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(江蘇熔盛重工有限公司，江蘇 如皋 226500)

液化天然氣船作為天然氣的主要運輸載體，其建造將是未來船舶市場的發(fā)展趨勢。模擬艙作為檢驗一個船廠是否具備建造液化天然氣船資質的前提條件，其建造和認證有著十分重要的作用。NO96薄膜型LNG船相比其它船型有著更高的技術要求，殷瓦鋼是此船型貨艙圍護系統(tǒng)中的主要材料，通常殷瓦鋼手工焊部分采用的是脈沖氬弧焊法焊接。文中介紹一套不需要脈沖的氬弧焊焊接工藝。

1 焊接接頭的基本形式

1.1 母材

殷瓦鋼(invar)是一種鎳鐵合金鋼，主要成分(質量分數(shù))為鎳36%、鐵63.8%、碳0.2%，殷瓦鋼熱膨脹系數(shù)極低，能在很寬的溫度范圍內，即超低溫(-163℃)至常溫下保持型態(tài)，幾乎不發(fā)生膨脹，因此常用在低溫環(huán)境中。

殷瓦鋼抗腐蝕能力較差，接觸到空氣中的水分，極易生銹，要保證工作車間的空氣干燥度≥60%，因此車間需配備除濕空調和濕度溫度計，同時要保證焊接車間的密封性。殷瓦鋼也極易被汗液和呼吸出來的水分所腐蝕而生銹，所以焊工進行焊接操作時需戴膠皮手套和口罩。殷瓦鋼厚度較薄，最薄僅有0.7 mm，焊接時極易造成殷瓦鋼焊穿和背面嚴重氧化，因此對于焊接參數(shù)的控制和焊工焊接操作時的穩(wěn)定程度有較嚴格的要求。

1.2 焊接形式

NO96薄膜型LNG船貨艙圍護系統(tǒng)常用殷瓦鋼焊接，其形式有搭接和頂焊兩種，見圖1。

圖1 殷瓦焊接形式示意

1.3 焊接位置

焊接位置有平焊、橫焊、立焊及仰焊4種。不同板厚的殷瓦組合形式最常用的是7種，見表1。

表1 殷瓦焊接形式及板厚

2 焊前準備

2.1 焊接母材、設備及工具

1)母材。Inver NAS316LG，日本冶金工業(yè)集團(NIPPON YAKIN KOGYO and IMPHY)生產，NO96薄膜型LNG貨艙圍護系統(tǒng)中常用殷瓦板的厚度有0.7、1.0、1.5 mm等。

2)熱保護絕緣襯墊。韓國瑪博貿易公司(MABA Trading CO.)生產。

3)保護氣體。純度為99.999%的氬氣，氬氣按我國GB4842—84 (氬氣及其檢驗方法)標準要求。

4)焊接設備。ESAB Tig 2200i型脈沖鎢極氬弧焊機，使用時不開啟脈沖。

5)鎢極。ESAB 1.6 mm鎢極。

6)勞防用品。氬弧焊面罩、膠皮手套、口罩等。

7)襯墊。剛開始用的是鐵襯墊，其散熱太差不能滿足要求。后改為銅襯墊，在絕緣箱上進行焊接時改為玻璃棉熱保護絕緣襯墊。

2.2 焊前清理

殷瓦鋼極易受到水分、灰塵、油污等因素的影響而生銹，焊接前用濃度高于99.7%的無水酒精擦拭殷瓦鋼板表面以去除水分、灰塵、油污等影響焊接質量的雜質，對于邊緣不太光滑。例如有毛刺的殷鋼板，需要用細銼刀輕輕打磨殷鋼板邊緣，打磨時自上往下輕輕打磨，不要用力快速來回打磨，以免傷及殷鋼表面，打磨后立即進行清理并用無水酒精進行擦拭。

3 裝配定位

3.1 定位要點

裝配時首先要避免損傷殷鋼板，要利用工裝或相應的夾具將兩塊搭接的殷鋼板夾緊，盡可能地減小裝配間隙，為保證焊縫質量，盡量做到無間隙。定位焊的大小在保證將兩塊板都焊到的情況下越小越好，盡量避免熔到殷鋼板上邊緣，定位焊間距為每10 mm一點。

定位時起弧收弧要求時間盡可能短，只要點一下起弧后就可以馬上熄弧，定位焊電流一般為焊接電流的2倍左右，具體根據(jù)板厚來定，一般常用45～65 A。

定位時主要是控制殷鋼板間隙，間隙過大會導致熔孔，將板燒壞；其次是焊接電流和時間，焊接電流過大或者時間過長，容易導致熔孔或燒穿，電流過小，時間過短會導致殷瓦板無法成功定位。

3.2 搭接定位

搭接焊坡口定位見圖2。

如果定位焊沒有焊好，將會影響后面的焊接過程。定位焊點過大，會導致焊縫R角受影響，L值變大，見圖3。這時焊接時需要盡量將上邊緣的金屬熔至下板進行焊接，會導致上邊緣偏高，使焊縫成型不合格。所以定位焊點要盡量小，只要能將上下兩塊殷瓦鋼板焊住即可。

圖2 搭接焊坡口定位

圖3 搭接焊縫坡口示意

3.3 頂焊定位

當兩層薄板進行定位時，直接進行點焊即可。當三層板進行定位時，焊槍需進行適當擺動。

4 焊接過程

4.1 焊接要點

搭接焊和頂焊焊接過程不使用焊絲，但當頂焊裝配完畢后存在間隙時，需要進行適當填絲。

焊接時焊槍鎢極盡量靠近兩塊殷瓦搭接板上邊緣角，但不能碰到板上，焊接的方式就是將上板金屬熔至下板，焊接過程為自右往左的Z型往返焊接。焊槍擺動頻率大約為2 s擺3次，中間不要停頓，在上邊緣停頓會導致上邊緣熔化過渡導致整個焊縫表面變寬，R角變小(R角見圖3)；在下邊緣停頓會導致底板焊透，造成殷瓦板報廢。

鎢極擺動盡量以兩板接觸點為中心做上下往復擺動，擺動太靠上，會使R值增加，導致焊縫過分上凸；擺動太靠下，會導致R值減小，造成焊縫表面內凹。

立焊位置焊接可進行自下往上或者自上往下的焊接，立焊時對裝配間隙的要求更加嚴格，并且板越薄處，擺動需要越快，否則會使板熔化，特別是薄板，比如0.7 mm的薄板。

仰焊由于視野問題容易導致焊完的焊縫成型不直，所以焊接時盡量選擇合適的位置，以增加觀察熔池的視野。仰焊焊接時焊接電流需適當減小。

頂焊焊接時，鎢極與焊縫垂直，當兩張板頂焊時，焊接方式采用鎢極沿焊縫方向前后擺動；當三張板頂焊時，鎢極沿垂直焊縫方向左右“Z”形擺動，保證熔池完全覆蓋頂端。

圖4 搭接焊鎢極位置及角度示意

4.2 焊接參數(shù)

殷瓦焊接參數(shù)見表2。

表2 焊接參數(shù)

5 檢測項目

殷瓦焊縫檢測項目有目檢、滲透、宏觀金相、密性等,檢驗參考標準為GTT External document NO.96 and NO.1010。

5.1 目檢

焊縫表面須盡可能光順，不能有明顯的凸起或凹陷(見圖5)，且沒有未熔合、裂紋、咬邊、夾鎢等焊接缺陷,見圖6。

5.2 滲透檢測(PT)

經滲透檢測，焊縫需無裂紋、氣孔等焊接缺陷。

圖5 焊接接頭示意

圖6 焊縫正面成型良好，背面未焊穿

5.3 宏觀金相

5.3.1 宏觀金相試樣制作

宏觀金相試樣制作要經過切割、鑲嵌、打磨、拋光、腐蝕等一系列過程，在試樣制作完畢后再進行電子顯微鏡拍照、微觀電子測量、標記尺寸等過程，最終形成以下宏觀金相照片，見圖7。

圖7 頂焊(上)與搭接焊(下)宏觀金相照片

5.3.2 檢測標準

宏觀金相檢測標準按照GTT NO.96文件標準進行檢測。

6 結束語

通過以上工藝，選用合理的焊接材料、保護氣體及其流量、坡口形式及尺寸、焊接工藝參數(shù)，定位焊符合要求，焊縫成形美觀，焊接接頭中就未發(fā)現(xiàn)任何焊接缺陷，焊接質量優(yōu)良。通過電子顯微鏡對焊接接頭熔敷金屬成型、深度及半徑檢測，其結果符合GTT殷瓦焊接標準要求。