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摘 要：本文主要介绍了MSC 9400TEU集装箱船大线能量焊接质量的重要性以及控制大线能量焊接质量的手段和措施。通过日常检验发现的质量问题和最终的无损检测结果，对此区域焊接质量进行有效地监控，发掘并最终确定了一套适合大线能量焊接方法的有效可行检验手段。关键词：大线能量焊接 焊接质量 检验一、引言现代集装箱船正在朝着大型化、高速化、环保化、多用途化不断发展。集装箱船已经逐渐取代相对传统意义上的散货船，开始成为海上货物运输的主力军，在世界货物运输和经济贸易中占有越来越重要的地位。我国集装箱船研制虽然起步较晚，但是发展速度却非常快，很多大型船企均在集装箱船领域有所涉足。近几年来，我国还不断出口集装箱船，在世界各地海洋上都可以见到我国建造集装箱船的身影。厚板焊接质量的好坏关系到船舶能否在大海中抵御风浪的冲击，直接影响公司整体品牌信誉和经营风险。因此，在有效控制好集装箱船的质量，尤其是船体结构的焊接质量的前提下，采用合理准确的检测检验手段，发现并消除大多数有致命影响的焊接缺陷，是公司领导以及质量部门的重点关注事项。而厚板区域的焊接质量是集装箱船最主要的质量控制点，大型集装箱船厚板焊接质量的检验检测工作具有非常重要的现实意义。公司承建的MSC 9400TEU是转型发展实际意义上的第一批集装箱船产品，如何更好地控制集装箱船的产品质量，尤其是厚板区域的焊接质量是公司上下重点关注的事项。二、大线能量焊接技术MSC 9400TEU采用了先进的焊接技术——大线能量焊接技术，钢板也是选用了日本JFE进口的高韧性厚板。大线能量钢是由于钢材在轧制过程中采用了TMCP（Thermo Mechanical Control Process，热机械控制工艺）技术，使得钢材在既不需要添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下，也能获得足够的强度和韧性。大线能量焊接时，传统低合金高强度钢的焊接粗晶热影响区强度会略有提高，但韧性极差，主要原因是奥氏体晶粒的严重长大以及二次组织由小热量输入多层多道焊时的回火马氏体下贝氏体组织转变为上贝氏体组织，而焊接粗晶热影响区的韧性是焊接结构中性能最薄弱的环节。大线能量焊接技术的发展和应用，显著提高了焊接施工效率，节省了船舶建造焊接成本，成为现代造船业高效制造的重要手段。大线能量焊接具有焊接速度快、施工道次少、效率高等优点，但伴随焊接线能量的增加，钢板焊接热影响区高温停留时间延长、相变冷却速度减慢，导致热影响区（HAZ）奥氏體晶粒急剧长大，并形成大量的侧板条铁素体组织，大大恶化焊接热影响区的性能，即焊接粗晶热影响区的强度和韧性变差，且易产生焊接冷裂纹等缺陷。为此，国内外相继开展了大线能量焊接用钢的研究。由于公司是首次采用大线能量焊接技术，国内也是较早采用这种技术的单位，无太多有效的经验可以借鉴。针对这种情况，质量保证部做了大量的准备工作，成立了大线能量钢控制小组，学习相关理论知识，并制定了专门的焊接检验检验要点。三、大线能量焊接质量检验要点针对MSC 9400TEU大线能量焊接的技术特点，质量保证部在产品开工前制定了相应的质量控制要点，联合精度管理部多次向生产部门进行技术交底与宣贯，并对检验人员进行培训。1.焊接工艺评定。产品开工前，必须编制相应的焊接工艺（WPS），并经船级社认可。大线能量钢的焊接工艺评定做了板厚50mm、55mm和68mm，间隙在7-10mm。在经表面检验和无损检测后，又对焊接试板做了冲击、硬度、宏观等试验，编制出了经过船级社认可的焊接工艺，并以此作为质量保证部今后日常检验的依据。2.原材料质量控制。公司采购的钢板全部是日本JFE钢厂，每张钢板进厂前都有合格的检验证书，但是质量保证部本着对产品认真负责的态度，组织检验人员和探伤人员对MSC 9400TEU钢板的表面、厚度、内部等方面进行多比例的抽查，将有问题的钢板全部退还了钢厂，有效的杜绝了“麻点板”和“缺陷板”的流转，从而为后道的施工工序有效地进行了保障。3.焊工技能保证。针对大线能量钢的焊接，公司组织生产部门供进行了81人次培训，在经过理论、操作考试，以及目视、无损检测、理化等检验后，将一部分不合格的人员淘汰出局，留下55名合格人员，有效的保证了大线能量焊接质量和人员的数量。4.大线能量板的精度控制。大线能量板工艺应用的精度需求：（1）舱口围与舷侧抗扭箱处大线能量板结构的长度尺寸必须一致；（2）舱口围与舷侧抗扭箱在组立合拢后的搭载端面度必须一致；（3）双层底分段总组后的长度必须与舱口围与舷侧抗扭箱总组后的长度一致；（4）船体双层底分段搭载后的长度与大线能量板处的长度一致。5.焊前状况制备。大线能量板分布区域：纵向舱口围分段、舷侧抗扭箱分段，大线能量板垂直气电焊的焊接要求：双面V型坡口，角度范围18°-22°，坡口间隙必须满足7-10mm，。当大于10mm，须改用常规焊接；当小于7mm时，正面仍可采用垂直气电焊，但反面须清根后用常规焊接完成；为此，箱船大线能量板结构以及与此相关的船体结构的制作和建造精度须尽可最大程度满足搭载焊缝焊接工艺规定的7-10mm坡口间隙的要求。公司精度部和搭载部的现场管理人员共同监控现场坡口和间隙情况，从而对坡口角度和根部间隙不达标的焊缝禁止使用大线能量焊接技术，改用常规的二氧化碳保护焊进行代替。通过艏制船的现场统计，1号船一共38条大线能量钢板焊缝，其中19条使用双丝垂直气电焊焊接、另外19条使用CO2半自动进行焊接。本次双丝垂直气电焊焊接比例为50%。
焊缝总长度约为82米，其中双丝垂直气电焊焊接长度为38.52m。故焊接长度比例约为47%。6.焊接过程监控。大线能量板在分段制作阶段拼板时变形较难控制，因变形矫正造成长度超差。尤其是舱口围结构制作变形控制最为关键，其因结构原因制作变形大易造成矫正后长度尺寸超差较大。双层底分段总组搭载后的长度与大线能量板的长度尺寸匹配也是重中之重，如果出现偏差，要造成大线能量板的二次切割。因此在焊前，生产部门的装配工先提交焊前报验，质量保证部的专职QC按要求先内检，将发现的问题标出整改，然后由质保部的专职QC向船东船检提交焊前报验申请单及预热报验单，检查的内容是坡口的间隙、坡口的光洁度、对接缝表明的平整度、钢板预热的温度以及现场WPS的张贴等，全部合格后方能施焊。施工期间质量保证部的QC还要作过程抽查，查焊接初始温度、焊接层间温度、焊工的资质以及现场的工艺纪律执行情况。7.焊后检验。（1）焊缝成型。大线能量钢采用的都是厚板，其焊接要求很高，间隙必须控制在7—10毫米之内才能采用垂直气电焊施工，达不到这个要求必须改成CO2手工焊，而且改成手工焊后还要进行钢板预热，焊接时要采用多层多道焊，每层焊缝的宽度必须控制在20毫米以内，余高不能超过5毫米，因此，焊接质量必须层层控制。（2）无损检测结果。通过几条船的探伤统计，在自动焊应用程度高的几条船上，UT的一次合格率较高。从缺陷的分布和类型来看，自动焊处基本无缺陷，自动焊和手工焊交接处出现问题较多，手工焊焊接时，由于采用的多层多道焊，焊接时对温度和焊工的要求较高，因此缺陷产生的概率较自动焊大，且规律性较小。四、控制效果：焊接效率的提升通过对艏制船现场统计，分别核算了使用双丝垂直气电焊和CO2半自动焊总费用。在使用双丝垂直气电焊时所采用的人工成本和材料成本的总和是39360元，在使用 CO2半自动焊时的人工成本和材料成本的总和是65928元，因此，在艏制船上使用双丝垂直气电焊可降低41%费用。五、结语通过对这5条船的建造和大线能量焊接技术的研究以及焊接质量的控制，公司积累了一定的经验，对后续集装箱船的建造具有很多的借鉴意义，主要体现在：（1）焊工的资质管理，（2）选用正确的WPS参数，（3）操作要精细化、具体化，（4）底漆要有明显的色标区分，（5）焊工必须实名制管理，做到质量可追溯。集装箱船大型化趋势必然导致船厂使用各类新材料、新工艺的应用，大线能量板的使用，有效的提高生产效率，正确的使用焊接新技术是控制集装箱船厚板区域的焊接质量，保证了产品的整体稳定，同时也赢得了船东船检的一致好评，也提高了公司在大型集装箱船建造的市场竞争力。参考文献：[1]杨才福，柴锋，苏航. 大线能量焊接船体钢的研究[J].上海金属，2010，32（1）：1-10.
焊缝总长度约为82米，其中双丝垂直气电焊焊接长度为38.52m。故焊接长度比例约为47%。6.焊接过程监控。大线能量板在分段制作阶段拼板时变形较难控制，因变形矫正造成长度超差。尤其是舱口围结构制作变形控制最为关键，其因结构原因制作变形大易造成矫正后长度尺寸超差较大。双层底分段总组搭载后的长度与大线能量板的长度尺寸匹配也是重中之重，如果出现偏差，要造成大线能量板的二次切割。因此在焊前，生产部门的装配工先提交焊前报验，质量保证部的专职QC按要求先内检，将发现的问题标出整改，然后由质保部的专职QC向船东船检提交焊前报验申请单及预热报验单，检查的内容是坡口的间隙、坡口的光洁度、对接缝表明的平整度、钢板预热的温度以及现场WPS的张贴等，全部合格后方能施焊。施工期间质量保证部的QC还要作过程抽查，查焊接初始温度、焊接层间温度、焊工的资质以及现场的工艺纪律执行情况。7.焊后检验。（1）焊缝成型。大线能量钢采用的都是厚板，其焊接要求很高，间隙必须控制在7—10毫米之内才能采用垂直气电焊施工，达不到这个要求必须改成CO2手工焊，而且改成手工焊后还要进行钢板预热，焊接时要采用多层多道焊，每层焊缝的宽度必须控制在20毫米以内，余高不能超过5毫米，因此，焊接质量必须层层控制。（2）无损检测结果。通过几条船的探伤统计，在自动焊应用程度高的几条船上，UT的一次合格率较高。从缺陷的分布和类型来看，自动焊处基本无缺陷，自动焊和手工焊交接处出现问题较多，手工焊焊接时，由于采用的多层多道焊，焊接时对温度和焊工的要求较高，因此缺陷产生的概率较自动焊大，且规律性较小。四、控制效果：焊接效率的提升通过对艏制船现场统计，分别核算了使用双丝垂直气电焊和CO2半自动焊总费用。在使用双丝垂直气电焊时所采用的人工成本和材料成本的总和是39360元，在使用 CO2半自动焊时的人工成本和材料成本的总和是65928元，因此，在艏制船上使用双丝垂直气电焊可降低41%费用。五、结语通过对这5条船的建造和大线能量焊接技术的研究以及焊接质量的控制，公司积累了一定的经验，对后续集装箱船的建造具有很多的借鉴意义，主要体现在：（1）焊工的资质管理，（2）选用正确的WPS参数，（3）操作要精细化、具体化，（4）底漆要有明显的色标区分，（5）焊工必须实名制管理，做到质量可追溯。集装箱船大型化趋势必然导致船厂使用各类新材料、新工艺的应用，大线能量板的使用，有效的提高生产效率，正确的使用焊接新技术是控制集装箱船厚板区域的焊接质量，保证了产品的整体稳定，同时也赢得了船东船检的一致好评，也提高了公司在大型集装箱船建造的市场竞争力。参考文献：[1]杨才福，柴锋，苏航. 大线能量焊接船体钢的研究[J].上海金属，2010，32（1）：1-10.