鄧 凱，蔣成龍

（中船澄西船舶（廣州）有限公司，廣州511462）

1 前言

鉻鎳合金材料作為一種高強(qiáng)度、高溫抗氧化和耐磨、耐腐蝕的材料，在軸系和發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域很受人們的青睞。但由于其材料成本高、加工難度大，所以在一般的結(jié)構(gòu)中往往都采用在母體材料上面堆焊的方式，即在母體材料上面敷上一層鉻鎳合金材料，從而使母體材料達(dá)到使用要求。但是該種材料的焊接難度較大，對(duì)焊接的控制要求較高，同時(shí)在焊接過程中極易產(chǎn)生各種缺陷，特別是裂紋。

2 基本要求

FPSO作為海上大型的浮式生產(chǎn)儲(chǔ)存卸貨平臺(tái)長(zhǎng)期在海上作業(yè)，系泊系統(tǒng)的可靠性直接影響到FPSO的正常運(yùn)作和使用安全性。在海上作業(yè)的過程中，系泊系統(tǒng)每時(shí)每刻都受到海水從各個(gè)方向的沖擊力，使得錨鏈導(dǎo)向支座不斷地受到?jīng)_擊與摩擦。為了提高支撐面的耐磨能力，延長(zhǎng)設(shè)備的使用周期，所以在普通鋼材支撐面上堆焊一層耐磨材料。由于FPSO的特殊工作環(huán)境，使得對(duì)堆焊層的質(zhì)量要求特別嚴(yán)格，除了要達(dá)到規(guī)定的物理性能之外，對(duì)堆焊層的各種化學(xué)元素也作出嚴(yán)格的要求,任何元素都不能超出規(guī)定的范圍。

由于鎳基材料對(duì)母材表面的雜質(zhì)元素和焊接熱輸入量比較敏感，以及液態(tài)熔敷金屬流動(dòng)性差和焊縫金屬熔深淺的特點(diǎn)，這些特性對(duì)焊縫的質(zhì)量會(huì)造成較大的影響，容易導(dǎo)致氣孔及裂紋的產(chǎn)生，如何避免或?qū)⑦@些因素的影響降到最低是該工藝成功的關(guān)鍵。

3 實(shí)工方案

3.1 焊前清理

由于鎳基焊接材料對(duì)焊件表面的油污、濕銹等雜質(zhì)非常敏感，同時(shí)氧氣、氫氣、二氧化碳?xì)怏w在熔化的液態(tài)鎳基合金中溶解度極大，而在固態(tài)溶解度大大減小，鎳基合金焊接過程中從高溫變冷時(shí)，氣體在熔敷金屬中的溶解度也隨之下降，游離出來的氣體在流動(dòng)性較差的液態(tài)鎳中不能在鎳基合金焊縫凝固前完全逸出而形成氣孔，所以堆焊前應(yīng)將母材表面打磨干凈或拋光，并用丙酮溶液將表面擦干凈。

3.2 焊前預(yù)熱

由于母材是厚度為50 mm的EH36D的Z向鋼，在母材表面清理完成后用烤槍對(duì)母材進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為90℃，防止在第一層焊接的過程中冷卻速度過快造成熱裂紋。

3.3 焊接

采用手工電弧焊的焊接方法，選用ENiCrMo-3焊條，焊接參數(shù)見表1。焊條在使用前需進(jìn)行烘干處理，然后用保溫桶插電使用。

焊接時(shí)應(yīng)選用較小的焊接線能量，并嚴(yán)格控制層間溫度。由于鎳基材料導(dǎo)熱性差，如果焊接電流過大、電弧電壓過高、焊接速度較慢及層間溫度過高都易使焊接接頭過熱，產(chǎn)生粗大的晶粒，在粗大的柱狀晶粒邊界上集中了一些低熔點(diǎn)共晶體，他們的強(qiáng)度低、脆性大，在焊接應(yīng)力的作用下很容易形成裂紋。因此在保證熔合良好的情況下，盡量選用較小的焊接電流、較低的電弧電壓和較快的焊接速度，同時(shí)嚴(yán)格控制好層間溫度，在溫度降到150℃以下后再進(jìn)行下一道的焊接。

表1 焊接參數(shù)

由于鎳基材料焊縫的熔深比較淺，焊接過程中要保證焊縫的平整度，盡量避免兩道焊縫之間出現(xiàn)凹槽，當(dāng)出現(xiàn)凹槽時(shí)要將凹槽打磨光順填平后再進(jìn)行下一層的焊接。在焊下一道前焊道上面的焊渣和其他的雜質(zhì)必須清理干凈，每道焊縫的接頭要錯(cuò)開。焊接過程中，同一層的焊縫盡量保證相同的工藝參數(shù)，保證焊材中的合金元素在每一層都能夠均勻的分布，防止元素偏析，從而影響堆焊層的使用性能。

焊接過程中如果局部有少量氣孔或者裂紋產(chǎn)生，要用打磨機(jī)將缺陷全部打磨掉，并作著色探傷合格后再補(bǔ)焊，補(bǔ)焊完成后再對(duì)該區(qū)域進(jìn)行著色探傷。

3.4 無損檢驗(yàn)

外觀檢驗(yàn)合格后，對(duì)整個(gè)焊縫表面進(jìn)行100%著色探傷；著色探傷后，再對(duì)焊縫進(jìn)行100%UT探傷；探傷合格后，再對(duì)焊縫表面進(jìn)行機(jī)加工，表面拋光后再進(jìn)行一次著色探傷。

4 效果檢測(cè)

對(duì)試樣堆焊層熔合面向上7 mm處取樣進(jìn)行化學(xué)元素分析測(cè)試，試驗(yàn)的環(huán)境溫度為23.5 ℃,58%RH，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是GB/T20123-2006，GB/T23942-2009，以上結(jié)果表明，堆焊層的化學(xué)元素含量符合要求）

對(duì)試樣鉻焊板（母材厚度t=50 mm）進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，試驗(yàn)的環(huán)境溫度為25 ℃，試驗(yàn)結(jié)果合格。

5 應(yīng)用

按照上述工藝程序，該材料的堆焊工藝得到了ABS和SBM船東的一致認(rèn)可，并成功應(yīng)用到FPSO項(xiàng)目多點(diǎn)系泊的改裝工程中，達(dá)到了設(shè)計(jì)和使用要求，最終完成了該工程項(xiàng)目（見圖1）。

圖1 施工效果圖