楊偉鋒 黃楚暢 許斌 王孟果

摘? ? 要：本文介紹一種擬用于集裝船縱向艙口圍分段總組T形全焊透接頭的混合焊工藝、設(shè)備、材料及試驗(yàn)，并與CO2半自動(dòng)焊雙面焊方法進(jìn)行了對(duì)比，論證新工藝在集裝箱船建造中的適用性。

關(guān)鍵詞：T形接頭;雙絲;埋弧焊;混合焊;工藝試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U671.8? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper introduces the mixed-welding procedure， welding machine， consumables and procedure test for the welding of T-joint with full penetration weld to be applied to pre-erection of hatch coamings of container ships， and compares it with the CO2 semi-automatic double-sided welding method to demonstrate the applicability of the new procedure in the construction of container ships.

Key words： T-joint; Double wires; Submerged arc welding （SAW）; Mixed-welding procedure; Procedure test

1? ? ?前言

我司集裝箱船產(chǎn)品的縱向艙口圍分段與舷側(cè)分段在地面組合成總段，如圖1所示。艙口圍腹板與艙側(cè)分段主甲板組合成T形接頭，板材較厚（25～ 60 mm不等），其全焊透坡口節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2所示。由于各種原因，T形全焊透接頭一側(cè)坡口焊接后，通常需在另一側(cè)的坡口根部進(jìn)行碳刨作業(yè)以清除坡口根部未焊透的區(qū)域及獲得適合相應(yīng)焊接方法的坡口形狀，以保證接頭的焊透。為能使T形接頭完全焊透又能省略坡口根部的碳刨工序，考慮引入焊接熔深更大、熔敷效率更高的埋弧自動(dòng)焊方法用在T形接頭的焊接。經(jīng)焊接試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將焊接電流加大到800 A時(shí)，單絲埋弧焊能將上述T形接頭的坡口根部完全焊透，但會(huì)出現(xiàn)焊后脫渣困難的問(wèn)題。其原因主要是T形接頭坡口根部空間狹小不利于排渣，需設(shè)法增加焊縫在坡口內(nèi)成形的寬度。雙絲埋弧焊，即在原單絲埋弧焊工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加一根后絲增加焊縫熔敷效率，擴(kuò)大焊縫的表面成形寬度，有利于焊縫焊后的脫渣。為此，公司引進(jìn)了雙絲埋弧焊設(shè)備，試驗(yàn)開發(fā)了T形全焊透接頭混合焊工藝，實(shí)現(xiàn)了T形全焊透接頭免清根的焊接，大大提高了艙口圍總組的整體焊接效率。

2? ? 雙絲埋弧焊焊接工藝簡(jiǎn)介

結(jié)合集裝箱船產(chǎn)品艙口圍分段總組的實(shí)際工況，焊接工藝中T形全焊透接頭的腹板是水平固定，底板則近豎直固定，使用混合焊的方法進(jìn)行焊接：先在T形接頭腹板下側(cè)使用藥芯焊絲CO2半自動(dòng)焊方法焊接坡口內(nèi)的仰角焊，再使用雙絲埋弧自動(dòng)焊方法焊接腹板上側(cè)坡口內(nèi)的平角焊，埋弧焊焊接前無(wú)需對(duì)坡口根部進(jìn)行碳刨清根處理，通過(guò)采用合適的焊接參數(shù)及合理的工藝措施達(dá)到接頭焊透的效果。雙絲埋弧焊是一種先進(jìn)高效的焊接方法，雙絲的引入減少了焊接道次，焊接生產(chǎn)效率可得到大幅度提高。

3? ? 焊接工藝試驗(yàn)

3.1? ?焊接設(shè)備

公司新引進(jìn)了一套雙絲埋弧焊焊接系統(tǒng)，用于T形全焊透接頭的焊接工藝試驗(yàn)。該焊接系統(tǒng)的前絲，選用唐山開元特種焊接設(shè)備有限公司生產(chǎn)的三相ZD5-1250E型晶閘管控制埋弧焊電源，電源過(guò)載能力強(qiáng)，持續(xù)率為100%，可滿足大電流的長(zhǎng)時(shí)間焊接要求;后絲選用新引進(jìn)的單相BXL5-1250型晶閘管控制交流方波埋弧焊電源，持續(xù)率為60%，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的交流方波輸出，無(wú)電弧磁偏吹影響，電弧穩(wěn)定性高;焊接控制選用新引進(jìn)的MZC-1250M型雙絲焊車，該型焊車具有焊接電流、電弧電壓和焊接速度參數(shù)數(shù)字化顯示及預(yù)置功能，且焊接過(guò)程實(shí)時(shí)可調(diào)，方便準(zhǔn)確地進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)節(jié)。

3.2? ?焊接試驗(yàn)

焊接工藝試驗(yàn)選用30 mm EH36船用鋼板，T形接頭試板的腹板尺寸為30 mm X 150 mm X 1 200 mm，底板尺寸為30 mm X 200 mm X 1 200 mm，坡口與艙口圍分段的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)一致，在腹板下側(cè)布置有定位焊縫固定接頭。

在模擬艙口圍分段總組的現(xiàn)場(chǎng)，先將T形接頭試板吊至約1.5 m高的支架上，在腹板下側(cè)使用藥芯焊絲CO2半自動(dòng)焊方法進(jìn)行坡口仰角焊縫的焊接（見(jiàn)圖3）;待腹板下側(cè)坡口焊接完成后再將試板吊至裝焊平臺(tái)，使用雙絲埋弧焊進(jìn)行腹板上側(cè)坡口內(nèi)平角縫的焊接（見(jiàn)圖4）。

經(jīng)過(guò)多次的焊接試驗(yàn)及參數(shù)優(yōu)化，雙絲埋弧焊的焊縫可獲得高質(zhì)量的成形，焊后脫渣也較為容易;對(duì)T形接頭進(jìn)行了超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)T形接頭的坡口根部存在斷續(xù)的未焊透缺陷。將有缺陷的部位切樣進(jìn)行宏觀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)未焊透缺陷出現(xiàn)在坡口根部的中心偏CO2焊縫側(cè)（見(jiàn)圖5箭頭標(biāo)識(shí)處）;從宏觀樣可見(jiàn)， CO2焊道邊緣離坡口根部中心線還有3～4 mm的距離，而埋弧焊道已越過(guò)坡口根部中心線但焊縫根部偏向了腹板側(cè)，兩側(cè)的焊縫在坡口根部雖有交集（交集面約為5%）但存在明顯的位錯(cuò)現(xiàn)象，使得未焊透缺陷容易出現(xiàn)。

為改善坡口根部的熔透效果，對(duì)焊接工藝進(jìn)行兩方面的改進(jìn)：（1）CO2焊的第一道打底施焊時(shí)不作橫向擺動(dòng)操作，即在焊接過(guò)程中焊接電弧始終對(duì)準(zhǔn)坡口根部，以便能最大限度的焊透坡口根部;（2）調(diào)整埋弧焊絲的焊接角度，使焊接電弧往底板側(cè)移靠，避免因焊偏而導(dǎo)致的未焊透缺陷。通過(guò)兩方面的工藝措施改進(jìn)，焊接后的T形接頭焊縫經(jīng)超聲波檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)有缺陷，宏觀檢測(cè)樣也未發(fā)現(xiàn)有缺陷（見(jiàn)圖6）。從宏觀樣可見(jiàn)，腹板兩側(cè)焊縫交集面已擴(kuò)大至約15%，可有效的避免坡口根部出現(xiàn)未焊透的情況。

4? ? ?焊接工藝評(píng)定

根據(jù)試驗(yàn)優(yōu)化的焊接參數(shù)（見(jiàn)表1），編制了T形全焊透接頭混合焊工藝評(píng)定方案遞交BV審查并獲得批準(zhǔn)。

埋弧焊其它 焊絲干伸長(zhǎng)：前絲50 mm，后絲55 mm;焊絲間矩： 50 mm; 焊絲側(cè)傾20°。

在BV驗(yàn)船師的見(jiàn)證下，進(jìn)行了試板焊接、無(wú)損檢測(cè)及破壞性機(jī)械性能檢測(cè)：（1）試板T形全焊透接頭焊縫的正、反面成形均勻，焊縫表面光順，未發(fā)現(xiàn)外觀缺陷;（2）T形接頭焊縫經(jīng)超聲波探傷未發(fā)現(xiàn)有內(nèi)部缺陷，焊縫經(jīng)磁粉探傷未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷;（3）按BV焊接規(guī)范的要求，從試板中取1個(gè)φ14 mm縱向全焊縫接頭拉伸試樣在1 000 kN微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，接頭屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分別為586 N/mm2和632 N/mm2，均超過(guò)母材的最低要求值;（4）焊縫接頭的沖擊試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，最低值出現(xiàn)在接頭坡口根部的焊縫中心，沖擊值平均為56 J，比規(guī)范要求的最低平均值34 J有一定的富余，韌性儲(chǔ)備較充足;（5）從試板中取2個(gè)宏觀試樣，焊縫接頭的斷面宏觀試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液腐蝕無(wú)發(fā)現(xiàn)缺陷，接頭熔合良好;（6）焊縫接頭各區(qū)域的硬度值見(jiàn)表3，最大值為226 HV10，符合BV規(guī)范關(guān)于焊縫接頭硬度值不大于350 HV10的要求。至此，新開發(fā)的30 mm EH36船用鋼板全焊透T形接頭CO2焊與雙絲埋弧混合焊焊接工藝成功通過(guò)評(píng)定，獲得了BV的認(rèn)可，準(zhǔn)于用在船舶產(chǎn)品的焊接工藝。

5? ? 焊接工藝對(duì)比

以產(chǎn)品中30 mm厚、13 m長(zhǎng)艙口圍的T形接頭焊接為例，雙絲埋弧焊混合焊工藝比單一的CO2焊工藝在總體效率和質(zhì)量上均具有明顯優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)表4所示。

6? ? ?結(jié)論

焊接工藝試驗(yàn)及評(píng)定表明：雙絲埋弧自動(dòng)焊在T形全焊透接頭的焊接應(yīng)用可行，焊接質(zhì)量可靠，接頭的各項(xiàng)力學(xué)性能均滿足BV規(guī)范的要求，可用于船舶產(chǎn)品的焊接。通過(guò)對(duì)比，新開發(fā)的雙絲埋弧焊混合焊工藝在厚板、長(zhǎng)焊縫的焊接中能充分發(fā)揮其高效性，適合在集裝箱船艙口圍總組T形接頭的焊接中推廣應(yīng)用。

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