纹对比试验分析。船厂焊接试验室根据不同坡口角度，装配间隙及焊接参数进行试验。

第一组试板：材质AH36，规格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接条件：坡口角度40°，装配间隙8～9mm，焊接电流190A，焊接电压27V，焊接速度16cm/min，焊接时钢板温度-4℃，装配刚性6个马板。

焊后情况：焊后立即敲完渣，肉眼未发现裂纹，3天后检查仍无裂纹。

第二组试板：材质AH36，规格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接条件：坡口角度40°，装配间隙8～9mm，焊接电流230A，焊接电压30.8V，焊接速度19cm/min，焊接时钢板温度-4℃。

焊后情况：焊后立即敲完渣，肉眼发现3处裂纹，裂纹长度10～20mm，焊接时钢板温度-4℃。

第三组试板：材质AH36，规格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接条件：坡口角度45°，装配间隙7～8mm，焊接电流230A，焊接电压30.8V，焊接速度19cm/min，焊接时钢板温度-4℃。

焊后情况：焊后立即敲完渣，肉眼发现1处裂纹，裂纹长度8mm。

第四组试板：材质AH36，规格600X250X26mm，焊材THY-51B。

焊接条件：坡口角度52°，装配间隙7～9mm，焊接电流245A，焊接电压31.1V，焊接速度15cm/min，焊接时钢板温度-4℃。

焊后情况：焊后立即敲完渣，肉眼未发现裂纹，3天后检查仍无裂纹。

通过以上试验可以得出，在其它条件一致的情况下平对接打底焊裂纹的出现与焊接坡口角度、焊接装配间隙、焊接参数有关。坡口增大裂纹减少，间隙减小裂纹增加，焊接电流电压增大裂纹增加，焊接速度降低裂纹减少。

由于药芯焊丝加陶瓷衬垫打底焊中，陶瓷衬垫导热速度低于钢板坡口根部的导热速度（特别是，当环境温度低的时候，这种差别就更加明显）。根据熔池结晶原理，两侧的结晶速度过快，导致熔池里面还未析出的低熔点共晶物（焊渣等杂质）没有充分的溢出焊缝中心，在焊接收缩应力的作用下产生了焊接热裂纹。结晶图示如下：

根据裂纹形成的机理，只要能够创造条件让焊缝中心的低熔点共晶物能够充分地溢出焊接熔池，就可以有效地控制此类裂纹的形成。

回到前面的试验结果：增大了坡口角度，是改变了熔池的几何形状，给低熔点共晶物（焊渣等）创造了更容易溢出的条件，同时焊接时更容易形成体积稍大一些的熔池，延长了熔池的结晶时间，让熔池结晶时的低熔点共晶物（焊渣等）溢出的更加充分；焊缝间隙不宜过小，也是为了增大焊接熔池体积，延长熔池的结晶时间，让熔池结晶时的低熔点共晶物（焊渣等）溢出的更加充分；平焊打底焊时，当增大焊接电流电压时，虽然增加了焊接热量，但同样也增加了焊接的速度，所以对焊缝熔池结晶时的低熔点共晶物（焊渣等）溢出不一定延长时间，但大的焊接电流电压会产生更大的焊接收缩应力，对裂纹的发生创造了条件，特别是当坡口角度较小时更为明显，当坡口角度大到一定程度时，大的焊接电流对裂纹显得不再那么明显。

综上分析，专项小组制定了控制现场平对接打底焊裂纹的有效措施如下：

1、工艺措施

1）当板厚在35mm以下的钢板打底焊时，尽量选择与平对接坡口角度一致或接近的坡口角度，装配时间隙最好控制在8～10mm，焊接电流电压在能够保证焊缝背面成形的前提下，尽量选择偏低一些的焊接电流电压（电流最好控制在230A以下），焊接时尽量控制焊接速度不宜过快。具体要求见WPS。当环境过低、现场刚度过大时，即使35mm以下的钢板，焊接时也要考虑焊前预热。

2）当板厚超过35mm时，焊接时采用电加热后焊接。焊前预热是防止平对接打底焊热裂纹的有效措施。

3）此类焊缝的接头裂纹是用以上方法难以避免的，所以不管是焊接预热焊缝还是不预热的焊缝，为了减少接头裂纹，焊接时过马板焊接尽量采用快速热接头法焊接，要求马板开孔要能够保证焊枪保护套能够伸过去，且眼睛视线良好。实在无法避免时，确实要停止时，熄弧时尽量填满弧坑，起弧前先检查焊接接头是否有裂纹或收弧缩孔，若有裂纹必须打磨去除后再起弧焊接。在条件允许的情况下，将马板装在坡口背面是最理想的做法。

2、管理措施

1）明确要求制造部完善焊接实名制的要求，将焊工姓名、焊接参数、装配间隙、坡口角度等信息做好详细记录，要求制造部安排主管进行检验并做好记录。

2）品保部增加打底焊前报验项目，在焊前报验时若未发现有生产部门主管检验记录将明确拒检，不允许施焊。

3）对已经发现问题的焊缝进行焊工追溯，汇总好问题焊工名单，先吊销焊工证书，进行再培训考证合格后上岗。

4）对制造部各分承包方进行专项培训，要求水平较高的焊工焊接，尽量对这种平对接焊缝的焊接指定专门的焊工，并进行WPS的讲解，明确具体要求等。

5）制造部配合焊接试验室对现场使用焊材进行检测，确保焊材质量。

在严格执行上述要求后，经过三个月的执行，我们先后对150多个分段进行了跟踪，彻底杜绝了该类型裂纹的发生，确保了VLOC后续施工的顺利进行和焊接质量的有效保证。