范仲輝，顧艷，丁玉芳

（張家港中集圣達因低溫裝備有限公司，江蘇張家港215600）

近年來，隨著全球天然氣等清潔能源需求量的快速增加，中國對外出口LNG設備的貿(mào)易發(fā)展迅速。部分項目中，國外客戶對奧氏體不銹鋼氬弧對接焊縫（以下簡稱焊縫）鐵素體含量的超高要求，曾給項目制造帶來一定困擾。

從某種意義上說，過程控制也是事前控制的驗證及調(diào)整過程，而結果的檢查是對事前控制的復核和總結。嚴格來說，在事前控制完成后，事后質(zhì)量控制的目的就是評定操作過程中的不確定因素所產(chǎn)生影響和造成偏差的數(shù)據(jù)是否在允許范圍內(nèi)。關于焊接工藝參數(shù)對焊縫金屬鐵素體數(shù)的影響，國內(nèi)學者已開展了一些工作。王恒等采用鐵素體測試儀、Schaeffler圖及WRC-1992圖三種測試方法，研究了不同焊接工藝參數(shù)對E309L藥芯焊絲焊縫金屬鐵素體數(shù)(Ferrite Number,FN)的影響。劉飛等對核電廠穩(wěn)壓器用不銹鋼焊條E308L在開展復驗時出現(xiàn)的鐵素體含量超標問題進行了原因分析，并制訂相應的處理和預防措施。

本文以出口歐洲的LNG加氣站全套設備項目為例，從焊接前控制的角度進行分析和論述。項目中，客戶對焊縫鐵素體含量原來要求是4%～9%，但從第二套設備開始，客戶臨時把要求提高至FN 3～8，導致制造過程中，產(chǎn)品焊縫鐵素體超標問題突出，造成大量返修，這對產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)進度產(chǎn)生較大影響。

本文所述鐵素體值均由鐵素體測試儀測量得到。本文描述并分析了焊縫鐵素體超標問題，論述了解決對策，但未列出焊接電流、電壓、保護氣體、化學成分、道間溫度等詳細焊接條件。

1 問題描述

客戶臨時提高焊縫鐵素體含量要求后，焊縫鐵素體含量不穩(wěn)定且檢測一次合格率逐步下降，10月份一次合格率為76.3%，見圖1。

圖1 焊縫鐵素體檢測一次合格率趨勢圖

2 對策分析

根據(jù)圖2 WRC-1992圖，決定焊縫組織內(nèi)鐵素體含量的重要因素是焊縫組織中的鉻當量Cr與鎳當量Ni的比值，即焊材本身的化學成份。在選定焊材后，根據(jù)其焊縫組織FA凝固模式、焊縫的冷卻速度最終決定了焊縫中的鐵素體含量。焊縫的冷卻速度與焊件的規(guī)格、焊接環(huán)境、預熱及層間溫度、焊接電流、焊接速度以及焊工技能息息相關。

圖2 WRC-1992圖

3 對策

從焊接前控制的角度，以全面質(zhì)量管理理論——人機料法環(huán)的五個方面分析對策。

3.1 料——優(yōu)化材料

3.1.1 焊材

當前，《ER308L的氬弧焊絲采購技術要求》中對其鐵素體含量的要求為FN 3～8。實際到貨的部分批次焊材鐵素體含量偏上限，接近FN 7，使用焊接后出現(xiàn)焊縫鐵素體超標。

對策：更改《ER308L的氬弧焊絲采購技術要求》，對其鐵素體含量要求由原來的FN 3～8提高為FN 4～6。

3.1.2 耗材

當前，焊縫清理使用的不銹鋼絲刷實際為201鐵素體不銹鋼材質(zhì)，經(jīng)PMI和FN檢測，Cr、Ni含量較低，F(xiàn)N含量極高，使用清理焊接后的焊縫表面，可能會對焊縫及母材造成污染。

對策：定制304材料的不銹鋼絲刷，替代原201材料的不銹鋼絲刷。

3.1.3 對策效果

焊縫鐵素體平均值下降明顯，焊縫鐵素體檢測一次合格率上升到95.02%，見圖3。

圖3 焊縫鐵素體檢測一次合格率趨勢圖

3.2 人——焊工技能培養(yǎng)

（1）當前，根據(jù)試驗，在同樣的焊接工藝參數(shù)、焊材、母材的條件下，持證焊工的實際施焊手法有較大差別，個別焊工的試樣焊縫鐵素體超差明顯，有個別點甚至低于FN 3。

對策：對焊縫焊后鐵素體超差的焊工，由焊接工程師現(xiàn)場輔導培訓，并且安排有經(jīng)驗的老師傅以“幫”“帶”形式傳授實際操作經(jīng)驗。

（2）對策效果

通過指導、培訓及實踐，原本焊縫鐵素體超差的焊工焊接水平有較高提升，測得他們焊接的產(chǎn)品焊縫鐵素體含量較為穩(wěn)定，平均值維持在FN 4～7之間。焊縫鐵素體檢測一次合格率上升至98.69%，見圖4。

圖4 焊縫鐵素體檢測一次合格率趨勢圖

3.3 環(huán)——過程防護改善

（1）當前，個別焊縫仍有局部鐵素體超標的情況，但通過焊縫表面打磨可以降低鐵素體含量。經(jīng)分析，車間現(xiàn)場環(huán)境鐵離子污染嚴重，過程防護不及時造成焊縫表面污染。

對策：編寫《清洗防護作業(yè)要領書》，在制造過程中對不銹鋼焊接零部件及時使用塑料薄膜進行覆蓋，防止鐵離子污染。

（2）對策效果

通過編寫《清洗防護作業(yè)要領書》，對工人定期宣貫，焊縫表面鐵素體污染情況有所好轉(zhuǎn)。

3.4 法——細化檢驗程序

（1）當前，沒有針對焊縫鐵素體檢測的專用程序文件，沒有權威的法規(guī)支撐，且沒有與客戶達成共識，制造廠家、第三方檢測機構、客戶各自解讀，對實際測量的結果存在分歧，造成過度、重復檢驗。制造廠家的檢測點為每條焊縫4～6個點，記錄平均值。客戶方工程師對每條焊縫檢測近幾十甚至上百個點，有一個超標就認為不合格。

對策：通過研究并引用ISO 8249，GB/T 1954等法規(guī)、標準，編制《奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體檢測程序》，詳細規(guī)定鐵素體的檢測方法、檢測點數(shù)量、檢測時機、評判標準，并報客戶審批達成統(tǒng)一意見，規(guī)避過度檢測。

（2）對策效果

焊縫鐵素體檢測一次合格率上升。

4 效果量化

焊縫鐵素體一次合格率從10月底的76.3%，上升到目前的98.69%，解決對策成果明顯。

在此過程中，優(yōu)化更新了《ER308L的氬弧焊絲采購技術要求》，新形成了《清洗防護作業(yè)要領書》《奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體檢測程序》。

5 結束語

從焊接前控制的角度，以全面質(zhì)量管理理論——人機料法環(huán)的五個方面，針對LNG用奧氏體不銹鋼氬弧對接焊縫鐵素體超標問題，進行分析并形成對策，在此過程中優(yōu)化并且新形成了一些過程控制文件。按照這個思路和方法，在項目實踐中，對不良結果產(chǎn)生前的各項環(huán)節(jié)、條件及檢測程序進行分析和查驗，最大程度減小不確定性，從而保證項目產(chǎn)品質(zhì)量。