Сварка швов в морской промышленности: методы и стандарты

Стандарты, регулирующие сварку швов в морском строительстве

Морская промышленность работает в строгом соответствии с правилами и стандартами, установленными классификационными обществами, международными организациями и национальными органами власти. Соблюдение этих стандартов является обязательным для сертификации и страхования судов. Следующие наиболее актуальны для сварки швов.

Правила классификационного общества

Классификационные общества, такие как Американское бюро судоходства (ABS), DNV (Det Norske Veritas), Lloyd’s Register (], Bureau Veritas (BV), публикуют подробные правила сварки в судостроении.

• Допустимые процессы сварки и их параметры (ток, напряжение, скорость перемещения, предварительный нагрев, температура интерпасса).
• Требования к расходным материалам для сварки (электроды, наполнительные провода, защитные газы).
• Квалификация сварщиков и операторов сварки, включая интервалы обновления.
• Процедуры инспекции и испытаний, как во время производства, так и для окончательного принятия.
• Критерии приемлемости для разрывов сварки, таких как пористость, трещины, отсутствие слияния и подрезание.

На верфях должны быть утверждены соответствующие классификационные общества процедуры сварки. Для каждого типа соединения, класса материала и диапазона толщины разработана спецификация процедуры сварки (WPS) , и она должна быть подтверждена через квалификационный отчет процедуры сварки (WPQR) . Обычно это включает в себя механические испытания (уплотнение, изгиб, удар, твердость) и макро-исследование испытательных сварных швов.

Международная морская организация (ИМО) устанавливает всеобъемлющие правила безопасности в соответствии с Международной конвенцией по охране человеческой жизни на море (SOLAS) и Международным кодексом по строительству и оборудованию судов, перевозящих опасные химические вещества (Кодекс IBC).

Контроль качества и неразрушающее тестирование (NDT)

Проверка целостности швных сварных швов не подлежит обсуждению в морском производстве. Контроль качества начинается перед сваркой с сертификацией материала, условиями хранения расходных материалов и калибровкой оборудования. Во время сварки отслеживаются и регистрируются параметры. После сварки сочетание неразрушающих и деструктивных испытаний гарантирует, что сварка соответствует указанным требованиям.

Неразрушающие методы тестирования

• Визуальная инспекция (VT): Самый простой и широко используемый метод. Обученные инспекторы изучают поверхности сварных швов на наличие трещин, подрезов, брызг, неровностей контуров и других видимых дефектов. VT выполняется на каждом этапе и часто сопровождается более чувствительными методами.
• Ультразвуковое тестирование (UT): Высокочастотные звуковые волны передаются через сварной шов. Отражение внутренних разрывов, таких как отсутствие синтеза, шлаковые включения или трещины, отображается на экране. UT отлично подходит для обнаружения плоских дефектов и обычно используется для прикладных сварных швов в толстых корпусных пластинах.
• Радиографическое тестирование (RT): Рентгеновские лучи или гамма-лучи проходят через сварной шов к пленочному или цифровому детектору. Полученное изображение выявляет внутренние пустоты, пористость и включения. RT является основным методом проверки качества шва в критических областях, таких как сосуды под давлением и камеры локаута дайверов.
• Испытание магнитных частиц (MT): Применяется к ферромагнитным материалам. Сварка намагничена, и применяются мелкие частицы железа. Поверхностные и околоповерхностные дефекты вызывают утечку потока, которая притягивает частицы, образуя видимые признаки.
• Перехват красителя (PT): На поверхность сварного шва наносится цветная или флуоресцентная жидкость.По истечении времени пребывания избыток пенетранта удаляется, и разработчик вытягивает пенетрант из любых открытых дефектов, выявляя их местоположение.
• Eddy Current Testing (ET): Использует электромагнитную индукцию для обнаружения дефектов поверхности и ближнего поверхностного слоя. Часто применяется к цветным материалам, таким как алюминий и нержавеющая сталь.

Выбор методов НДТ зависит от типа сварного шва, материала, доступности и требований классификационного общества.Например, Правила АБС для строительных и классифицирующих стальных судов требуют 100% рентгенографического или ультразвукового исследования прикладных швов категории А (основных продольных швов в балке корпуса).

Деструктивное тестирование для квалификации

В ходе процедурной квалификации и квалификации сварщика деструктивные испытания обеспечивают прямое доказательство механических свойств и звука. Общие испытания включают поперечные испытания на растяжение (для оценки прочности сустава), испытания на изгиб с наведением (для оценки пластичности и термоядерного синтеза), испытания на ударное воздействие с помощью шарпического V-образного узла (для проверки прочности при низких температурах) и макро-этчинг (для изучения профиля сварного шва и зоны, подверженной воздействию тепла).

Проблемы в морской сварке швов

Судостроители сталкиваются с уникальным набором технических препятствий при производстве швов для морских конструкций. Решение этих проблем требует тщательного отбора процессов, надежного инженерного контроля и квалифицированной рабочей силы.

Коррозионная устойчивость

Морская атмосфера очень коррозионная, с солевым спреем, высокой влажностью и погружением в морскую воду. Швы особенно уязвимы, потому что сварные металлы и зоны, затронутые теплом, часто имеют различный химический состав и микроструктуру, чем базовый металл. Это может привести к гальванической коррозии, точечной коррозии или коррозионному растрескиванию под напряжением. Выбор наполнителей, которые соответствуют или превосходят базовый металл в коррозионной стойкости, имеет решающее значение. Послесварные обработки, такие как , пикширование и пассивация для нержавеющих сталей или защитных покрытий для углеродистых сталей, помогают восстановить коррозионную стойкость.

Усталость и циклическая погрузка

Суда и морские сооружения испытывают миллионы циклов нагрузки от волн, вибрации и обработки грузов. Сварные соединения являются естественными усилителями напряжения, а швы, которые работают перпендикулярно основным направлениям напряжения, особенно подвержены усталостному растрескиванию. Стратегии проектирования для смягчения усталости включают в себя предотвращение резких изменений в геометрии сварного шва, использование закопанных швов (сварной шов с поверхностью) и применение методов обработки после сварки, таких как шлифование, обжиг или ультразвуковое воздействие (UIT).

Контроль искажений

Сварка вводит локализованное нагревание и охлаждение, что вызывает расширение и сжатие металла. Для длинных швных сварных швов на больших панелях кумулятивное искажение может производить неприемлемую внеплановую деформацию. Это не только влияет на эстетику корпуса, но и может вызвать несоответствие во время сборки. Методы минимизации искажений включают:

• Использование сбалансированных последовательностей сварки (например, сварка с обеих сторон или в ступенчатых последовательностях).
• Применение предварительного нагрева для уменьшения градиентов температуры.
• [[ФЛТ:0]] Фиксация и сильные стороны[[ФЛТ:1]] для ограничения заготовок.
• Оптимизация параметров сварки для использования самого низкого входного тепла, которое все еще достигает полного проникновения.

Доступ и позиционная сварка

Многие морские швы должны быть сварены в сложных положениях - накладные, вертикальные или ограниченные пространства внутри резервуаров и трубопроводов. Это напрягает мастерство сварщика и может привести к дефектам, если не тщательно управляется. Автоматизация и механизация помогли, но некоторые ремонты и модернизация остаются ручными. Правильная подготовка суставов, адекватная вентиляция и использование позиционеров и манипуляторов улучшают согласованность и безопасность.