Quality standard and quality control in shipbuilding, a joint task of shipyard and classification society

-- juU178

ARC:FIEF

Lab. y.

ScheepsbonAunde

Technische

Hogesch31

Delft

REGISTRO ITAsLIANO NAVALE

Bollettino tecnicon. 58

-

febbraio 1976

LIVE= STANDARD DI QUALITA' E

CONTROLLO QUALITA' NELLA

CO-STRUZIONE NAVALE; UN COMPITO

CONGIUNTO DEL CANTIERE g DEL.

LA SOCIETA' DI CLASSIFICAZIONE

LIVELLO STANDARD DI QUALITA E CONTROLLO QUALITA

NELLA COSTRUZIONE NAVALE; UN COMPITO CONGIUNTO

DEL CANTIERE E

DELLA SOCIETA' DI

CLASSIFICAZIONE

QUALITY STANDARD AND QUALITY CONTROL IN SHIPBUILDING; A JOINT TASK OF SHIPYARD

AND CLASSIFICATION SOCIETY

di

by

W. SANTINI

L'argomento di cui al presente bollettino ha fatto oggetto di una

memoria presentata alla Conferenza Internazionale cc Structural

Design and Fabrication

in Shipbuilding

organizzata dal The

Welding Institute e dalla Royal Institution of Naval Architects,

Londra, Novembre 1975.

The matter dealt with in the present bulletin has been the subject of a paper submitted to the International Conference on a

Struc-tural Design and Fabrication in Shipbuilding

organized by The

Welding Institute and the Royal Institution of Naval Architects,

INDICE

-1 - INTRODUZIONE

2 - CONTROLLO DI QUALITA', LIVELLO (o STANDARD) DI QUALITA', LIMITI DI ACCETTABILITA'

3 - CONSIDERAZIONI PRINCIPALI CHE GOVERNANO I REQUI$ITI DI QUALITA' ED ACCETTABILITA' pag. U 5 3.1 - Generalita It 5 3.2 - Fatica It 6 3.3 - Frattura fragile 10 3.3.1- Materiale base It 10 3.3.2 - Materiale d'apporto

...

3.3.3 -Zta

II 15 3.4 - Cricche a freddo It 16 3.5 - Lamellar tearing It 18

4

PROGRAMMA DEL CONTROLLO QUALITA' ... . ... ... II 21

COOPERAZIONE It 25

FIGURE II 51

BIBLIOGRAFIA It 01

INDEX

- INTRODUCTION pag. 27

2 - QUALITY CONTROL, STANDARD OF QuilLimy, ACCEPTANCE LIMITS

"

29

3 - MAIN SUBJECTS GOVERNING QUALITY AND ACCEPTANCE

REQUIRE-MENTS 31

34 - General

11 ₃₁ 3.2 - Fatigue 11 32 3.3 = Brittle fracture 11 34

3.3.1 - Base metal

11 ₃₄

3.3-2 - Weld metal

38 3.3.3. - H.A.Z. .II 40

3.4 - Cold

_cracking . . . .. ... 11 41

3 . 5 - Lamellar tearing

43

4 - QUALITY CONTROL PROGRAMME 45

5 - CO-OPERATION 11 49

FIGURES 51

1- INTRODUZIONE.

Ii notevole increment° delle costruzioni navali e'delle dimensioni delle navi ha posto', inun arc& di tempo .relaeivamente breve, l'indu-stria navale e le societa.di'classificazione -di frontea problemi nuo vi della costruzione'mediante saldattra in un'quadrd produttivo assai diverso da quello tradizionale,'soddisfacentederite sperimentato.

L'ampio uso di 'proCedithenti di saldatura automatici e-,iemiautomatici,

e di acciaio ad elevata resistenza, richiedente particolariprecauzioni e controlli, ii grande svill!ppo della prefabbricazione, ii conseguente aumento delle dimensioni del blocchi da assiethare che nelle-"grandi navi sono comparabili come dimensioni

a

pi6cole navi,-Id

necegsita

di trasfe rire dello scab o al luogo di prefabbricazione la maggior parte del con-trolli al fine di accelerare la produzione, be difticolta di ottenere soddisfacenti unioni fra blocchi di cosi grandi dimensioni, 1 molti pro blemi presentati da nuovi tipi di nevi, lo studio di nuove soluzioni strutturali, l'impiego pill razionale dei materiali, ecc. possono essere citati come esempio.

L'industria navale e le societa di classificazione, hanno dovuto e devono affrontare questi problemi con l'obiettivo di evitare che be ne-cessita di produzione portino la qualita della costruzione a livelli non sicuri; intalecontesto.il contributo di un controllo di qualita effi-ciente e adattabile able vane esigenze 6 di grandissima importanza.

Queste note hanno lo scopo di fare una carrellata sull'argomento qua lita. Esse riguardano principalmente la fabbricazione a mezzo saldatura di strutture dello scafo, di navi da carico convenzionali medie e grandi,

quail cisterne, porta minerali e miste; sebbene esse possano essere appli cabili anche ad altro genere di navi e strutture, alcune di-queste posso no peraltro presentare propri specifici problemi di saldatura e control-lo.

L'azione del cantieri navali e delle societa di classificazione

_e

ov-viamente guidata da differenti criteri.

Parlando in termini molto generali i requisiti stabiliti dalle socie ta di classificazione.hanno lo scopo di fissare alcuni livelli di qualita -minimi di sicurezza necessari al fine dell'attribuzione della classe ad

una nuova nave. Percia la classificazione di una nuova nave stabilisce la sua affidabilita valutata dalla corrispondenza able norme applicabi-li, entro i loro limiti e con una implicita assunzione di una durata con venzionale della vita della nave.

I livelli di cui sopra sono periodicamente rivisti secondo be neces-sita; occasione a data anche dai collegamenti tra be principali societa di classificazione associate all'I.A.C.S.

Per quanto riguarda gli argomenti oggetto delle presenti note, le societa di classificazione prevedono generalmente una certa flessibilita

su basi di equivalenza, in modo da venire incontro a differenti pratiche ormai consolidate lasciando spazio per accordi di dettaglio in loco nei

singoli casi.

L'azione del cantieri a fortemente influenzata da considerazioni eco nomiche; questo non significa che l'affidabilita della _{nave passi in se.} conda linea. Infatti, per esempio, le conseguenze economiche di difetti non occasionali o di inconvenienti anche modesti in particolari struttu rail, possono indurre ii centiere, indipendentemente della societa di classificazione, ad imporre alti standards di qualita e uno stretto con trollo di qualita di fine di evitare riparazioni durante la costruzione

e ii servizio.

Sia ii cantiere che le societa di classificazione lavorano nella.stes sa direzione verso costruzioni di qualita.

CONTROLLO DI

QUALITA'4:LIVELLO (STANDARD) DIQUALITA%LIMITI DI

ACCETTABILITAL : f

In 'terminigenetali.scopo printipaleLdel,;controllo-di.qualita. ye-7-rificere per meizeCdi netodi.efficaci ed-attdndibiIi.,.chd.la:struttura:co

struita soddisfi'il.tichiesto livello (standard):ldiqualita; Gime- che.sia

fabbricata-in

.coriformita diSegni:especifiche,:eche,siano-sod

disfatti i requisiti applicabili concernenti:lebbricaziOnetolleranze e

prove.

La progettazione ed i calcoli dimensionali non rientrano nei compi-ti del controllo qualita sempre che le assunzioni fatte non contrascompi-tino con

cia

che normalmente possa attendersi dal livello di quanta

applica-bile.

I tecnici responsabili della progettazione e preparazione di disegni e specifiche dovrebbero essere in contatto costante con quelli responsa-bili del controllo qualita e una stretta collaborazione in particolare

eonsigliabile in sede di definizione del dettali strutturali.

Sarebbe davvero un controsenso giungere a specificare per una strut-tura un certo spessore di un certo materiale, magari a seguito di calco-li sofisticati,senza dare dovuta considerazione al possibile abbassamen-to di risposta della struttura conseguente alla fabbricazione.

Particolare validita avranno anche le possibili osservazioni e suggeri menti della societa di classificazione in quanta si basano su ampia

cono-scenza del problemi del materiali e della fabbricazione e del livello di qualita effettivamente ottenibile in pratica.

Ii livello Co standard) di oualita-deve essere sufficiente ad assicura

re globalmente con un certo margine l'affidabilita della costruzione du-rante la sua normale vita. Quindi la progettazione entra anch'essa eviden temente nello standard di qualita, benche quest'ultimo nella normale con-cezione concerne in particolare l'affidabilita del dettagli strutturali, la costruzione, le lavorazioni e la saldatura.

Lo standard di qualita nella sua piii usuale concezione, richiede per tanto necessario di valutare in particolare l'effetto del dettagli di sal datura e difetti di.fabbricazione o imperfezioni; si deve inoltre presta-re attenta considerazione all'attendibilita del controllo di qualita, di-pendendo da essa la fiducia che la costruzione corrisponcia effettivamen-te allo standard di qualita specificato.

Un punto da mettere in evidenza

a

che standards di qualita e limiti di 'accettazione di singoli difetti sono generalmente cose del tutto

di-verse.

Pertanto uno standard di qualita prevedera in genere anche le condi-zioni per regolare eventuali difetti che risultino al di fuori dello standard normale senza necessariamente ripararli e con eventuali accerta nenti addizionali su saldature simili.

Zomunque ii ripetersi di'indicazioni di una quanta inferiore allo standard richiede che le cause siano tempestivamante rimosse.

E' in effetti raccomandabile che. lo standard di qualita sia sufficien temente severo; le saldature nelle strutture dello scafo sono infatti sot toposte a controlli sparsi che sono una piccola percentuale di tutte le saldature e soddisfare in tali controlli ii. richiesto livello di qualita

indirettamente anche garanzia che i.e saldature nel.loro assiemesiano generalmente di livello soddisfacente.

-3 - CONSIDERAZIONI PRINCIYALI CHE GOVERNANO I REQUISM DI QUALITA' ED

ACCETTABILITA'.

3.1 Generalita.

I principali punti da prendere in considerazione per stabilire 10 standarddi quanta e i limiti di accettabilita sono i seguenti:

decadimento della caratteristiche o possibilita di formazione di cricche nel materiale base causate dalla saldatura o dalle lavora-zioni in generale;

fatica;

frattura fragile;

tenuta stagna;

le) entro certi limiti, corrosione;

(f) rischi e conseguenze di una rottura.

Sotto lo stretto aspetto della affidabilita di una struttura l'inclu sione del punto 6 discutibile poiche l'affidabilita

a

indipendente dalle conseguenze di rotture ed anomalie in esercizio; comunque questo punto costituisce indubbiamente un fattore condizionante, per di

pia

non

facile da quantificare.

Ii punto (a) riguarda in parte i punti (c) e in minor misura (b), in parte i problemi di criccabilita.

Tralasciando dal considerare qui tenuta e corrosione, i principali obiettivi dello standard di qualita e del limiti di accettabilita riman-gono perci6 la prevenzione di rotture per fatica, di rotture fragili e di formazione di cricche.

Questi argomenti sono qui esaminati in qualche dettaglio e sono date, per guida, indicazioni di massima; per quanto riguarda la criccabilita posto l'accento sulle cricche a freddo e sugli strappi lamellari (lamellar tearing) che possono verificarsi particolarmente sugli acciai ad elevata resistenza, normalmente usati nelle parti piü sollecitate di grandi navi. II problema della criccabilita a caldo

a

ora abbastanza ben controllato dalla composizione chimica dell'acciaio, mantra le possibili localizza-zioni di rilevanti cricche a caldo, tipiche di alcuni procedimenti di .saldatura speciali o causate dall'alto grado di vincolo, possono essere

previste e piuttosto facilmante controllate con l'esame visivo e con quelli non distruttivi.

Lo standard di qualita e i limiti di accettabilita saranno stabiliti adottando alcuni fattori di sicurezza; questi saranno maggiori per lo

.

-le possibili.dispersioni nei procedimenti di fabbricazione,

nelle

_caratte ristiche delle saldature in produzione e/o nei risultati di prova.

Si deve pure sottolineare in modo particolare che le prescrizioni di-qualita ed I limiti di accettabilita devono _{essere praticamente realisti} che e quindi compatibili con possibilita e limiti dei controlli non di-struttivi e delle procedure di controllo attuabili; al di fuoti,occorre ricorrere a provvedimenti di altri generi-quali.su materiali; progettazio ne, dimensioni.

.; -*

Punto tra i piü difficili rimane comunque la valutazione-dell'influen za dei dettagli strutturali sulla resistenza a fatica e la fatica e'per di pill suscettibile di costituire uno del problemi di maggior disturbo nella vita della nave.

3.2 FATICA.

I.

I principali obiettivi sono:

(1) evitare che difetti non pericolosi si propaghino fino a raggiungere dimensioni critiche per la.resistenza della struttura, con particola ,re riguardo al rischio di rottura fragile.

evitare i/ verificarsi di cricche locali che menomino ia tenuta.sta-,

gna o comunque che richiedano onerose riparazioni.

In merito al punto (1) sera Considerate non solo la propagaziofie in larghezza di cricche passanti ma anche quella in direzione-dello spesso7 re nel caso di cricche parziali non passanti.

In particolare incisioni marginali rilevanti e di una certa lunghezza in giunti saldati trasversali, possono'propagare in cricche passanti di. dimensioni critiche; ii limite di fatica per inizio .sembra essere crite rio appropriato nella trattazione delle incisioni marginali.

Per quanto riguarda ii punto (2) lo standard di qualita dovrebbe

es-, .

sere tale che per i vari-tipi di giunti per i difetti ammessi esiste . sufficiente margine tra condilioni e durata di esercizio _{assunte e} vita-ipotizzabi,le per i giunti e difetti stessi.-

-'

Nella Fig. I sono ripoitate della letteratura esistente /1/

curveS-N

relative a giunti testa-testa, con- e senza difetti; sono curv conser

vative utilizzabili per progettazione. . _

. Considerando uno spessorefmedio di 25 mm, able xa'ipiezze

solleci-. tazione corrispondenti a 2x10° e 105 cicli, le percentuali di difetti pla

nari ammissibili sono paragonabili a quelle ricavabili da Harrison /2/ risultando leggermente

pia

basse per aCciaio ordinario e leggermente alte per acciaio ad elevate resistenza:

In Fig. 2 sono riportate curve S-N relative a giunti saldati tipici /3/; alcuni sono notevolmente ricorrenti nelle strutture interne dello scafo e verosimilmente rappresentano maggiori problemi in riguardo al la faticaE' infatti provato.che le cricche di fatica sono principalmen te causate dalle concentrazioni di tensione in discontinuite strutturali.

Una indagine delle J.S.R.A,

(c)

fatta tra,i1 1950 e il 1959, ha messo in evidenza che circa il 75% delle cricehe'iileVate su'ponti.e fasciame delle navi vengono attribuite a dettagli strutturali e/oalla fabbricazio ne, la maggior parte di esse avendo avuto origine da discontinuite strut

turali di strutture interne; esse sono spesso associate a deformazioni, generalmente localizzate al piede o al vertice di cordoni di saldatura d'angolo (come conseguenza di concentrazioni di sollecitazioni in queste

zone) e sono attribuibili'a fatica a basso.numero.di-cicli....

'Altre zone che Spesso danno problemi di fatica sono le strutture di

poppa ed in particolare le strutture di. support° del timone e degli assi

portelica; le cricche,sono dovute prineipalmente,aile vibrazioni e posso no essere attribuite

a

fatica a bassa solleditazione ed elevato numero di cicli; la situazione pub essere peggiorata della mancanza, o scarsa accessibilite da un lato di alcuni giunti di queste strutture.

.,, In Fig. 2 è illustrato anehe ii miglioramento della resistenza a

fatica di giunti d'angolo esenti da incisioni marginali e/o parzialmente

molate.

Comunque.per cricche da porsi in relaziOne

alla

eonfigurazione del dettaglio, 11 migliorare la lavorazione

puo

non essere sufficiente per se stesso essenso spesso necessario migliorareil dettaglio eie.interve

tire con-aUmenti di.dirdensionamenti; questo

peralt.ro;

di maSsima,e di

competenza del Cantiere sulla base della.propria o di simile.esperienza. LA Societe di ClassificaziOne infatti.puO solo.fotnire.suggerimenti e av vertenze e indicare preferenze, dal'mOmento che i suoi RegOlamenti non possonoesserecosi dettagliati e in molti casi ii preferire una soluzio

ne ad uhlaltra Pub- anche essere questione soggettiva.

Per alcUni importanti dettagli, specialMente 'cluando

Si

tema comporta

mento scadente ci esso sia stato sperimentato it costruzioni precedenti, _e

-consigliabile effettuare un'analisi delle condizioni di propagazione con

la ricorrente relazione

. 7 :

(da/dN) =' C (AK.)m

che lega l'incremento da della lunghezza della cricca all'incremento

LK

del fattore K di intensificazione delle sollecitazioni.

Per'acciaio con carido di snerVamento'tra 300 e 450 Nimm2,'per C e m

-pOssono ass-are asSunti'i seguenti valori:

-

--(i) _{ptopagazione a basso numero di cicli (sollecitaziorie prossima al ca}

rico di snervamento, intaglio interessante l'intero spessore) /4/

- metallo base ,.,

- metallo d'apporto

-12

C = 11,9 x 10

- secondo altra fonte /5/, sia per.inizio che per propagazione, C = 4,695 x 10-12 m = 4

(ii) propagazione ad alto numero di cicli /6/ - sollecitazione piana

acciaio ordinario : C = 8,6 x 10-11 ; m = 2,8

z.t.a. : C = 3,8 x 10-11 m = 2,3

acciaio assimilabile a ER 36 : C = 2 x 10-11. ; .111 = 2,4 .

z.t.a. : C = 3,7 x l0 m = 1,95

metallo eapporto (con snerva

mento Ys 440 N/mm2)

-

deformazione piana

acciai ordinari ed assimilabili

a ER 36 z.t.a.

metallo d'apporto (Ys

440

Per quanto riguarda i difetti in giunti saldati un precedente Bollet tino Tecnico /7/ riporta uno standard di qualita nel quale sono dati ferenti requisiti per l'acciaio ordinario (Rm 400 N/mm2) e per l'accia io ad elevata resistenza (Rm q, 510 N/mm2) e per zone sia in corrisponden

- za sia fuori incroci di giunti testa-testa.

In revisione semplificativa di tale standard si ritiene in generale non necessario avere differenti requisiti per le due diverse famiglie di acciaio e una schematizzazione,'derivata dalla ref. 17/'6 riportata

indi

cativamente nella Tab. I, applicabile appunto sia per acciai ordinari che per acciai ad elevata resistenza da scafo.

In Figg. 1 e 2 sono anche riportati per riferimento valori indica-tivi della ampiezza di sollecitazione assunta per N 106 e 104 cicli nei computi di robustezza longitudinale (rispettivamente dell'ordine di 40 e

90 N/mm2).

Per quanto riguarda le strutture interne, i suddetti valori di solle citazioni possono variare in particolare in relazione ai carichi dinami-ci e alla posizione in altezza della struttura dello scafo, essi possono tuttavia essere presi come sommariamente presentativi, eventualmente con

,l'aggiunta di un fattore di sicurezza:

E' opportuno notare che le indicazioni della Tab. I sono intese rap-presentare uno standard di qualita; pertanto nel caso in cui i limiti ivi specificafi non risultino soddisfatti non devesi necessariamente intende

m=3,4

: C = 9 x 10 m = 1,85

: C = 2,20 x 10-13 ; m = 3,10

: C = 1,3 x 10-12 ; in= 3,10

1) cl!fatti piani, mancanza di penetrazione,

clu sioni di scori.z non allungate; quando

central (antra 1/2 T a centro spessore) difetti piani, inclusiOni di scoria non

allun-gate; quando in supe.rficie e vicino alla

su-perficie (fuori 1/2 T a centro spessore),in-cluse le incisioni marginali, di profondita

mm.

inclusioni di scoria a/lungate

4) nicii di porosita(pori sferoidali con

d. .5 mm otarlf allungati)

sinc,,oli pori o simili (porosita sferoidah o

sofflature allungate)

6) per ogni tip di difetto o zone difettose

(eccetto pori singoli e soffiature, vedere

5)

incision: marginali govrametallo di saldatura - in giunti testa testa

-in giunti d'angolo

Simboleggiatura:

Lz

Az

=

TABELLA I

Livello (Standard) convenzionale di qualita per i giunti salciati &Ale strutture dello scafo

spessore

lunghezza del difetto

lunghezza della zona difettosa area approssimata della zona difettosa (apparent° in radiografia)

profondita del difatto (nella direzione dello spessore)

larghezza difetto (apparente in radiografia)

diametth del difetto (apparente in radiografia)

A

=

distanza fra due difetti o zone difettose

altezza del sovrametallo di saldatura o convessita

1

=

-..lato del cotdone d'ango/o

sce

=

angolo che In tangent° nel pun to di raccordo forma

con la /amiera in giunti testa-testa.

L <

D e/o .08 T o x D (o W) < .08 T2; (D .3 T) T

b e/o W < .03 To

x D(oW)-<- .03T2 T; D. e/o W .08 T o L x D (o W) <-.08 T2

Lz < T

A < .05 T2

o W < 3 mm

A> 10

L + T

mm (se pia alto vedere 2)

- h <3 mm o .1 T, assurnendo11 maggiort: dc:i due

(valori piu elevati sono v.:catta1l:Tr:61a saldatura

. automatic:a per alti valori clell'angolooc) .

-c1403

re che ii giunto difettoso debba comunque esserc riparato bensi che tali casi richiedono di essere ringo]armente considerati.

Le curve di Fig. 1 possono servire coma una indicazione di limiti di accettazione; un fattore di sicurezza di 1,5 sembra appropriato.

In ogni modo l'accettazione no,1 deve avvenire solamente sulla base di considerazioni di resistenza a fatica bensi anche, principalmente, del ri schio di rottura fragile poiche la crescita di un difetto per fatica po-trebbe essere l'origine di una rottura

pia

grave.

Le incisioni marginali in giunti trasversali testatesta del ponte e del fondo devono essere appunto considerate sotto tale punto di vista.

Per i difetti in generale, l'orientazione e la posizione del giunto saldato 6 un importante elemento di giudizio; 6 del tutto ovvio che di-fetti longitudinali in giunizi longitudinali potrebbero al limite essere trascurati. Altro elemento di giudizio 6 il tipo di procedimento di sal datura, in quanto esso pu6 sostanzialmente influenzare l'entita delle tensioni residue.

3.3 - Frattura fragile.

3.3.1 - Materlide base.

Nella Tab. II sono riportate le principali caratteristiche degli ac ciai da scafo, second() la bozza di revisione delle regole unificate del le societa di classificazionc, ed. 4/75.

L'acciaio di grado Be presentato in due versioni,una con valori di resilienza specificati, l'altra con maggiore contenuto di Mn senza spedi fica di resilienza. Sara assunto in questa sede che entrambe le alternati ve siano equivalenti, essendo comunque quella senza prove di resilienza

limitata a spessori non superiori a 20 mm.

Anche l'acciaio di grado D 6 presentato in due versioni, di cui la seconda a grano fine e con caratteristiche di resilienza migliorate.

L'elenco degli acciai ad alta resistenza 6 molto

pia

_{semplice di quel} lo dell'acciaio ordinario che 6 apparentemente ancora legato a vecchie .

situazioni e consuetudini esistenti nei diversi paesi.

Per tutti gli acciai la tenacit6 6 definite dai requisiti di resilien za (energia Cv alla temperature di prove TT) su provini Charpy longitudi nail con intaglio a V.

La scelta del grado dell'acciaio per quanto concerne livello di resistenza riguarda ii cantiere; usualmente le strutture del ponte e del

fondo.di navi di grandi dimensioni sono in acciaio ER 36 o equivalente (carico di snervamento > 350 N/mm2).

Gradi e tipi di acciaio (J) r, TT (°C) 0.23 2.5 x C

Acciai a resistenza normale (Rrn 400, YsT, 225 Nimm2)

AB

BT D DT GL -0.80 I . ' 0.40 GL o

N LC

(in funzione dello spessore) 0.60 N oLC TABELLA II 27 - 16 - 20 I ,*-40

Acciai ad elevata resistenza

Yr. >310 Nimm2 Ys-1.>--350 Nimm2 AH 32: DH 32 EH 32 AH 36 DH 36 C ev. SC) mINNI imlirTir .11171,711160^ C. (ev. Sc) GF N"o LC C _CF (ev. SC) (ev. GFSC) N o LC 0.18 . 0.90. 4- 1.60

Ceq calcolato secondo.la formula Ceq=C +

Mn

Cr Mo + V

Ni + Cu (%) 15

(per infOrmazioner se non diversamente'richiesto)

31 , - 20 ., 0 s 1 - 20 I - 40 .. . . . . min.

Ys := limite di snervamento, min

*.C. = coltriato -SC =femicolmato NE = non effervacente

.: .'. CC = completamente'cohna to LC--=.. laminazione conttollata N = nor malizzato Cv = requisiti di resilienza TT = temperawra di prova

C (%) e Mn (°/0) = limiti del contenuto in Carboni° e Manganese

Ceq = carboitio equivalente

EH 36 CC GF NE (eccetto per

t < 12.5)

NE NE GF

NE

.GF

La scelta per quanto riguarda i requisiti di resilienza 6 di compe-tenza delle societa di classificazione; infatti in generale i cantieri, per ovvie ragioni di costo, adottano strettamente i requisiti minimi.

Pui5 essere comunque di interesse riassumere, indicativamente, criteri di scelta ritenuti appropriati per quanto riguarda i requisiti di resilien

za.

Nei diagrammi di Fig. 3 sono indicati valori Cv ritenuti adeguati _in funzione dello spessore t e del limite di snervamento statico Ys; essi so no desunti da un precedente lavoro /8/.

Detti valori Cr derivano da relazione data da Wells per condizioni di sollecitazione piana, per semi lunghezza di cricca a = t e per sollecita-zione dell'ordine del carico di snervamento 19, 10/; i valori sono poi aumentati per tener conto della dispersione del rksultati di prove /8/.

Negli stessi diagrammi la temperature Tao che pub ritenersi equiva-lente per-un dato spessore alla temperature di prove TT del particolare acciaio, pub essere ricavata in funzione dello spessore t; essa si ottie ne applicando alla temperature TT gli incrementi o decrementi letti sul-la scale di destra delle ordinate, basati su curve di transizione Cv-T convenzionale e conservative /11/.

Per condizioni di sollecitazione piana

_Si

_{pubs assumere che ii rappor}

to tra _{valore critico di tenacita statica KIC (valore critico del fat}

tore di concentrazione di sollecitazioni staticne) o tra quello di tena-cite dinamica KID (valore critico del fattore di concentrazione di solle citazioni dinamiche) e rispettivamente 11 limite di snervamento statico Ys o 11 limite di snervamento dinamico YD sia

_(Kic/Ys)

_{o (KI6/YD)}

> 0/2,

dove t e lo spessore.

Si pub assumere YD Ys + 150 (N/mm2); per l'intervallo di spessori qui di interesse ii valore dei rapporti (Km/Ys) e (KID/YD) va da 3.5 a 6.5; ne consegue che 1500..1- 3000 N/mm32.

I sopra citati valori Cv (aumentati per la dispersione) che sono rap presentativi delle condizioni di sollecitazione piana e che pertanto co-prono le condizioni dinamiche, corrispondono abbastanza bane con correla zioni che legano Cv, K e Y /12/ se si entre in esse con i valori di KID e YD indicati sopra.

A titolo orientativo la minima temperature emmissi bile Ta pu6 essere assunta come segue:

Corsi speciali'nelle zone centrali della nave o posizioni assimila-bili (requisiti di non propagazione)

Ta = Taq +25°C

Strutture primarie (ponte, fondo

e

situate in una fascia pan i a cir

ca 0,1 t 0,2 dell'altezza nave dal ponte a fondo), nelle zone

12-trali della nave o posizioni assimilabili

t < 25 ran Ta = Teq

t > 25 mm Ta = Teq +5°C .

(iii) Strutture secondarie Ta = Teq -15°C.

Dave risultare Ta < Ts dove Ts ë la temperatura di servizio di pro-getto; considerato che

a

stato mezzo in evidenza che le navi operano me no del 5% del tempo a temperature inferiori a 0°C /13/ la temperatura di

servizio Ts

puo

essere presa fra 0°C e -5°C.

Si fa comunque notare che al momento attuale ci sono differenti punti di vista sull'argomento e che le norme esistenti sono suscettibili di mo

difiche.

Gli spessori massimi t che soddisfano le relazioni di cui sopra sono riportati in Tab. III unitamente agli intervalli Teq per spessori t da 6

a:40 mm.

3.3.2 - Materiale d'apporto.

Sono riportati in Fig. 4 per i giunti saldati e per le due classi di approvazione dei materiali d'apporto 42 e 52 (cioe aventi carico di rot-tura minimo di 425 e 520 N/mm2) diagrammi corrispondenti a quelli forni-ti per il metallo base ottenuforni-ti con la stessa procedura e considerando una maggiore dispersione per gli elettrodi manuali basici; ii limite di

snervamento tipico e riportato tra parentesi.

Le classi secondo resistenza di cui sopra sono divise ciascuna in tre gradi caratterizzati da un livello Cv di 34 .1 (energia media minima) rispettivamente alle temperature di prova Tt di +20°, 0° e -20°C; la tem peratura Teg che ha il significato detto prima per il materiale base, si ricava in funzione di t sulla scala di destra delle ordinate del diagrammi.

La temperatura ammissibile Ta pub- essere presa, indipendentemente daI la struttura:

Ta __>Teci -15°C

essendo ancora richiesto che Ta < Ts.

Gil spessori rassimi t che soddisfano la relazione di cui sopra sono riportati in Tab. III, come pure gli intervalli di temperatura Teq

perspessori

t da 6 a 40 mm.

prove di qualifica del procedimenti di saldatura presso il can tiere, debbono essere soddisfatti i requisiti di resilienza corrisponden

TABELLA III

non applicabile nessun limite nell'intervallo di spessori considerati: fino a 50 mm per acciai ordinari e fino a 40 mm per acciai ad elevata resistenza limit° secondo la pratica corrente in generale tmax = 20 mm, per acciaio grado B (Cv non specificato) in generale t

30 mm a mono che l'acciaio sia GF

- LC o CF - N (Tay. II) nel qual caso i limiti sono come per l'acciaio

giunti saldati in corsi speciali e strutture primarie nessun limite nell'intervallo di spessori considerati: fino a 50 mm per la classe 42, fino a 40 mm per la classe 52 BE =elettrodi basici OC = altri material d'apporto e procedimenti di saldatura.

Tipo

d' acciaio

Intervallo di temp. . Teq

C C) per

t=6 +40 mm

Spessore massimo (mm) per Ts ---= 01C +

- 5 ' C

Classe dei materiali _d'apporto

,

Intervallo di temp. Teq (° C)

= 6

60 per t + mm Spessore massimo (mm) per Ts=-1 0°C + - 5°C Corsi speciali . Strutture primarie Strutture _secondarie A ++ 8 (1)

(19)

(3) . 42 BE grado 1

+5 ++35

15 B, BT

--10--1

(1) 25 (4) " grado 2 15 + + 15 36 ' D

- 20 +

11 (1) (5) " grado 3

35 +

5 (7) DT

28 + 17

24,5 (2) 42 OC grado 1 + 6 + + 27 15 E

48 + 37

.(2) (2) (2) " grado 2

14+4-7

43 AH 36 DH 36

13 +7

32+-4

20 (1) 25 36 , f/ grado 3 52 BE grado 1

_34+ 13

.

+7 ++46

. 10 (7) EH 36

52 + 24 .

(2) (2) ,, grado 2

13 + + 26

29 I/ grado 3 33 + -1- 6 (7) 52 OC grado 1

+8+4.36

10 grado 2 12 + + 16 36 , II grado 3

32 +

4 (7)

Tuttavia nelle. prove periodiche di controllo possono essere conside rati generalmente encore accettabili i seguenti valori medi, ii che

con-sente di teller conto anche delle dispersioni di risUltati:

20 J alla temperature TT richiesta per il grado o in alternative, quando la temperature TT ri-chiesta sarebbe - 20°C;

25 J a 0°C per giunti del ponte di forza e 20 J a 0°C per gli altri giuntL

Per spnssori maggiori di 30 mm i valori singoli dovrebbero peraltro non essere inferiori a 20 J.

3.3.3 - Z.t.a.

La'stretta Zona a grano ingrossato vicin° aila linea di fusione e -la zona esterna ad essa possono essere trattate in diverse maniere.

Un certo decadimento delle proprieta di tenacita nella z.t.a;

a

in

-generale prevedibile;. gradi di accieio pi6 elevati dovrebbero presentare una certa resistenza.all'invecchiamento, ii che viene in tencrale accer-tato in sede di approvazione del singoli a°ciai,..anche con il confront° rya le caratteristiche della z.t.a. e quelle del'maCeriale inalterato della stessa lamiera.

Presso I. cantieri la tenacita della z.t.a. 6 accertata, s:! del caso,

sia in sede di qualifica dei procedimcnti di saldatura, sia durante la

produzione.

La tenacita 6 generalmente valutata a mezzo prove di resilienza in-taglio a V, intesa come media delle strutture metallografiche sotto inta

'glio.

Per i giunti primari.i seguenti requisiti possono ritenersi appropria

tii

-entro 5 in della linea di fUsione, gli'stessi del-Materiali di salda

tura;

(ii) distanza dafta linea di fusione maggiore di 5 mm, gli stessi del materiale'base con una tolleranza del 207 in meno sul requisito di energia prescritto.

Conservativamente si ritiene di non ridurre in.linea generale detti requisiti per i giunti longitudinali dei fasciami primari o per i giunti trasversali di strutture longitudinali interne, salvo tolleranze occasio nali di poco conto.

usuali spessori e procedimenti di saldatura qui considerati non si renda

no in genere necessari particolari.accertamenti.

3.4 - Cricche a freddo.

Per gli spessori usuali in .costruzione.navale,_il problema pub consi. derarsi ristretto agli acciai da scafo ad elevata resistenza e alla sal-datura manuale.

Per la saldatura manuale su detti acciai, sono generaiMente richiesti elettrodi a rivestimento basico con basso contenuto di idrogeno; salvo applicazioni particolari, leprescrizioni possono essere fissate per un

livello massimo di 5 cc/100 gr di idrogeno.

In un prccedente Bollettino Tecnico /14/ era descritto un metodo per ricavare la tcmperatura di preriscaldo basato su risultati di prove a y

e cruciformi /tra gli altri: 15, 16, 17, 18, 19/.

Da un.riesame dei dati e considerazioni di tale ref. /14/, applicati

agli

acciai strutturali in argomento e di un recente Report° /20/ concer nente un raffronto tra le posizioni del Welding .mstitute e di raccoman-dazioni Giappouesi sulla materia, vengono qui suggerite le seguenti note di guida per le prescrizioni di preriscaldo, le quail tengcno anche conto di pratiche di cantiere sperimentate.

:-Gli.acciai sono individuati dal valore di carbonio equivalente CE cal colato con la formula usuale riportata in Tab. II, anche se altre formule potrebbero essere ugualmente impiegate; l'ampio intervallo CE considerato va da 0.36 a 0.51%.

Come detto sopra ii livello di idrogeno stato assunto H = 5 cc/100 gr, appropriato per elettrodi basici approvati per acciai ad elevate re-sistenza da scafo.

La gamma di spessori t si estende fino a 60 mm che copre la maggior narte delle strutture dello scafo. Comunque le condizioni di preriscaldo valide per 60 mm possono essere applicate, forse con qualche aumento, an che a spessori leggermenete piü alti.

. Nei diagrammi di Fig. 5 sono indicate le temperature di preriscaldo

T per un apperto termico HI di 1.7 KJ/mm applicabili per spessori t e

carbonio equivalente CE compresi nei limiti di cui sopra.

. Le relazioni sono:

per t < 38 mm Tt T38 - 5 (38 - t)

" t > 38 mm Tt = T38 2 (t - 38)

dove T38 è la temperatura per t = 38 mm.

-Peraltro, volendo anche tenere conto della posizione del

Weldinc,

In-stitute sopra citata /20/,le seguenti temperature T1.7 (l'indice T] 7 in dica che si riferiscono ad un apporto termico HI = 1,7 KJ/mm),correite per alcuni campi di CE e t,sono ritenute appropriate:

per CE da 0,45 a 0,47, per t > 25 mm, T/.7 >Lc +15°C

CE "0,475 " 0,51, " t > 25 mm, Tia > Tt +20°C

CE " 0,36 " 0,39, " tutti gli spessori, T1,7> Tt -25°C altri valor' di CE e/o per altri spessori,.T127 =

u .

, .

.

,

Infatti si ritengono appropriate condizioni piu severe per alti valo. .

.

ri di CE e

pia

attenuate per bassi valari di CE. . Le temperature cosi corrette sono indicate in F. 6.

Di diverse condizioni di apporto ternico RI

pua

esserc tenuto conto come segue: . HT.=.1,4 KJ/mm . T . T ' +20'd . . 2,0 " T2,C = T1,7 -20°C ..2,5 TV T = T -40°C

I due valori H/ 1,4 e 2,5 possono

rappresentare.la

sa1datura in sopra

_{_}

testa rispettivamente in giunti d'angolo e testa-testa.

-In tutti i casi sopra considerati, non sarA necessario che la tempera tura superi 160°C e dovrA in genere essere non inferiore a 10°C. In nresen za di notevole vincolo la temperatura di preriscaldo dovrebbe essere in genere nel campo da 120° a 160°C circa.

Lo spessore t con cui entrare nei diagrammi, per kiuntI testa-testa 6 lo spessorc de le lamiere da unire e per giunti d'angolo a T 6 t = 1,5

-?

Lr- t] +.

t.)1

3, dove t1 e t, sono rispettivamente lo spessore della

la-niera contin c di quella interrotta formanti

il.giunEo

a T.

Per le passate di.riempimentp.e di finitura pu5 essere ammessa

qual-che riduzione della temperatura

di

preriscaldo.

--Nelle.saldature.a

pia

passate, specialmente quelle f;l'angolo, 6 racco mandato di terminare.la saldatura con una passata.:7di distensione"

passata depositata per ultima sulmetallo- base..

.I1 preriscaldo è uno.dei fattori. della procedure. di saldatura e l'Uno e l'altra debbono essere adattati al particolare procediMento di'saldatu. ra,alla confornazione delle strutturc, al dettaglio del iunto e alla po sizione di.saldatura; inoltre particolare.considerazione sarA posta in riguardo.alle condizioni di vincolo che possono avere ruolo decisivo e che sono difficili da quantizzare.

Si sottolinea pertanto come sull'argomento possono esscre solo date direttive di massima. Si ritiene essere soprattutto compito del Canticre

18

-studiare le soluzioni

pia

_{appropriate e stabilire in accord° con la}

_Soda

ta di Classificazione le specifiche di preriscaldo dando dovuta eonsidera zione ad acquisite precedenti esperienze.

:

Si deve anche sottolinearela necessita che le condizioni di preriscal do adottate siano appropriatamente verificate sin dalle prime applicazioni e modificate opportunamente come risultasse necessario prima che si sia troppo proceduto nella produzione in condizioni improprie. I controlli non distruttivi sono di valido aiuto e servirsi in modo'adeguato ed efficiente di questo importante mezzo

a

encore principalmente compito dell'organizza-zione controllo. qualita del Cantiere. L'incidenza economica per accertamen ti addizionali, ii disguido nei programmi di fabbricazione, i ritardi con-nessi.a tardiva evidenziazione di difetti derivanti da una lavorazione non appropriate possono essere veramente notevoli.

3.5 - Lamellar tearing.

,

Quando'sussistono condizioni che tie favoriscono ii verificarsi

lamellar tearing 6 un problema difficile da risolvere con costanza di ri

sultati.

Sebbene tie siano soggette principalmente le strutture a forte spesso re, quail le piattaforme di perforazione qui non prese in considerazione, esso pub- presentarsi anche per le usuali strutture di scafo di nevi di grandi dimensioni, su acciai ad elevate resistenza e su medi spessori; in fatti, il lamellar tearing pub' verificarsi anche su spessori relativamente bassi, dell'ordine di 20 mm, e quindi non pub essere trascurato in costru

zione navale.

Va rilevato come esso piuttosto frequentemente sia associato a cric-che a freddo, cric-che agiscono come innesco. Particolare attenzione deve percib essere rivolta elle saldature in posizione di giunti a T oltre qhe elle saldature soggette a forte vincolo, che rappresenta uno dei.maggiori fat tori influenzanti (l'auto-vincolo di grandi

strutture

prefabbricate puo essere causa sufficiente).

Infatti occorrenze di lamellar tearing possono elle volte riscontrar si negli acciai da scafo ad elevate resistenza

(pia

suscettibili elle cricche a freddo e soggetti ad elevate tensioni residue) e per esempio al le unioni di: paratie longitudinali al ponte di cisterne, longitudinali al ponte in corrispondenza del bordi di grandi aperture in portaminerali o miste, elementi di supporto di piastre di fondazione macchine a forte spessore, doppiature e golfari di sollevamento di grandi blocchi, giunti a T in genere con forte vincolo e con cordoni d'angolo di notevoli dimen sioni o a piena penetrazione.

Precauzioni di fabbricazione che tendano a ridurre le tensioni nella direzione dello spessore, saldatura in piano con poche e larghe passate, deposizione di cordoni di saldatura sulla lamiera, adozione dell'imburra tura, sono apparentemente benefici.

Intervenire all'origine con speciali precauzioni sull'acciaio sembra

per il raiment° in generale non applicabile agli acciai per.normali strut

tore di scafo; come si sa tali precauzioni sono dirette a tenere le in-clusioni ad un livello molto basso come si ha per forte riduzione del con tenuto in zolfo (meno del 0,010%) e sono verificate indirettamente proprio dal contenuto in zolfo e/o direttamente da un valore minimo della riduzio ne percentuale di area (da 20 a 30%) in prove di trazione trasversale cor ta, cioe nel senso dello spessore, o anche, ma sembra di dubbia risposta e poco pratico, con esame ultrasonico.

Ii costo del provvedimenti di cui sopra è naturalmente in generale molto alto per le strutture di cui trattasi. Inoltre come detto in prece denza l'evitare le cricche a freddo e l'adozione di alcuni espedienti di

fabbricazione pu essere generalmente sufficiente per le normali strutture e spessori di scafo.

Comunque considerando ii costo di estese riparazioni durante la co-struzione o, ancor peggio,durante l'esercizio,

puo

forse rendere di inte resse far ricorso a speciali requisiti per

gli

acciai destinati a parti colari strutture che dovrebbero rappresentare generalmente una piccola percentuale del peso totale della struttura dello scafo. Ciô

a

comunque a discrezione del Cantiere o del Committente sulla base di una valutazione globale di costi e rischi.

La Societa di Classificazione pub' essere-naturalmente di valido aiuto ai fini di una scelta appropriata sia del requisiti particolari-da spedi ficare per l'acciaio sia delle strutture che necessitano di un tale accia

lo a caratteristiche megliorate.

Egualmente la Societa di Classificazione assistera ii Cantiere princi palmente nella definizione e nella fabbricazione dei dettagli strutturafT ritenuti suscettibili di lamellar tearing e analogamente a quanto

gia

detto in precedenza per le cricche a freddo, specifichera adeguati control

4 - PROGRAMMA DEL CONTROLLO QUALITA'.

1Un programma di controllo qualita dovrebbe includere in particolare gli argomenti riportati al punti scguenti dove sono egualmente indicati i piii importanti interventi, accertamenti e prove (al riguardo pu esse re anche menzionato un lavoro in corso nella Commissione XI-AQ dell'I.I.

W.).

1 -

Revisioni del piani di costruzioni, calcoli, specifiche ecc. 1.1 - scelta e specifica dei pateriali

1.2 - concczione e configurazione delle strutture delle parti prefab bricate

1.3 - dettagli di saldatura 1.4 - sequenze di saldatura

1.5 - scelta e specificazione, per i van i giunti: del procedimenti di saldatura e

1.6 - delle procedure di saldatura e 1.7 - delle tecniche di saldatura

(per i punti 1.5, 1.6, 1.7 particolare considerazione va ri-volta alle saidature da effettuare in posizione, all'accessi bilita, alle unioni di grandi blocchi e a quelle soggette ad alto vincolo, ecc.)

1.3 - possibilita di effettuare controlli non distruttivi, loro si gnificato e affidabilita.

2 - Procedure di approvazione e prove di accettazione del materiale base:

2.1 - caratteristiche di resistenza

2.2 - saldabilita; limite di composizione chimica; prove

2.3 - tenacita (sotto intaglio) espressa da prove di resilienza e possibilmente da prove-tipo speciali

2.4 - suscettibilita al "lamellar tearing" e prove, se del caso 2.5 - resistenza a fatica, se del caso

2.6 - caratteristiche antinvecchianti, se del caso 9.7 - esame visiso dci bordi tagliati

controllo non distruttivo lungo i bordo, ultrasonic° in corni spondenza.di tagli per fori e simili, se del caso.

-3 - Prove di approvazione e accettazione dei materiali.d'apporto..

3.1 - composizione chimica del materiale depositatc

3.2 - caratteristiche di resistenza del metallo d'apporto

3.3- caratteristiche di tenacita (sotto intaglio) con prove di resi lienza e se del caso.con prevs-tiPo speciali.

4 - Qualifica del procedimenti di saldatura:

4.1 - controlli non distruttivi

4.2 - razione e piega .

4.3 - prove di resilienza e _Sc del caso prove-tipo in saldatura.e 4.4 - in zona termicamente alterata

4.5 - criccabilita a caldo 4.6 - criccabilita a freddo

4.7 - considerazione, ove necessario, dell'apporto termico di salda tura e del cicio termico e della relative implicazioni

4.8 - considerazione, ova necessario, dell'effetto sulla fatica e sul lamellar tearing

4.9 - attenta considerazione sul significato ejappresentativita del le prove di qualif.ica relativamente alla'struttura effettiva.

5 - Qualifica dei saldatori e degli operatori, appropriata al lavoro par ticolare che essi debbono eseguire, con particolare attenzione alla posizione di saldatura.

6 - Controlli prima della saldatura:

6.1 - preparazione del cianfrini 6.2 - appropriatezza dei giunti

7

6.3 - proteziond dall'umidita.

7 - Controlli.durante saldatura:,.

7.1- controllo della appropriata qualifica_dei saldatori e 7.2 - del procedimenti di saldatdra

7.3 - stretta sorveglianza durante saldatura e dopo scalpellatura al rovescio di giunti particolari, se del caso

8 - Controlli e prove dopo saldatura:

8.1 - ispezione visiva e controllo dimensionale

8.2 - controlli non distruttivi: esame magnetico di giunti particola ri e di saldature dubbiose e

8.3 - radiografico o parzialmente ulerasonico'in posizione stabilita

8.4 - radiografico e/o ultrasonico per verificare lo standard di -qualitA e saldature dubbiose, secondo neceSsita

8.5 - prove di resilienza, o altre prove-tipo di tenacita sotto inta glio, su talloni di saldatura rappresentativi del giunti di produzione di fasciame di primaria importanza

8.6 - prove su talloni per acciai o procedimenti'di'salaatura pdrtico --lari, se del caso

- appropriati controlli non distruttivi-dopo,le riparazioni, se

del

caso.

:

-

Prove idrostatica e di tenuta, se del caso.

Nello sviluppare nei dettagli il programa di dui sopra deve essere

posta -curd al fine di ottenere, in tempo utile-per-il regolare svolgimento

delld co§truzione, attendibili informazioni sulle caratteristiche di re-sistenza a fatica, rottura fragile ed assenza di difetti.

Devono molt-re essere stabilite le procedure appropriate per gli even tuali controlli di corrispondenza ai requisiti-di accettazione,

-5 - COOPERAZIONE.

L'ampio camp° che dcve coprire lo standard di quanta' evidenzia la onportunite che l'organizzazione del Cantiere e la Societa di Classifica zione agiscano in collaborazione,

anche

confrontando le rispettive neces

site

ed esperienze. Al riguardo e in via del tutto generale si fanno le seguenti considerazioni.

La scelta della configurazione del dettagli strutturali e del rclati vi giunti saldati per quanto riguarda ii comportamento a fatica

a

compi-to principalmente del Cantiere; quescompi-to e un campo aperto a vane soluzio

ni, sono diversi i modi di affrontarlo ed

e

difficile fissare prescrizio ni precise.

I probiemi di frattura fragile sono invece cmpito principalmentc del

la

Societe di Classificazione.

Argomenti quail in provvidenze intese ad ottenere saldature sane, le prove sulla produzione e i controlli non distruttivi da effettuare verran no considerati congiuntamente e concordati, prima dell'inizio della

co-struzione, dal Cantiere e dalla Societe di Classificazione con il globa-le prograrma dettagliato del controllo di qualita.

L'organizzazione riconosciuta del controllo

di

qualita del Cantiere sari responsabile dell'intera procedura di controllo; essa rilascera ap propriata documentazione di tutte in prove e controlli effettuati e ter ra :;tretti contatti con gli ispettori della Societe di Classificazione; questi a bra volta effettueranno adeguati controlli saltuari nella mi-sura riteruta opportuna e in genere congiuntamente.

Riparazioni importanti e particolari accertamenti, prove e controlli non distruttivi saranno effettuati sotto sorveglianza e con l'approvazio

tie della Societe

di

Classificazione.

Cantiere e Societe di Classificazione si adopreranno congiuntamente al

fine di evitare per quanto possibile, inutill duplIcazioni,. ritardiedintralci

al regolare svolgimento della produzione;

a

peraltro chiaro come il run dere evidente che in procedure stabilite vengono osservate e tutte be

dovute informazioni fornite in tempo utile

e

occorrente premessa per ac-quisire fiducia nel sistema di controllo di qualita necessaria al fine di cui sopra.

I. INTRODUCTION.

The impressive increase of shipbuilding and ship sizes has forced, in a relative short time, the shipbuilding industry and the classifica-tion societies to face the problems of the fabricaclassifica-tion by welding in a quite different optic from the old one.

The extensive use of many semiautomatic and automatic procedures and of high strength steels, requiring particular provisions and controls, the great development of the prefabrication, the consequent increasing size of the subassemblies comparable to whole smaller ships, the need to transfer from the shipway to the prefabrication site the most of the inspections to speed up the production,. the difficulties of obtaining proper fit between so large subassemblies, the many problems presented by new types of ship, the study of new structural solutions, high ex-ploitation of materials, etc., may be mentioned as an example.

The shipbuilding industry and the classification societies have to live with change without that the reliability of the construction be impaired to unsafe levels; the contribution of an efficient and flexible quality control system is of very great importance.

These notes will try to make a survey of the subject of quality. They mainly concern fabrication by welding applied to hull structures of medium

and large conventional cargo ships, as tankers, ore and ore-oil carriers;

though applicable also. to other kind

of

ships and structures some

of

them

may present specific welding and testing problems.

The action

of

shipyards and classification societies is governed by different criteria.

Roughly speaking the classification societies requirements are in ten

ded to provide some. safe. - minimum level of quality necessary for a new

ship could be classed - Hence the classification of a new ship states her reliability estimated from the conformity to the applicable rules, within their scope and with implicit conventional assumptions on ship

lift.

The above level is periodically reviewed

as may

be necessary; the connectiOn between the main classification societies associated in the

gives opportunities.

Concerning the subjects deaZed with the present notes, the classifi-cations societies generally.allow some flexibility on equivalence basis,

to meet different established practices leaving space for agreement of details case by case and on site.

The action of the shipyards is strongly influenced by economical con siderations; this however does not mean that the reliability of the ship came second. In fact, for instance, the economic consequencies

of

not

occasional defects or local structural nuisances may induce the Shipyard, independently from classification, to impose high standards of quality.

-and strict quality

control

provisions in

order

to avoid

repairs

during construction or service.

2- QUALITY CONTROL, STANDARD OF QUALITY, ACCEPTANCE LIMITS.

In general terms the main scope of the quality control is to verify by means

of

efficient and reliable procedures that the fabricated structu re meets the required standard

of

quality, i.e. that it is being fabrica-ted corresponding to the relevant drawings and specification, the appli-cable requirements concerning fabrication, tolerances and tests being

complied with.

Design and dimensional calculations are not within the scope of quali ty control so far as the assumptions mare are not contrasting with the normal expectancy.of the applicable quality standard. People responsible for design and preparation

of

drawings and specifications should be conti

nuously in touch with people responsible

of

the quality control; close connection is advisable when settling structural details. It should be quite a non. sense to arrive at specifying for a structure a certain thick ness of a certain material, perhaps by sophisticated calculations, with-out giving due consideration to the possible impairment of the response

or

structure introduced by fabrication.

Due consideration shall be also given to the possible remarks or suggestions coming from the side

of

the classification society based on wide knowledge of the materials and fabrication problems and of the level of quality actually obtainable.

The standard of quality should be of a sufficient level to mesure with margin the reliability

of

the construction during its normal

lift.

Therefore design is evidently within the scope

of

the standard of quality, though the latter in the normal acceptation is specially concerning the reliability of structural details, fabrication and welding.

The standard

of

quality needs therefore in particular an estimation of the effect of welded details and fabrication defects or imperfections.

In fixing the standard careful consideration is to be given to the reliability of quality control,.i.e. the degree

of

confidence that the construction will actually correspond to the quality standard specified.

A point to stress is that quality standards and limits for acceptance of individual defects are generally quite different things.

Therefore quality standards should generally incorporate the condi-tions for occasionally dealing with local off-standard, subject to addi tional investigations on similar welds as appropriate.

However the recurrence of indications

of

an inferior quality requires that the reasons be timely removed. In fact the quality standard should be kept sufficiently high; weldments in hull structure are only very randomly checked and to meet in these checks the required level

of

quality is an indirect guarantee that the whole

of

the weldings are generally satisfac

tory.

-3- MAIN. SUBJECTS GOVERNING QUALITY AND ACCEPTANCE REQUIREMENTS.

3.1 -General.

The main subjects to be considered for settling the quality Standard and the acceptance limits are the following:

impairment of properties or cracks in the base metal induced by

weld

ing and workings in general;

fatigue;

brittle fracture;

tightness;

in some extent, corrasion;

risk or consequencies

of

a failure.

The inclusion

of

item

(f) is

questionable since in fact the reliabili

ty

of

a structure is independent from any kind ofconsequencies

of

failures and nuisances

of

a structure in service;.this.item however would undoubte

ly constitute

a

conditioning factor also not easy to quantify:

Item (a) concern partly items (c) and in less measure (b),-partly crack ing problems.

Leaving aside tightness- and corrosion the main purposes of quality standard and

of

acceptance limits remain therefore the. prevention

of

fati gue, brittle fracture, and cracking. These subjects are being examined in

some detail and some broad guidelines given; for cracking the accent is put on cold cracking and lamellar-tearing which may have particular

dence on high strength steels normally used on. the more stressed parts

of

large Ships. Hot cracking is now well controlled by chemical composition of

.steel, while possible locations, of. hot- cracks typical-

of

some

special welding process or. consequent

of

high restraint may. be anticipated_

and rather easily controlled by Visual and

non-destructive'examinations.-Aquaity standard andacceptance limits will ha settled adopting some

safety

factor; this will be higher

for

quality

standard for

the considera

tionsIrrYde before and .to. cover scattering in fabrication procedures, in

"-the properties

of

produced welds and/or in tests.

results-It is also to be very stressed that quality and acceptance requirements are to be within the possibilities of n.d.t. and control

procedures,

other wise provisions on materials, design, scantlings are to be taken.

The difficult point rests however with the influence

of

structural de tails on fatigue which furthermore may result

far

the most annoying in the service

life of

the ship.

3.2 - Fatigue.

The main objectives are:

(1 to avoid that harmless defects will grow to size critical fbr the .

strength

of

the structure, with particular consideration of brittle fracture risk

(2) to avoid occurrence of local cracks resulting in leakages or requiring however extensive repairs.

-Concerning (1) attention will be paid not only to propagation .in width direction

of

through cracks but also in the thickness direction or partial cracks. In particular substantial undercut

of

not a minor length in tram:-sverse welded joints may in fact result in through crack of -critical size; fatigue strength for initiation seems the appropriate criterion in case

of

undercuts.

Concerning (2) the quality standard should cover with margin the

lift

expectancy for the Darious type

of

joints .and defects. n.

. In Fig. I are reported from existing literature /1/ S7N conservative

design curves relevant transverse.butt-joints.with-and without

defects.

Fora medium thickness

of

25 mm and stress ranges

at

.2.x

10

and 105N

the allowable percentage

of

planar defects are comparable

to

those result ing

from

Harrison /2/ being something lower for ordinary strength steel and something higher for high strength

steels-in Fig. 2 are reported curves S-N concernsteels-ing. typical. welded joints. configurations /3/; some are extensively recurrent in the, internals hull structure and are likely to-representthe big problems-fbr fatigue. It is in

fact

proved-that fatigue cracks are mainly induced'by the stress concentrations at atructural discontinuities,

A survey made by JSRA (°).between 1950 1.969,.showed.t1at about.75% of cracks found at decks.and,shells.of ships are:attributed to. structural details and/or workmanship the most having been initiated from structural discontinuities

of

internals; they are often. associated to defrmations and generally are toe-cracks.or

root-cracks.of

fillet weld,- consequent .

to

stress concentration in thesezones and assignable to lOw.cy4e fatigue.

.

_

Other zones often giving fatigue problems are the afterwards structu-res and in particular the .structustructu-res supporting the rudder.. and the. propeller

shafts; cracks here are mainly due to vibrations and may

be

assigned to .high cycle - lowstress.fatigue; the-situation may

be

impaired by:scarce or no accessibility on one side

of

some joints of these structures.

-In Fig. 2 it is also shown the improvement

of

fatigue strength of fillet weIds without undercuts and/or with some grinding.

(c Japan Shipbuilding Research Association

-However for cracks related to the configuration of the detail, to im-prove workmanship may be not sufficient by itself being often necessary to improve the detail and/or increase scantlings.

That is generally mainly matter of the shipyard on the basis of its .

own or similar experience; the Classification Society may only offer sugge stirms and warnings and indicate preferences since the Rules

of

_{the SocieTy} cannot be so detailed and in many cases the preference to one solution instead of another my suffer of subjectivity.

For some ,important details, mainly when defective behaviour

i8

suspect

ed or experienced in previous cqnstruction it is advisable to effect a special local analysis of crack propagation conditions by means of the

usual relation:

( da/dN) C KIn

relating the increment of crack da to the increment

_A

K of stress intensity

factor K..

For steel having yield strength of about

_{300 to 450 N/mm2,}

_{C and m may}

be 'as follows:

- (i) low cycles propagation (Stress near yield, through thickness, notch) /41

base- Metal

-C

18.2 x

10-12 ;

m = 3.3

weld metal

C = 11.9 x

10-12

m = 3.4

From other source /5/ both for initiation and propagation:

- plane strain

ordinary and H36 steels : C =

2.20 x

10-13

Tri = 3.10

HAZ

: C = 1.3 x

10-12 ₁

m = 3.10

weld metal (7

440)

: C = 5.6 x

10-24

rn = 3.20

-C

= 4.695 x

10-12

- -(ii) high cycle propagation

/6/

-

plane stress

. ordinary strength steel RAZ H 36 steel HAZ . weld metals

(7

440)

.m.

= 4

: C

= 8.6 x

10-11 : C

= 3.8

x 10-11 : C

= 2

x 10-11 : C

= 3.7

x 10-10 : C

= 9

x 10-13 ; ; ; ; ; m

2.8

m

= 2.3

m

= 2.4

m 1.95 m = 1.85

Wncerning defects in welded joints the author has indicated in a pre vious paper a standard

of

quality /7/ in which different requirement

-

,

were given in ordinary steel ((ITS 400 N/mm2), HTS steel ((ITS 510

_N/1=2)

and for position in way and clear

of

crossing

of

but joints.

The standard is now under, revision and it is deemed in general un-necessary to have difTerent requirements for the above families

of

same

steel.

The governing guidelines

of

such revised standard for welds derived from /7/ are indicatively given in table I, applicable both to normal and high strength steels for hull.

In Fig. 1 and 2 are also indicatively marked the approximate design

stress ranges at 706 and 104 cycles for longitudinal strength (respecti vely 40 and 90 N/mm2 about).

Concerning internal structures, the above figures may vary depend-ing in particular from dynamic loads and from their position in the

height

of

the hull; they may be taken as roughly representative, perhaps

adding some safety factor.

It is advisable to note that the indications

of

Table. I are intend

ed to represent a quality standard; therefore in cases when the

limittherein

specified are not met that does not necessarily imply that the defective joint should be repaired but that it require to be

indivi-dwYllu

considered.

The curves in Fig. 1 may serve as an indication

of

acceptance limits;

a safety factor 1.5 seems appropriate.

However' acceptance shall not be only in terms

of

fatigue but also

mainly

of

brittle fracture since a growing of a defect for fatigue could be the origin of a more important failure.

Undercuts in transverse joints of deck and bottom should receive consideration in this concern.

For defects in general the orientation and position

of

the welded joint is important element

of

decision; it is quite obvious that longi tudinal defects in longitudinal joints at limit could be disregarded.-Other element is the type of welding process in that it may substan-tially influence the level

of

residual stresses.

3.3 - Brittle fracture.

3.3.1 - Base metal.

In the Table II are summarized the main properties

of

the steels for

_

-Key of Symbols:

TABLE I

' Conventional Standard: ofquality 'for welded joints cif hull structures

planar defects, lack of penetration, not elongated slag; when central (within 1/2 T at mid thickness)

-planar defects, not elongated slag; when at surface and near surface (outside 1/2 T at mid thickness), included undercuts hay; !. ing dejith > .5 mm

elongated slag inclusions

porosity clusters (spheroidal pores having

d .5 mm or elongated wormholes).

single pores or similar (spheroidal

porosi-ties or elongated blowholes)

for all kind of defect or defective zones (except single pores and blowholes, see 5) undercuts

weld reinforcement - for butt joints

- for fillet welds

-T = thickness

L = length of defect

Lz = _length of defective zone

Az = approximate area of defective zone (apparent in radiography)

D = depth of defect (in thickness direction)

T ; D and/or W E .08 T or Lx D (or W) E..08 T2; (D T)

LET;

D and/or W T or . Lx D (or W) .03 T2 T; D and/or W < .08 T or L x D (or W) .08T2 Lz T; Az -E .05 T2 d or W 3 mm A 10

L+T

E .5 mm (if higher see 2)

- h 3 mm or .1 T, whichever the greater

(higher values acceptable for automatic weld-ing process when angle a is large)

- 140? -

--E. 1.5 mm or .21, whichever the greater

W =

width of defect (apparent in.radiography)

d =

diameter of defect (apparent in radiography)

A =

distance between defects or defective zones

h =

height of weld reinforcement or convexity

leg length of fillet welds

= tangent angle at toe of weld-reinforcement in

TABLE II Grades and types of Main steel properties A Ordinary strength 1 (UTS BT 1 400, Y. 225 D Nimm2) DT E

Y. > 310

AH 32 Nimm2 DH 32 High strength EH 32 Y., AH 36 ... 350 Nimm2 DH 36 EH 76

&oxidation fabrication (conditions of delivery)

C CY() ) max Mn ( %) min

C (%) + 1 Mn (%) max 6 _{c E (J)} Cv TT (° C) NR (except

_{t < 12,5)}

0.23 2.5 x c

-AR _0.80

-NR -0 . 0.21 0.40 AR or N or CR (dep.from thickness) 0.60 27

-10

NR FG _{N or CR} 1

-20

NR - FG N 0.18 0.70 I

40

K ev. SK) N or Ceq calculated (for information 0 K (ev. SK) FG ' CR according to formula unless otherwise 31 1

20

K _FG N 0.18 0.90 + 1.60 Ceq F. : C required) I

40

I K (ev. SIC) N or Mn Cr K (ev. SIC) FG CR + Mo.+ V FK FG N Ni + Cu

+

6 5 -34 0

j 20

+

%

40

Key of symbols: UTS =ultimate tensile AR = as rolled C and Mn = limits

strength,

for carbon and.

CR = controtrollK

min Manganese Y. yield

N =

content strength, min NR = not rimmed K = killed SK =semi-killed FK =fully killed normalized CV = impact requirements TT = test temperature

E = energy

Ceq = Carbon equivalent

FG=- fine grained

.

hull structure, according to the draft

of

revisionpfunified rules

of

classification societies, ed. 4/75. .

The.grade.B is presented in two vereions, one with impact value specified, one with an increased level of Mn content without specifica tion. of impact tests. It will be assumed here that both alternative -are equivalent, the one without impact tests being however restricted to thickness up to 20 m.

The grade D also is presented in two versions, the second one fine. grained and with improved notch toughness properties.

The list-

of

high strength steels is quite simpler than that Of

ordinary strength steels which is apparently still Linked to old situa tions existing in the different areas.

For all steels notch toughness is defined by impact test require-ments (energy CV at test tem. TT) On Charpy Vee notch longitudinal

specimens.

The choice

of

the steel grade regarding the level of strength is a matter

of

the shipyard; fbr large ships usually, deck and bottom

structures are made in grades H36 (350 N/Mm2 yield strength).

The choice concerning notch toughwss properties is a matter

of

the Classification Societies; in fact in general the shipyards, for obvious reasons

of

cost, strictly follow the minimum, requirements.

_ It may be however of interest to summarize possible guidelines

of-ehOise as regards notch toughness.

From previous work /8/ appropriate levels Cv depending from thiok nesst and static uield strength Ys are indicated .in diagrams

of

Fig. '3.

Cv values derive from Wells relation for plane. stress conditions with half crack length a =.t and stress

of

the order

of

yield strength /9, 10/1; the values are then increased for accounting scatter

of

test

results /8/..

In same diagrams. the temperature Teqwhich_may be assumed equivalent. for a given, thickness t to the test temperature T the particular

steel may be derived in, function

of

t;.it.is.obtazned by applying to

the temperature TT the increments.or decrements read_on rightscale

of

ordinates, based on a conservative conventional transition curve Cv-T

For plane stress conditions it may be assumed that the ratio between the critical static toughness

Kic

(critical value

of

the static stress concentration factor) or the critical dynamic toughness Km (critical

value

of

the dynamic stress concentration factor) and ra.rectively the

static yield strength Ys or the dynamic yield strength 1,9 be (KIc/Ys) or

1.-ay

be assumed YD Yg IL

150

(Nhrtm2); for the range of thicknesses of erest 7-:ere (K./Y5) and (KID/YD) are rangina Srom 3.5 to 6.5, result tng tn limiting figures

of IfIc

'N., 1500 + 3000 N/Mm`5/-6.

The

above,

said values Cv (increased for scatter) representative

of

the

plane

stress conditions and thus covering the dynamic conditions correspond

rt%er fairly with correlations linking Cv,

Kic

and Y /12/ in them

enter-tnq wit': values KID and I'D as above.

As a guidance the minimum alZowable temperatures Ta may be taken as

follows:

(ii Special strakes amidship or equivalent special locations (non propa catina properties)

%,

Ta = Ten + 25°C

Primary structures (deck, bottom and within .1 * .2

of

hull depth, from deck and bottom) amidship or equivalent special locations

< 25 mm = Teq

> 25 min Ta = Teq + 5°C

;its) Secondary structures Ta = Teq - 15°C.

2: should be required that Ta < Ts, being Ts the design service tempe

Ituf,e; consif5ering that it has been shown that ships operate less than

c,f

t%e

time

at temperatures less than 0°C /13/ the service temperature

r^.?

taken from 0 to -5°C.

IL is

however emphasized that at the moment there are difference

of

on the matter

and the existing rules are susceptible

of

modifications. The masirum tkicknessess t satisfying ..he above relations are summari zed tn sable III jointly with ranges

of

Tea for t from 6 to 40 mm.

3.3.2 - Weld metal.

For welded joints, with same procedure as for base metal. allowing higher acrunt of-scatter for manual basic electrodes, diagrams corresponding to

thbse

given for base metal are reported in Fig. 4, for the. two classes

of

-consi,malq.es 42 and 52 (i.e. UTS min 420 and 510 n/Mm2); the typical yield

to

shown in brackets.

The bove classes are divided each in three grades having an average

energy

-inir-u- of 34 J at Tt of

+20°C, 0° and -20°C respectively; Teq in

funcon of t is obtained

from the scale at the right

of

diagrams.

al10 terrn.orature Ta may be then taken, independently from the

Ta > Teq - 15°C