CTOD高效焊接工艺在海工装备制造业的应用

1、CTOD高效焊接工艺在海工高效焊接工艺在海工装备制造业的应用装备制造业的应用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。集团

2、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、对策及实施八角“奥特宝”目录 九、效果检查 十、

3、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 和和N389 项目概况项目概况2.CTOD 简简 介：介：1. N262 和和N389 项目概况：项目概况： N262 和和N389 项目项目为美国为美国船东船东公司建造，公司建造，是一个概念性项目，属是一个概念性项目，属于于“FDPSO”生产储油生产储油平台，平台，该海工产品集储该海工产品集储油、炼油功能于一体，油、炼油功能于一体，属于当今世界海洋钻井属于当今世界海洋钻井平台技术水平最高，作平台技术水平最高，作业水平能力最强的领先业水平能力最强的领先产品。（因保密条款要产品。（因保密条款要求，就不进一步介绍了）求，就不

4、进一步介绍了）南通中远船务南通中远船务 高效焊接研究小组高效焊接研究小组 2011年成果报告年成果报告 2.CTOD 简简 介：介： CTOD 试验是一种评价材料试验是一种评价材料和焊接接头抗断裂性能的有效方和焊接接头抗断裂性能的有效方法。法。 工业发达国家已在制造业中广工业发达国家已在制造业中广泛应用泛应用CTOD试验作为焊接接头试验作为焊接接头的评定方法，以评价焊接接头整的评定方法，以评价焊接接头整体抗开裂性能的优劣。如果体抗开裂性能的优劣。如果CTOD值足够，说明韧性足够，值足够，说明韧性足够，可以免除做焊后热处理。可以免除做焊后热处理。高效焊接工艺与降本增效二、选 题 理 由此项目的设

5、计和检验标准主要依照此项目的设计和检验标准主要依照EEMUA 158:1994规范，规范，而而在在EEMUA 158中，对中，对50mm以上的钢板要做焊后热处理（以上的钢板要做焊后热处理（PWHT）或）或CTOD试验，二者择一。试验，二者择一。Topside主体结构和主体结构和 keel-Guide & TTR连接结构连接结构，主要是由结构主要是由结构管、大型工字梁组成，管、大型工字梁组成，其结构材料选用其结构材料选用EQ43、API 2W Gr.60超高超高强钢和强钢和AB/EH36高强钢板高强钢板，焊接接头板厚最大达，焊接接头板厚最大达100mm。这些重这些重要节点是由大厚度钢板或

6、结构管相接，结构管连接多是要节点是由大厚度钢板或结构管相接，结构管连接多是开单面坡开单面坡口口，其中大约其中大约70%以上焊缝为以上焊缝为TKY节点节点和管子对接单面焊双面成和管子对接单面焊双面成型焊缝型焊缝。焊接接头厚度越大，拘束度也大，就越有可能产生裂纹。焊接接头厚度越大，拘束度也大，就越有可能产生裂纹。根据经验和一些标准要求，采用根据经验和一些标准要求，采用TMCP工艺的厚钢板不推荐做热工艺的厚钢板不推荐做热处理，熔敷金属和母材的力学性能在热处理后性能未必提高处理，熔敷金属和母材的力学性能在热处理后性能未必提高，焊，焊后热处理产生的热应力甚至引发裂纹，热处理成本也较高。后热处理产生的热应

7、力甚至引发裂纹，热处理成本也较高。焊接接头必须具有足够的韧性；焊接接头必须具有足够的韧性；焊接接头要具有焊接接头要具有良好的抗裂性能；良好的抗裂性能； 提高焊提高焊接接头接接头具的韧具的韧性，性，通过通过CTOD试验，试验，不需要不需要PWHT热处理后的焊接接头韧性未必提高，热处理后的焊接接头韧性未必提高，甚至降低；甚至降低；热处理增加诸多困难和不便；热处理增加诸多困难和不便；热处理使成本增多；热处理使成本增多； 只要通过只要通过CTOD试验可以证明整体板厚的焊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

8、量调查和研试验的通过，前期必须做大量调查和研究工作。究工作。为了研究超厚超高强度钢为了研究超厚超高强度钢API 2W Gr.60、AB/EH36级别的抗裂性能，还能级别的抗裂性能，还能同时兼同时兼顾焊接结构的安全性和建造施工的经济性。我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，们成立了技术攻关小组，开展高效焊接工艺推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，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。降低消耗，提高经济效益。 高效焊接工艺与降本增效三、现 状

9、检 查Quality Management Department 2011/03/21工艺考虑因素工艺考虑因素制定做焊后热处理的焊接工艺制定做焊后热处理的焊接工艺制定做制定做CTODCTOD试验的焊接工艺试验的焊接工艺设备和工具设备和工具准备和购买完好的加热设备、传感器、测温工准备和购买完好的加热设备、传感器、测温工具、加热片、保温棉、检查供电情况、足够长具、加热片、保温棉、检查供电情况、足够长和数量的加热器专业电线。和数量的加热器专业电线。力学性能试验以及力学性能试验以及CTODCTOD试验外协。试试验外协。试验室要具有做验室要具有做CTODCTOD的设备和资质。的设备和资质。材料材料焊材选

10、择受限，焊材熔敷金属可以经过热处理焊材选择受限，焊材熔敷金属可以经过热处理，力学性能还要达到标准要求；选用可以处理，力学性能还要达到标准要求；选用可以处理的焊材。某些情况下，热处理后的焊材冲击韧的焊材。某些情况下，热处理后的焊材冲击韧性在热处理后降低。性在热处理后降低。焊材选用受限，选用做过焊材选用受限，选用做过CTODCTOD试验的试验的焊材，焊材厂家需要提供有相关焊材，焊材厂家需要提供有相关CTODCTOD试验资料的焊材。试验资料的焊材。母材的交货状态为母材的交货状态为TMCPTMCP，不是单独退火的热处，不是单独退火的热处理状态。不是单独退火的热处理状态。理状态。不是单独退火的热处理状态

11、。母材的交货状态为母材的交货状态为TMCP，不受热处，不受热处理影响。理影响。人员人员专业的焊接加热工数名，安排好排好工作区域专业的焊接加热工数名，安排好排好工作区域和时间。和时间。不需要专业热处理工。不需要专业热处理工。工艺工艺增加热处理这一工序，造成工程量大，工作复增加热处理这一工序，造成工程量大，工作复杂。杂。不需要热处理。不需要热处理。施工环境施工环境做好防护棚，做好防雨水，防火灾；空间位置做好防护棚，做好防雨水，防火灾；空间位置高。高。不需要热处理，不占用不需要热处理，不占用 对焊后热处理工艺和做对焊后热处理工艺和做CTOD试验进行如下比较：试验进行如下比较：Welding Offi

12、ceQuality Management Department 工艺考虑因素工艺考虑因素制定做焊后热处理的焊接工艺制定做焊后热处理的焊接工艺制定做制定做CTODCTOD试验的焊接工艺试验的焊接工艺工期工期大量焊缝需要的热处理时间长大量焊缝需要的热处理时间长不耗费施工工期不耗费施工工期成本成本消耗大量的电能、人工、设备和材料，产生的消耗大量的电能、人工、设备和材料，产生的直接和间接费用计算复杂直接和间接费用计算复杂只需付试验费用。试验成功，工艺文只需付试验费用。试验成功，工艺文件认可后，现场不做热处理，省去热件认可后，现场不做热处理，省去热处理产生的直接和间接费用。处理产生的直接和间接费用。 其

13、他因素：其他因素：（1 1） 焊缝空间较高，结构形式复杂，焊缝空间较高，结构形式复杂，TKY节节点多，这些位置增加工人施工的不安全因素，点多，这些位置增加工人施工的不安全因素，增加工人铺设加热片和热处理难度。现场热处增加工人铺设加热片和热处理难度。现场热处理位置，搭设防护棚，防雨布，为易燃材料，理位置，搭设防护棚，防雨布，为易燃材料，有安全隐患，需要有专人看管有安全隐患，需要有专人看管（1 1）试验用焊接材料运输到美国。）试验用焊接材料运输到美国。（2 2） 遇到现场断电、停电等突发情况等其他遇到现场断电、停电等突发情况等其他因素造成热处理不当，容易造成材料性能降低因素造成热处理不当，容易造成

14、材料性能降低（2 2）实验室资质，要满足船东和船）实验室资质，要满足船东和船检要求检要求（3）可以国内进行）可以国内进行WPQTWPQT和热处理和热处理（3 3）公司及集团内没有做过）公司及集团内没有做过CTODCTOD的的试验工艺和经验，按照试验工艺和经验，按照6 6种标准进行种标准进行CTODCTOD试验，国内技术不成熟试验，国内技术不成熟（4）其他不可预见因素）其他不可预见因素（4 4）其他不可预见因素）其他不可预见因素 对焊后热处理工艺和做对焊后热处理工艺和做CTOD试验进行如下比较：试验进行如下比较： 只要通过只要通过CTOD试验可以证明整体板厚的焊试验可以证明整体板厚的焊接接头韧性

15、优良，可以不做热处理。而保证接接头韧性优良，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试验的通过，前期必须做大量调查和研究工作。究工作。为了研究超厚超高强度钢为了研究超厚超高强度钢API 2W Gr.60、AB/EH36级别的抗裂性能，还能级别的抗裂性能，还能同时兼同时兼顾焊接结构的安全性和建造施工的经济性。我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，们成立了技术攻关小组，开展高效焊接工艺推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，高强钢焊接接头韧性和抗裂

16、性能，提高质量，降低消耗，提高经济效益。降低消耗，提高经济效益。经查焊材经查焊材资料和公资料和公司的焊材司的焊材复验和复验和PQR数据，数据，DW-A55LSR焊材热处焊材热处理后，材理后，材料强度和料强度和冲击韧性冲击韧性都变差，都变差，如表如表1，表，表2所示：所示：表表1可见，选择合适可见，选择合适的焊接方法和材的焊接方法和材料，制定出适用料，制定出适用的焊接工艺和焊的焊接工艺和焊后热处理，提高后热处理，提高焊接接头韧性，焊接接头韧性，会消耗大量的人会消耗大量的人力和物力，浪费力和物力，浪费能源、降低企业能源、降低企业效益；选择增做效益；选择增做CTOD试验，既试验，既能改进质量、降能改

17、进质量、降低消耗，提高经低消耗，提高经济效益。济效益。 Charpy Impact Value ResultsCharpy Impact Value Results DW-A55LSR DW-A55LSR9010512215413276629611011005010015020012345Weld Coupon #Weld Coupon #Impact ValuesImpact Values(Joules)(Joules) -60 -60o oC TestC TestTemperatureTemperatureAs Welded (Lot AX02185)PWHT (Lot AX02185)

18、: temp 620C, time 1hr表表2高效焊接工艺与降本增效四、目 标 确 定确定目标标准&规格书焊接工艺参数CTOD / MPT 试验工艺文件完成拥有自主知识产权的带有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，试验数据的工艺报告和工艺文件，实现集团内实现集团内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，提高经济效益程质量，改善施工工艺和环境，提高经济效益。争取在争取在TTR项目上节约成本项目上节约成本200万万。选定焊接工艺参数，提高焊接接头韧性，选定焊接工艺参数，提高

19、焊接接头韧性，确保超确保超高强度钢焊接试板高强度钢焊接试板力学性能达到标准力学性能达到标准、项目规格书项目规格书、工艺文件和船东、工艺文件和船东要求。确保要求。确保CTOD的试验成功，满足的试验成功，满足CTOD 尖端开口距离不小于尖端开口距离不小于0.25mm的目标（标准的目标（标准规定不小于规定不小于0.15mm）。）。高效焊接工艺与降本增效五、原 因 分 析 5M1E分析分析高效焊接工艺与降本增效六、要 因 确 认序序要因要因确认内容确认内容确认结果确认结果确认人确认人是否要因是否要因1 1pWPSpWPS设定的工艺参数不当设定的工艺参数不当工艺参数包括焊接参数、热参数等工艺参数包括焊接

20、参数、热参数等影响焊接热输入和接头组织状态影响焊接热输入和接头组织状态是是2 2没有没有船东船检认可的包含船东船检认可的包含CTODCTOD试验焊接工艺评定程序文件试验焊接工艺评定程序文件没有试验计划和程序，不好进行试验，试验没有试验计划和程序，不好进行试验，试验验收标准不清验收标准不清没有此项目试验计划和程序没有此项目试验计划和程序是是3 3焊工操作造成焊接试板有缺焊工操作造成焊接试板有缺焊工技能、年龄、注意力、思想状态等会影焊工技能、年龄、注意力、思想状态等会影响焊缝质量响焊缝质量选用技能等多方面都很优秀的焊工去做焊选用技能等多方面都很优秀的焊工去做焊接工艺评定接工艺评定否否4 4试验人员

21、操作失误试验人员操作失误试验人员操作失误，使试验数据不精确试验人员操作失误，使试验数据不精确试验人员技术娴熟经验丰富，失误情况忽试验人员技术娴熟经验丰富，失误情况忽略不计略不计否否5 5实验室设备和资质达不到要求实验室设备和资质达不到要求船东对实验室设备和资质有要求船东对实验室设备和资质有要求试验设备和资质符合要求试验设备和资质符合要求否否6 6实验和检测用设备仪器故障实验和检测用设备仪器故障故障、仪表失灵、刻度误差等导致试验失败故障、仪表失灵、刻度误差等导致试验失败设备定期进行点检和维护，符合使用要求设备定期进行点检和维护，符合使用要求否否7 7无损探伤漏检试样上的缺陷无损探伤漏检试样上的缺

22、陷缺陷会造成试验力学性能下降或试验失败缺陷会造成试验力学性能下降或试验失败无损检测结果可信无损检测结果可信否否8 8CTODCTOD试验技术和经验不足试验技术和经验不足技术和经验不足，造成试验存在误差或失败技术和经验不足，造成试验存在误差或失败调研后，国内调研后，国内CTODCTOD试验比不上国外试验比不上国外是是9 9试样加工不符合标准和程序要试样加工不符合标准和程序要求求试样加工的公差和粗糙度，标准有强制要求试样加工的公差和粗糙度，标准有强制要求，试样加工不合格，影响试验结果，试样加工不合格，影响试验结果试样加工能依照标准加工，而且船东船检试样加工能依照标准加工，而且船东船检要检验测量合格

23、后才实验要检验测量合格后才实验否否1010焊材力学性能不达标准要求焊材力学性能不达标准要求焊材焊材CTODCTOD值以及其他力学性能对焊接接头起值以及其他力学性能对焊接接头起到重要作用到重要作用选用的是性能优良的焊材，但公司内没有选用的是性能优良的焊材，但公司内没有做过做过CTODCTOD试验试验 是是1111钢板本身有问题钢板本身有问题钢板质量直接影响焊接头质量钢板质量直接影响焊接头质量钢板是船东定制，经过严格进货检验和钢板是船东定制，经过严格进货检验和NDTNDT检验，使用的钢板合格检验，使用的钢板合格否否1212焊材运输保管不当受潮焊材运输保管不当受潮焊材保管不当，受潮、生锈等情况，使焊

24、缝焊材保管不当，受潮、生锈等情况，使焊缝增氢、硬脆，增加产生裂纹倾向增氢、硬脆，增加产生裂纹倾向焊材保管符合要求焊材保管符合要求否否1313试验环境差试验环境差受气候、湿度、风等影响受气候、湿度、风等影响美国焊接和检测试验室环境较好美国焊接和检测试验室环境较好否否高效焊接工艺与降本增效七、要 因 分 析序序要因要因分析结果分析结果处理方案处理方案1 1pWPS设定的工艺参数设定的工艺参数不当不当工艺参数不当，不适用设计工艺参数不当，不适用设计和生产；选用焊材不当，试和生产；选用焊材不当，试验失败；热参数不当，容易验失败；热参数不当，容易产生裂纹，或母材组织恶化产生裂纹，或母材组织恶化研究设计图

25、纸、标准和程序文件研究设计图纸、标准和程序文件，编制，编制pWPS，给定焊材和焊接，给定焊材和焊接工艺参数、热参数等工艺参数、热参数等2 2没有船东船检认可的包没有船东船检认可的包含含CTOD试验焊接工艺试验焊接工艺评定程序文件评定程序文件没有依照的程序文件进行试没有依照的程序文件进行试验和验收验和验收研究所涉及的研究所涉及的6种标准和设计图纸种标准和设计图纸、规格书等按照标准要求和程序、规格书等按照标准要求和程序编制编制CTOD TEST PROGRAM，试验有据可依，按程序要求进行试验有据可依，按程序要求进行试验和验收试验和验收3 3CTOD试验技术和经验试验技术和经验不足不足国内国内CT

26、OD试验比不上国外，试验比不上国外，而且试验费用高而且试验费用高与船东协商，找一家对与船东协商，找一家对CTODCTOD试验试验技术和经验成熟的研究所或实验技术和经验成熟的研究所或实验室，进行室，进行WPQTWPQT和和CTODCTOD试验试验4 4焊材力学性能不达标准焊材力学性能不达标准要求要求焊材力学性能不稳定或不好焊材力学性能不稳定或不好，将导致力学性能试验和，将导致力学性能试验和CTODCTOD试验不通过试验不通过查阅资料和以往有关焊材的力学查阅资料和以往有关焊材的力学性能试验实验数据，和选择韧性性能试验实验数据，和选择韧性优良的适合超高强度钢的优良的适合超高强度钢的420Mpa420

27、Mpa级别的焊材级别的焊材高效焊接工艺与降本增效八、对 策 及 实 施目前集团内没有做过包含目前集团内没有做过包含CTODCTOD的焊接工艺，的焊接工艺，按按EEMUA 158：1994 建造此建造此类结构，在集团内类结构，在集团内尚属首次，没有可借鉴的经验。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：经过调研和多方协商，制定了对策表：8 8.1.1对策及实施计划表对策及实施计划表存在问题存在问题对策对策开始日期解决期限开始日期解决期限目标目标负责人负责人pWPS设定的工艺参设定的工艺参数不当数不当研究设计图纸、标准和程序文件，编制研究设计图纸、标准和程序文件，编制pWPS，

28、给定焊材和焊接工艺参数、热参，给定焊材和焊接工艺参数、热参数等。数等。2011 1年年1月月工艺可行，工艺可行，程序满程序满足标准要求，船东足标准要求，船东、船检认可、船检认可没有船东船检认可的没有船东船检认可的包含包含CTOD试验焊接试验焊接工艺评定程序文件工艺评定程序文件研究所涉及的研究所涉及的6种标准和设计图纸、规格种标准和设计图纸、规格书等按照标准要求和程序编制书等按照标准要求和程序编制CTOD TEST PROGRAM，试验有据可依，按，试验有据可依，按程序要求进行试验和验收程序要求进行试验和验收2011 1年年1月月程序满足标准要求程序满足标准要求，船东、船检签字，船东、船检签字认

29、可认可国内国内CTOD和技术经和技术经验不足验不足与船东协商，联系到美国做与船东协商，联系到美国做WPQTWPQT和和CTODCTOD试验试验20112011年年2 2月月-6月月确定好合做实验室确定好合做实验室；确保试验结果准；确保试验结果准确符合要求，并得确符合要求，并得到船东船检认可。到船东船检认可。焊材力学性能不达标焊材力学性能不达标准要求准要求查阅资料和以往有关焊材的力学性能试查阅资料和以往有关焊材的力学性能试验实验数据，和选择韧性优良的适合超验实验数据，和选择韧性优良的适合超高强度钢的高强度钢的420Mpa420Mpa级别的焊材。级别的焊材。20112011年年1月月焊材可用于试验

30、且焊材可用于试验且试验结果满足要求试验结果满足要求。1）编制）编制pWPS和和CTOD TEST PROGRAME（CTOD试验程序）试验程序）8 8.2. .2. 实施实施 存在问题存在问题pWPS设定的工设定的工艺参数不当艺参数不当没有船东船检认可的没有船东船检认可的包含包含CTOD试验焊接试验焊接工艺评定程序文件工艺评定程序文件国内国内CTOD和技术经和技术经验不足验不足焊材力学性能不达标焊材力学性能不达标准要求准要求2011年年1月，小组查阅资料，结合试验和建造经验，选用韧月，小组查阅资料，结合试验和建造经验，选用韧性良好的焊材性良好的焊材DW-55LSR，KRYO1；选择合理的焊接参

31、数，规定手工焊热输入不大于选择合理的焊接参数，规定手工焊热输入不大于3KJ/mm，在在1.4-2.5KJ/mm；规定药芯气体保护焊热输入在；规定药芯气体保护焊热输入在0.6-1.3 kj/mm（2G横焊位置）、横焊位置）、0.8-1.6KJ/mm(3G立焊位置立焊位置)范围范围内内；研究设计图纸、标准和规格书等文件，编制完成研究设计图纸、标准和规格书等文件，编制完成PWPS和和CTOD TEST PROGRAME试验程序，提交给船东和船检，试验程序，提交给船东和船检，并得到认可。并得到认可。1）编制）编制pWPS和和CTOD TEST PROGRAME（CTOD试验程序）试验程序）8 8.2.

32、 .2. 实施实施 选用焊材：根据选用焊材：根据AWS D1.1和和EEMUA 158标准要求，对于标准要求，对于420Mpa和和355Mpa级别对接接级别对接接头，选用头，选用DW-A55LSR进行焊接，进行焊接，KRYO 1用于返修。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：以下是公司部分焊材熔敷金属焊后状态下的的数据：牌号牌号级别级别厂家厂家屈服强度屈服强度 抗拉强度抗拉强度 冲击值冲击值延伸率延伸率批号批号470470MPa（550550-69 90MPa）（-60-60，27J）21%DW-A55LSRE81T1-Ni1M日本神钢日本神钢525585144,132,14

33、432.5AW01615525585132,118,12229AX02185530585116,118,13430AW99445Kryo1E8018-G-H4R日本神钢日本神钢445600100,118,962902510342452060576,86,10027.5025104632从表中可以综合看出，焊材具有良好的力学性能。从表中可以综合看出，焊材具有良好的力学性能。1）编制）编制PWPS和和CTOD TEST PROGRAME（CTOD试验程序）试验程序）8 8.2. .2. 实施实施 拟定拟定PWPS：拟定力学性能试验拟定力学性能试验项目项目（MPT&CTOD）：）：1）编制）

34、编制pWPS和和CTOD TEST PROGRAME（CTOD试验程序）试验程序）8 8.2. .2. 实施实施 拟定拟定PWPS：拟定力学性能试验拟定力学性能试验项目项目（MPT&CTOD）：）：8 8.2. .2. 实施实施 2）制定国外）制定国外WPQT试验计划和确立试验合作方：试验计划和确立试验合作方： 国内国内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

35、韧性测试技术的研究较多。美国术的研究较多。美国ANDERSONS实验室实验室CTOD试验设备达到世界一流，技术相对国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。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，确定和美国定和美国ANDERSONS实验室共同完成了含有实验室共同完成了含有CTOD试验的焊接工艺评定（试验的焊接工艺评定（WPQT），并），并制定了试验计划（见附录制定了试验计划（见附录I）。）。4月上旬，从启东将月上旬，从启东将DW

36、-A55LSR、KRYO130公斤左右焊材，通过上海运往美国实验室。公斤左右焊材，通过上海运往美国实验室。2011年年5月上旬至月上旬至6月月16日，经过近两个月的日，经过近两个月的WPQT和和CTOD试验，南通中远船务焊接试验，南通中远船务焊接室和美国室和美国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。船检的认可。8 8.2. .2. 实施实施 2）制定国外）制定国外WPQT试验计划和确立试验合作方：试验计划和确立试验合作方：WPQT试验项目切割分布示意图：试验项目切割分布示意图： 8 8.2.

37、 .2. 实施实施 2）制定国外）制定国外WPQT试验计划和确立试验合作方：试验计划和确立试验合作方：CTOD试验项目图试验项目图片片： CTOD试验设备和仪器试验设备和仪器 CTOD试样（缺口位置放大图）试样（缺口位置放大图）高效焊接工艺与降本增效九、效 果 检 查Quality Management Department Welding Office9.1 试验效果及试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告：每个焊评的每个焊评的CTOD平均值分别为平均值分别为0.84mm，0.877mm，1.043mm，远高于，远高于0.15mm的标的标准要求，完成不小于准要求，完成不小于0.25mm目标

38、，焊接接头抗裂性能很好。目标，焊接接头抗裂性能很好。 CTOD 试验结果试验结果 PQR N0.LocationSpecimenCTOD (inches)CTOD (mm)ValidityPQR-NT-01-357-2GOrigal Weld357-1m=0.033m=0.84validOrigal Weld357-2m=0.035m=0.88validOrigal Weld357-3m=0.36m=0.91validPQR-NT-01-358-3GOrigal Weld358-1m=0.032m=0.81validOrigal Weld358-2m=0.033m=0.85validOriga

39、l Weld358-3m=0.034m=0.86validPQR-NT-01-359-RepairRepair Weld359-R4m=0.047m=1.2validRepair Weld359-R5m=0.038m=0.97validRepair Weld359-R6m=0.038m=0.96validCTOD displace acceptable value is not less than 0.15mm as per EEMUA 158:1994. CTOD 尖端开口距离尖端开口距离m越大，表明焊接接头整体越大，表明焊接接头整体韧性韧性越越高高，越耐抗裂。，越耐抗裂。9.1 试验效果及

40、试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告：每个焊评的每个焊评的CTOD平平均值分别为均值分别为0.84mm，0.877mm，1.043mm，远高于远高于0.15mm的标准要的标准要求，完成不小于求，完成不小于0.25mm目标，焊接接头抗裂性目标，焊接接头抗裂性能很好。能很好。 C CT TOOD D V Va al lu ue e R Re es su ul lt ts s0.910.840.880.860.850.810.960.971.200.20.40.60.811.21.4123WWe el ld d C Co ou up po on n # #C CT TOOD D d di is

41、sp pl la ac ce eV Va al lu ue es s ( (mmmm) ) - -1 10 0 T Te es st t357-2G Weld Metal: 358-3G Weld Metal:359-3G Repair weld metal: CTOD 尖端开口距离尖端开口距离m越大，表明焊接接头整体越大，表明焊接接头整体韧韧性性越越高高，越耐抗裂。，越耐抗裂。9.1 试验效果及试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告： PQR-NT-01-357-2G 各点硬度值都低于各点硬度值都低于325 HV的标准的标准要求，硬度分布图表明，焊接接头焊要求，硬度分布图表明，焊接接头焊缝

42、金属、熔合区、热影响区韧性优良。缝金属、熔合区、热影响区韧性优良。9.1 试验效果及试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告： PQR-NT-01-358-3G 各点硬度值都低于各点硬度值都低于325 HV的标准的标准要求，硬度分布图表明，焊接接头焊要求，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。缝金属、熔合区、热影响区韧性优良。9.1 试验效果及试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告： PQR-NT-01-359-3G Repair 各点硬度值都低于各点硬度值都低于325 HV的标准的标准要求，硬度分布图表明，焊接接头焊要求，硬度分布图表明，焊接接头焊缝金属、熔合区、热影

43、响区韧性优良。缝金属、熔合区、热影响区韧性优良。9.1 试验效果及试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告： CNV冲击试验：冲击试验：PQR-NT-01-357-2GEnergy Absorbed(Joules) -40 -40LocationSpecimen No.Single value(J)Ave. value(J)1Weld Metal-Cap357-WC1121261181192Weld Metal-Root357-WR10498971003Fusion Line EH36,Root357-FLR-EH361231451181295Fusion Line EH36,Cap357-F

44、LC-EH361411541361446FL+2mm EH36,Cap357-2LC-EH362922362992767FL+5mm EH36,Cap357-5LC-EH362362402332364Fusion Line 2W60,Root357-FLR-2W601861651401648Fusion Line 2W60,Cap357-FLC-2W601421321241339FL+2mm 2W60,Cap357-2LC-2W6029914629924810FL+5mm 2W60,Cap357-5LC-2W60299299297298Quality Management Department

45、 Welding Office9.1 试验效果及试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告： CNV冲击试验：冲击试验：PQR-NT-01-358-3GEnergy Absorbed(Joules) -40 -40LocationSpecimen No.Single value(J)Ave. value(J)1Weld Metal-Cap358-WC100971101022Weld Metal-Root358-WR8110376873Fusion Line EH36,Root358-FLR-EH361481011331275Fusion Line EH36,Cap358-FLC-EH366220

46、61631446FL+2mm EH36,Cap358-2LC-EH362462462442457FL+5mm EH36,Cap358-5LC-EH362402402362394Fusion Line 2W60,Root358-FLR-2W601591601371528Fusion Line 2W60,Cap358-FLC-2W601471621381499FL+2mm 2W60,Cap358-2LC-2W6024824223824310FL+5mm 2W60,Cap358-5LC-2W602342342402369.1 试验效果及试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告： CNV冲击试验：冲击

47、试验：PQR-NT-01-359-3G REPAIREnergy Absorbed(Joules) -40 -40LocationSpecimen No.Single value(J) Ave. value(J)1Weld Metal-Rep.Cap359-WC58 103 91 842Weld Metal-RepRoot359-WR127 108 106 1143Fusion Line OWM,Root359-FLR-OWM109 84 118 1045Fusion Line OWM,Cap359-FLR-OWM125 108 108 1146FL+2mm OWM,Cap359-2LC-OW

48、M101 103 95 1007FL+5mm OWM,Cap359-5LC-OWM107 95 101 1013Fusion Line 2W60,Root359-FLR-2W60288 289 101 2268Fusion Line 2W60,Cap359-FLC-2W60125 283 197 2029FL+2mm 2W60,Cap359-2LC-2W60276 269 276 27410FL+5mm 2W60,Cap359-5LC-2W60274 270 278 2749.1 试验效果及试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告： CNV冲击试验：冲击试验：CNVCNV试验试验去，所有试去，

49、所有试样，全部高样，全部高于标准不同于标准不同焊接线能量焊接线能量下，焊接接下，焊接接头母材、焊头母材、焊缝、返修焊缝、返修焊缝、熔合区、缝、熔合区、热影响区的热影响区的韧分布，如韧分布，如右表右表：C Ch ha ar rp py y I Immp pa ac ct t V Va al lu ue e R Re es su ul lt ts s119133248298127102102871521492432361142262022742742762361441291641191102392451448411450100150200250300FL+5mm-EH36FL+2mm-EH36FL

50、-EH36/capFL-EH36/RootWM-OWM/HAZWM-CAPWM-ROOTFL-2W60/RootFL-2W60/CapFL+2mm-2W60FL+5mm-2W60C CV VNN C Co ou up po on n # #Impact test Values (Joules) -40 Test Temperature357-2G Weld Metal: 358-3G Weld Metal:359-3G Repair WM: 359-3G FL Original WM: 359-3G FL+2 Original WM: 359-3G FL+5 Original WM: 焊缝及熔

51、合区的相对焊缝及熔合区的相对偏差。焊接接头区域偏差。焊接接头区域的韧性分布如图所示。的韧性分布如图所示。9.1 试验效果及试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告： CNV冲击试验：冲击试验：C Ch ha ar rp py y I Immp pa ac ct t V Va al lu ue e R Re es su ul lt ts s119133248298127102102871521492432361142262022742742762361441291641191102392451448411450100150200250300FL+5mm-EH36FL+2mm-EH36FL-EH3

52、6/capFL-EH36/RootWM-OWM/HAZWM-CAPWM-ROOTFL-2W60/RootFL-2W60/CapFL+2mm-2W60FL+5mm-2W60C CV VNN C Co ou up po on n # #Impact test Values (Joules) -40 Test Temperature357-2G Weld Metal: 358-3G Weld Metal:359-3G Repair WM: 359-3G FL Original WM: 359-3G FL+2 Original WM: 359-3G FL+5 Original WM: 359-3G K

53、RYO1 对原始对原始焊缝焊缝DW-A55LSR的焊缝的焊缝热影响区的冲击韧性比热影响区的冲击韧性比DW-A55LSR（358-3G）的韧性有所提高。的韧性有所提高。359-3G KRYO1 对母材对母材API 2W-Gr.60一侧的影响，冲一侧的影响，冲击韧性从击韧性从FL到到FL+5mm的的区域内比区域内比358-3G中有所提中有所提高，甚至高于高，甚至高于357-2G中的中的冲击韧性。这是因为返修冲击韧性。这是因为返修焊缝对近坡口处的母材和焊缝对近坡口处的母材和原始焊缝金属起到了热处原始焊缝金属起到了热处理的作用。理的作用。焊缝区域焊缝区域：359-3G用用KRYO 1返修焊缝中，纯返修

54、焊缝中，纯KRYO 1熔敷金属的冲击熔敷金属的冲击值低于值低于359-3G的的DW-A55LSR原始焊缝。且二原始焊缝。且二者在焊缝区域低于者在焊缝区域低于357-2G中中DW-A55LSR焊缝金属焊缝金属的冲击韧性。的冲击韧性。9.1 试验效果及试验效果及WPQT和和CTOD报告：报告： CNV冲击试验：冲击试验：C Ch ha ar rp py y I Immp pa ac ct t V Va al lu ue e R Re es su ul lt ts s1191332482981271021028715214924323611422620227427427623614412916411

55、91102392451448411450100150200250300FL+5mm-EH36FL+2mm-EH36FL-EH36/capFL-EH36/RootWM-OWM/HAZWM-CAPWM-ROOTFL-2W60/RootFL-2W60/CapFL+2mm-2W60FL+5mm-2W60C CV VNN C Co ou up po on n # #Impact test Values (Joules) -40 Test Temperature357-2G Weld Metal: 358-3G Weld Metal:359-3G Repair WM: 359-3G FL Original

56、 WM: 359-3G FL+2 Original WM: 359-3G FL+5 Original WM: 同种焊材和母材，焊同种焊材和母材，焊缝区域缝区域357-2G比比358-3G位置的冲击韧性好，位置的冲击韧性好，和焊接线能量有关。和焊接线能量有关。母材母材API 2W Gr.60和和EH36侧冲击韧性跟焊侧冲击韧性跟焊接线能量对母材的热接线能量对母材的热处理有关。处理有关。其他力学性详见焊接工其他力学性详见焊接工艺评定报告（艺评定报告（WPQR）。）。 9.3 用到生产施工结果：用到生产施工结果： 2011年年8月初南通中远船务焊接室派人负责建造海工项目月初南通中远船务焊接室派人负责

57、建造海工项目“奥奥特宝特宝”井口导向结构（井口导向结构（TTR&Keel Guide）工程，到）工程，到2011年年11月月29日，工程全部完成。日，工程全部完成。该项目井口导向结构（该项目井口导向结构（TTR&Keel Guide）工程为满足英国北）工程为满足英国北海恶劣海况下生产要求，执行海恶劣海况下生产要求，执行EEMUA 158标准，是中远船务标准，是中远船务承接建造承接建造EEMUA 158标准首个工程，这样节约了大量人力物标准首个工程，这样节约了大量人力物力财力，并且大大缩短了施工工期。力财力，并且大大缩短了施工工期。 最终实现最终实现UT合格率合格率99.44%，

58、无二次返修及裂纹等缺陷。整体尺寸达到，无二次返修及裂纹等缺陷。整体尺寸达到10mm（规（规范要求范要求25mm以内），井口结构尺寸达到以内），井口结构尺寸达到4mm（规范要求（规范要求10mm以内）。得到船东、船检的一致好评，同时也为后续执以内）。得到船东、船检的一致好评，同时也为后续执行行EEMUA 158标准的标准的“勤奋号勤奋号”（N389）海工项目建造积累）海工项目建造积累了宝贵经验。通过拟定合理的编制焊接工艺、包含了宝贵经验。通过拟定合理的编制焊接工艺、包含CTOD的焊的焊接工艺评定试验（接工艺评定试验（WPQT），最终取得试验和），最终取得试验和“奥特宝奥特宝”井口井口导向结构（导

59、向结构（TTR&Keel Guide）建造的成功。）建造的成功。7月初，根据月初，根据WPQR完成完成WPS-NT-01-357-358的组合工艺和的组合工艺和WPS-NT-01-359返修工艺返修工艺, 并将焊接工艺规程并将焊接工艺规程WPS复印件提交给项目使用。复印件提交给项目使用。9.2 完成完成WPS工艺文件工艺文件：节约250万避免避免PWHT，降低危险降低危险节省人工和工期节省人工和工期节省电费、耗材费节省电费、耗材费 9.3 用到生产施工结果：用到生产施工结果：产生的经济效益情况：产生的经济效益情况： CTOD 试验可以免除海洋结构钢焊后热处理，大大节省成本和试验可以免除

60、海洋结构钢焊后热处理，大大节省成本和工期。工期。 通过粗略成本估计，通过粗略成本估计，38mm-76mm厚钢板，厚钢板，1000mm焊焊缝，需要热处理缝，需要热处理62020。升温、保温、降温，大概需要。升温、保温、降温，大概需要8-12小时。加热设备功率：小时。加热设备功率：2400kWh。每个加热器可以接。每个加热器可以接6块加热片，块加热片，总长大约总长大约6m。假设在钢材单面加热，每米焊缝耗平均电量。假设在钢材单面加热，每米焊缝耗平均电量 Q= 2400106=4000 kwh，电费假设为，电费假设为1元每度。每米焊缝花费元每度。每米焊缝花费电费电费: Money= 40001=4000元元/米米。N262项目上的井口导向和立管结构，超过项目上的井口