黄建明实战案例专栏 | 【案例43】钢结构返修工程中埋弧焊“柱状气孔”产生的原因和解决办法

文章来源:微信公众号:航空无损检测
43 钢结构返修工程中埋弧焊“柱状气孔”产生的原因和解决办法
   

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实际经验告诉我们,往往最简单的方法最能解决问题;但我们可以发现另一个问题,为什么最注重质量的日本公司却发生了要百分之百返修的事情?这个真值得我们三思!



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实战案例专栏 /   案例43

一九八三年二月在香港某电厂六十六万千瓦的厂房以全钢结构工程组装,它四周的柱梁结构均用「箱形柱梁」(Box Section Column) 组合,由日本公司提供所有材料、设计和监造,在菲律宾制造,刚由水路运抵香港,表面涂漆美观完好、数目众多的倒卧在工地上,这些箱形柱梁大小不一,每条长约23米,由四块宽约1米至1.5米和厚度约40至50毫米不等的钢板,材料BS4360 Grade50B (50kg/mm²)焊接形式用部分焊透对接焊(Partial Penetration Butt Weld),用埋弧自动焊连接而成(如图1),树立起来是相当高大雄伟而壮观共两万多吨的钢结构。


(图 1  典型的焊接缺陷 (未填满和未焊透))


由于「箱形柱梁」一根接一根的向上迭起,故它的头尾必须以机加工铣切平露出焊缝的横截面(图1)。


电厂某些工程人员看到这些新到的庞然大物,都好奇地走上前去观看手摸、评头品足,无意间看到端头的焊缝截面似有问题,于是请来电厂的NDT人员做磁粉和超声检查,经两三处抽查发现全部不合格,多是根部未焊透和表面未填满(Incomplete Root Fusion and Under-fill),如图2


(图 2  连串柱状气孔)


这一发现给日本公司一个晴天霹雳!


开始的时候他们还强辩这是电厂的NDT人员有偏帮嫌疑,于是顾问公司再请来第三方的NDT人员重新检测,而很荣幸当时公司就派我前往工地检测。


由顾问公司、日本公司的NDT人员和我这个第三方代表一同在现场用超声波检验;在双方几经争辩和多次抽验下,检验结果与电厂NDT人员检验的一样,全部不合格!


日本公司亦无话可说。


后顾问公司根据我们的检验结果,要求供货商负责全部在现场返修和在限期内完成,而日本公司马上空运焊接器材和派遣一批约三十人的焊接工程师及焊工到香港进行返修工作,非常紧张地每天二十四小时不停作业,以为可以赶在限期前完成这百分之百的修理;


但人算不如天算,经过一星期的苦干,想尽一切办法,也未能得到一条完全合格的焊缝,反复修理也避免不了「柱形气孔」的产生(见图3)。


日本公司的焊接工程师和焊工都搞得垂头丧气了。


(图 3  柱状气孔产生的原因)


实这班有经验的日本焊接人员,他们采用的返修方法和防护措施是想得很周全的,他们先用炭弧气刨和沙轮打磨方法将旧焊除去(Carbon Gouging and Grinding),再用埋弧自动焊(Submerged Arc Weld)进行,并且在焊道上用石油气加氧火焰炬烘烤预热(干燥),药粉烘焙 250℃,外边用防雨帐篷造成一个长箱把整个长柱梁罩住。


    但是当年香港的春天是非常潮湿的季节,每天都在大雾中,相对湿度在百分之九十以上是常见的,再加上电厂位置靠近海边,所以就更加潮湿了;


钢板上出现像冒汗一样的水珠,尽管有火焰炬烘烤预热,但埋弧自动焊在焊的过程中我们仍可以听见像煮饭时声音「卜!卜!卜!」有时连续,有时断断续续,在焊缝表面也能见一连串的气孔,返修、磨清、再焊,不管他们采用什么办法也无法彻底地消除「柱形气孔」(Worm hole)(Piping)的产生!


每天都在现场看着他们辛苦地工作,眼睛红肿,筋疲力尽;但每次用超声波检验没办法有一个合格的焊缝,我也在想办法帮助他们解决问题,详细地分析了坡口形式以及当时环境(见图4)。


(图 4  柱状气孔的解决方法)


我猛然想到坡口下面有条间隙,就像一条水沟无论怎样预热也无法将水沟的水完全抽干(干燥),因为空气中的潮湿气氛自然地由低温向高温方向升走,水气向高温的熔池冲进形成「柱形气孔」,并且在穿顶时就会产生「卜」的一声,我观察看气孔的密度和断断续续的卜卜声,坚定了自己的分析,相信只有封住这条水沟才能堵住水气向上冲。


堵住它,可以用什么方法呢?


我在想潮湿的环境焊接时除了产生气孔外,也会产生氢裂。


为防止氢裂,多采用低氢焊条(AWS E7016 Diameter 3.2mm),于是我建议他们在根部先用手工焊低氢焊条封底,封闭间隙堵住水沟,将潮湿的气氛隔绝,再用埋弧自动焊应该可以解决这个问题


当我向他们的焊接工程师提出这个建议时他是抗拒的,他说:「在日本冬天下大雪进行焊接都没问题,香港这么温暖还怕甚么?」


我说:「日本冬天下大雪温度低但非常干燥,只要预热保温就不会有气孔产生,香港现在天气非常潮湿容易产生气孔。」


他对我不理不睬,这种抗拒是因为我是第三方的代表,检出其缺陷而导致百分之百返修,这是非常严重的工程事故,在工程上也是很少见的,更何况是民族自尊心特别强的日本公司,相信他们的损失相当大,所以他们的心情我是很理解的(可恨死我了!)。


但我是按规范执行我的职责,如实地反映检验结果,在面对这个焊接问题时我也尽自己的能力帮助他们想办法解决问题,我想日本公司的焊接工程师以他的资格和经验肯定是比我好的,只是他太紧张和辛苦,一时想不到更好的方法而已;


所以我要告诉他,我的办法


我用手拉住他,他很大力地甩开我不肯听我说,但是我仍死死地拉住他说:「你们已想尽一切办法做了一个星期都没办法彻底解决问题,为什么不试试我的方法呢?


我把已画好的示意图和焊接方法交给他看,由于语言不通再加上他的喉咙被焊接时毒气熏哑了根本说不出话来(也气得说不出话来),我唯有用手用笔画着解释;


终,我的诚意感动了他们,其中几个焊工开始愿意听我说和一同比划研究……很快地他们就明白了我的意思,马上开工先用炭弧气刨吹掉有缺陷的焊缝,再用砂轮打磨,用手工焊方法封底,第一条焊缝我还亲自焊了一段,一位日本焊工把我赶下来抢过焊钳去焊,并且说我没有他焊得好;


那我当然肯定没有焊得比他好,所以我高兴地让他来焊接。


用手工焊完后再用埋弧自动焊焊接,在焊的过程中就没有再听见「卜卜」声了。


焊完后无论是用超声波还是外观检验都非常完美而且从外表也不见有气孔,日本公司的工程师和焊工都感到非常兴奋。


在他们对我已由仇恨变成了好朋友,他们不只感谢我、信任我,还问我哪里可以找到焊工帮忙,一笑泯恩仇!


我也感到很高兴,然而春节前夕哪里可找到焊工帮忙?


不过,当时正是很多人失业的时候,我很快就找来近百个焊工,他们一听到有工作都来了,当然我要先选择有牌的焊工;


平焊位置是最容易焊接的,稍有焊接经验的焊工就能胜任,我只需把要求清楚地告诉他们就行了。


写了焊接程序,然后大家分工合作:日本公司的焊工负责埋弧自动焊和用炭弧气刨除去有缺陷的焊缝 ,香港的焊工则负责用手工电弧焊封底,而我就负责做超声波检验。


大家都配合得很好,结果在浪费了一星期时间后反而能提前完成全部返修工作!


上之实际经验告诉我们,往往最简单的方法最能解决问题;但我们可以发现另一个问题,为什么最注重质量的日本公司却发生了要百分之百返修的事情?这个真值得我们三思!


(图 5  电厂外貌)

(图 6  箱形柱梁)

(图 7  焊完后的焊缝外形)


关于作者



黄建明长期从事在役无损检测技术工作近40年。任职于香港安捷材料试验有限公司,北京理工大学珠海学院“应用物理(无损检测方向)”本科专业兼职教授。美国焊接学会会员,美国无损检测学会会员,中国机械工程学会会员暨无损检测分会理事。英国焊接和无损检测人员考试发证章程(CSWIP)焊接检验督察,英国无损检测人员考试发证章程(PCN)II级焊缝射线照相评片员,美国焊接学会(AWS)高级焊接检验督察,AWS焊接导师,美国无损检测学会(ASNT)NDT检验师-UT、RT、MT、ET III级(高级)技术资格,中国机械工程学会无损检测分会RT、UT 3级(高级)技术资格。


联系方式:

邮箱:kmwong@aes.hk

公司:香港安捷材料试验有限公司 


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