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1、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
2、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
3、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
4、。 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,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；,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API 2W
5、 Gr.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,Quality Management Department 2011/03/21,对焊后热处理工艺和做CTOD试验进行如下比较：,三、 现 状 检 查,Welding Office,Quality Management Department,对焊后热处理工艺和做CTOD试验进行如下比较：,三、
6、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API 2W Gr.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
7、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。,表2,三、 现 状 检 查,高效焊接工艺与降本增效,四、目 标 确 定,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
8、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,高效焊接工艺与降本增效,七、要 因 分 析,七、 要 因 分 析,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EEMUA 158：1994 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,八、 对 策 及 实
9、 施,1）编制pWPS和CTOD TEST PROGRAME（CTOD试验程序）,8.2. 实施,2011年1月，小组查阅资料，结合试验和建造经验，选用韧性良好的焊材DW-55LSR，KRYO1； 选择合理的焊接参数，规定手工焊热输入不大于3KJ/mm，在1.4-2.5KJ/mm；规定药芯气体保护焊热输入在0.6-1.3 kj/mm（2G横焊位置）、0.8-1.6KJ/mm(3G立焊位置)范围内；,研究设计图纸、标准和规格书等文件，编制完成PWPS和CTOD TEST PROGRAME试验程序，提交给船东和船检，并得到认可。,八、 对 策 及 实 施,1）编制pWPS和CTOD TEST PR
10、OGRAME（CTOD试验程序）,8.2. 实施,选用焊材：根据AWS D1.1和EEMUA 158标准要求，对于420Mpa和355Mpa级别对接接头，选用DW-A55LSR进行焊接，KRYO 1用于返修。 以下是公司部分焊材熔敷金属焊后状态下的的数据：,从表中可以综合看出，焊材具有良好的力学性能。,八、 对 策 及 实 施,1）编制PWPS和CTOD TEST PROGRAME（CTOD试验程序）,8.2. 实施,拟定PWPS：,拟定力学性能试验项目（MPT&CTOD）：,八、 对 策 及 实 施,1）编制pWPS和CTOD TEST PROGRAME（CTOD试验程序）,8.2. 实施,
11、拟定PWPS：,拟定力学性能试验项目（MPT&CTOD）：,八、 对 策 及 实 施,8.2. 实施,2）制定国外WPQT试验计划和确立试验合作方：,国内CTOD试验起步较晚，国内一些院校和企业经验和技术上比发达国家还有一定的差距，而且费用也高。目前，英国、挪威和美国等国家对焊接接头低温韧性测试技术的研究较多。美国ANDERSONS实验室CTOD试验设备达到世界一流，技术相对国内也比较成熟，试验结果具有权威性。,2月初，在船东协调和帮助下，取消在国内武汉理工大学及其他焊接研究所的试验，确定和美国ANDERSONS实验室共同完成了含有CTOD试验的焊接工艺评定（WPQT），并制定了试验计划（见附
12、录I）。,4月上旬，从启东将DW-A55LSR、KRYO130公斤左右焊材，通过上海运往美国实验室。,2011年5月上旬至6月16日，经过近两个月的WPQT和CTOD试验，南通中远船务焊接室和美国ANDERSONS研究所按照编制和试验程序，顺利完成了所有试验，得到船东和船检的认可。,八、 对 策 及 实 施,8.2. 实施,2）制定国外WPQT试验计划和确立试验合作方：,WPQT试验项目切割分布示意图：,八、 对 策 及 实 施,8.2. 实施,2）制定国外WPQT试验计划和确立试验合作方：,CTOD试验项目图片：,CTOD试验设备和仪器 CTOD试样（缺口位置放大图）,高效焊接工艺与降本增效
13、,九、效 果 检 查,Quality Management Department,Welding Office,九、 效 果 检 查,9.1 试验效果及WPQT和CTOD报告：,每个焊评的CTOD平均值分别为0.84mm，0.877mm，1.043mm，远高于0.15mm的标准要求，完成不小于0.25mm目标，焊接接头抗裂性能很好。,CTOD 尖端开口距离m越大，表明焊接接头整体韧性越高，越耐抗裂。,九、 效 果 检 查,9.1 试验效果及WPQT和CTOD报告：,每个焊评的CTOD平均值分别为0.84mm，0.877mm，1.043mm，远高于0.15mm的标准要求，完成不小于0.25mm目
14、标，焊接接头抗裂性能很好。,CTOD 尖端开口距离m越大，表明焊接接头整体韧性越高，越耐抗裂。,九、 效 果 检 查,9.1 试验效果及WPQT和CTOD报告：,PQR-NT-01-357-2G,各点硬度值都低于325 HV的标准要求，硬度分布图表明，焊接接头焊缝金属、熔合区、热影响区韧性优良。,九、 效 果 检 查,9.1 试验效果及WPQT和CTOD报告：,PQR-NT-01-358-3G,各点硬度值都低于325 HV的标准要求，硬度分布图表明，焊接接头焊缝金属、熔合区、热影响区韧性优良。,九、 效 果 检 查,9.1 试验效果及WPQT和CTOD报告：,PQR-NT-01-359-3G
15、Repair,各点硬度值都低于325 HV的标准要求，硬度分布图表明，焊接接头焊缝金属、熔合区、热影响区韧性优良。,九、 效 果 检 查,9.1 试验效果及WPQT和CTOD报告：,CNV冲击试验：,Quality Management Department,Welding Office,九、 效 果 检 查,9.1 试验效果及WPQT和CTOD报告：,CNV冲击试验：,九、 效 果 检 查,9.1 试验效果及WPQT和CTOD报告：,CNV冲击试验：,九、 效 果 检 查,9.1 试验效果及WPQT和CTOD报告：,CNV冲击试验：,CNV试验去，所有试样，全部高于标准不同焊接线能量下，焊接
16、接头母材、焊缝、返修焊缝、熔合区、热影响区的韧分布，如右表：,焊缝及熔合区的相对偏差。焊接接头区域的韧性分布如图所示。,九、 效 果 检 查,9.1 试验效果及WPQT和CTOD报告：,CNV冲击试验：,359-3G KRYO1 对原始焊缝DW-A55LSR的焊缝热影响区的冲击韧性比DW-A55LSR（358-3G）的韧性有所提高。,359-3G KRYO1 对母材API 2W-Gr.60一侧的影响，冲击韧性从FL到FL+5mm的区域内比358-3G中有所提高，甚至高于357-2G中的冲击韧性。这是因为返修焊缝对近坡口处的母材和原始焊缝金属起到了热处理的作用。,焊缝区域：359-3G用KRYO 1返修焊缝中，纯KRYO 1熔敷金属的冲击值低于359-3G的DW-A55LSR原始焊缝。且二者在焊缝区域低于357-2G中DW
