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“天鲲”号检验中的焊接质量控制

新闻来源:中国船检    浏览量:443 陈继恩 2018-04-25
        2017年6月25日凌晨四点,启东作为江苏省内日出最早的地方,天还只是蒙蒙亮。身为验船师的我已起身离家,驱车赶往三十公里外的上海振华启东海洋工程股份有限公司。今天的报验项目是“天鲲”号绞吸式挖泥船桥架的安装前测量。这艘挖泥船承载了无数中国疏浚人的梦想,验船师必须严格把好质量关。1600吨的桥架,与船体之间的间隙只有13mm,而且要综合考虑焊接变形以及耳轴安装的圆心度、平行度等,精度要求近乎“变态”。我时常谓之为“张飞绣花”,果不其然今天的测量结果还是差了1mm,看来明天又要早起看日出了。上述只是“天鲲”号检验过程中的一个小小的缩影,从2015年12月11日开工到2017年11月3日下水,历经近两年的建造。作为担当验船师的我目睹了“天鲲”号从普通的钢板到船中骄子的蜕变。
图1  “天鲲”号绞吸式挖泥船
        船舶的建造难点主要有:桥架系统的建造与安装、气动减震系统的安装、钢桩台车系统的安装等。其中以桥架系统的建造与安装难度最大。桥架整体重量约1600吨,长度42米,宽度8米,高度11米。位于船尾部的中心开槽处,桥架绕耳轴转动,桥架耳轴和船体耳轴安装最小间隙13mm 。桥架与船体上下耳轴机加工后,轴销安装只有3mm的余量。想要把1600吨的庞然大物吊起,并精确安装到船体上,难度可想而知。
        桥架系统的制作和安装涉及到两个核心难点即吊重和精度控制。1600T早已超过船厂的最大起重能力(最大龙门吊600T),为此船厂专门设计了桥架系统的吊装和移运工装,即采用滚装台车,配合龙门架上的动滑轮组便可以用200T的力撬动这个大家伙。而精度控制所涉及的因素较为复杂,如:温度影响、仪器设备的影响、人员的影响等。
        为了验证温度的影响,对于一天之中不同的时间段测量的结果进行了对比,如上图所示,而得出的结论就是测量时间为凌晨3~7点最为合适,误差为±1mm,所以才出现了文章开始凌晨参与桥架测量安装报验的情况。关于设备,船舶在测量过程中采用了高精度全站仪,系统误差在0.5mm。对于人员测量的误差,现场要求制定严格的操作规程及步骤,所以我在现场的大部分时间在于监控操作人员的测量过程。严格按照认可的操作规程一步一步,一个点一个点地测量。虽然繁琐枯燥,殊不知失之毫厘,谬之千里,绝对不能有一丝疏忽和怠慢。
        桥架的安装成功,让我松了一口气。当然,辛苦的检验之余不仅仅只有成功的喜悦,也有冥思苦想,手足无措的踌躇。“天鲲”号移锚杆下绞点销轴,材质42CrMo锻件,在焊接过程中出现开裂,裂纹在靠42CrMo一侧的熔合线和部分焊缝。裂纹在焊接过后的几分钟内用肉眼就可以看出,且沿焊缝方向整条开裂。现场焊接前进行打磨坡口清理干净,随后进行加热,由于现场结构复杂,加热温度在200~280℃,焊丝使用Supercored 71H。
图2 裂纹
        此裂纹是在焊后立即出现,42CrMo合金元素较多,结晶温度区间大,很有可能是热裂纹,母材焊材需严格控制碳含量及S、P的含量。此外42CrMo碳当量较高,组织易淬硬,在拉应力作用下也容易出现冷裂纹。由于42CrMo材质的焊接工艺认可在开工之前已进行焊接工艺评定,试板焊接未出现此类开裂现象。现场出现此问题实在是让人百思不得其解。分析下来原因可能有:一是母材材质可能有问题。二是此材质需要较高的加热温度来降低冷却速度防止组织易淬硬,现场施工困难,加热温度很难控制,且现场结构复杂焊接有相对较大的应力,后期要求厂家提供材质证书,对现场材料取样进行化学成分分析,确定材质成分及杂质含量。经过理化性能试验证明该材质符合相关质量标准。所以只能采取第二种方案,进行整体回炉子加热后焊接,并实时监控加热温度。结合现场施工的实际,焊接后温度降低的很快,第二道焊缝完成后,温度已经下降到焊接要求的温度以下,现场使用烘枪进行补热。焊接完成两天后,除前两道焊缝外,其他焊缝均出现大面积焊接裂纹。已经无法修补,而此时工件也已基本宣布报废。最终设计方修改了部分尺寸,并改用了更加易焊的材料,才使工作能够继续。
        这件事情确实让我记忆深刻,高碳当量合金钢机械性能优越,价格低,受到不少船厂及设计方的青睐,但是碳当量越高焊接性越差,焊接时极易产生裂纹,而裂纹是焊接质量控制中绝对禁止的。因此在现场焊接检验中要格外关注高碳当量材质的焊接。
        虽然在检验中经历了一些磨难和挫折,但当2017年11月3日“天鲲”号挖泥船正式下水时,我的心里却是满满的喜悦。“天鲲”下水便为“鹏”,历时近两年的工作终于有了阶段性的成果。作为亚洲最大、中国首艘拥有完全自主知识产权的重型自航绞吸挖泥船能够翻江倒海、移山造岛。“北冥有鱼,其名为鲲,化而为鸟,其名为鹏”。下水之后的“天鲲”号必能能够水击三千里,扶摇直上九万里,为中国海洋强国建设再添更大助力。
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