船用EH級別鋼大線能量焊接技術(shù)應(yīng)用

陳　華， 江澤新， 劉　博， 吳磊磊， 王　凱

(1.廣船國際有限公司， 廣東 廣州511462； 2.廣東省焊接技術(shù)研究所(廣東省中烏研究院)， 廣東 廣州510650)

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船用EH級別鋼大線能量焊接技術(shù)應(yīng)用

陳華1， 江澤新1， 劉博1， 吳磊磊1， 王凱2

(1.廣船國際有限公司， 廣東 廣州511462； 2.廣東省焊接技術(shù)研究所(廣東省中烏研究院)， 廣東 廣州510650)

摘要目前的船舶建造為了提高生產(chǎn)效率，在焊接過程中采用大線能量(熱輸入超過50 kJ/cm)的焊接技術(shù)，而大線能量的焊接工藝會導(dǎo)致焊接接頭韌性下降，特別是EH級別鋼的焊接接頭韌性難以達(dá)到規(guī)范要求。通過從焊接鋼板、焊接材料的選擇并配合相應(yīng)的焊接工藝進(jìn)行試驗(yàn)，并對一系列生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，最終使焊接接頭滿足力學(xué)性能要求，并應(yīng)用到極地重載甲板運(yùn)輸船的焊接。

關(guān)鍵詞EH級別鋼大線能量焊接

0前言

目前，隨著國內(nèi)造船行業(yè)的發(fā)展，為提升焊接質(zhì)量及效率，紛紛采用大線能量焊接方法，如常規(guī)的FCB和EGW等。由于相對較高的焊接熱輸入易導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)接頭組織急劇增大從而使焊接接頭韌性降低，故對于大線能量焊接一般只用到船用DH級別及以下鋼。隨著極地船舶的需求增加，將會大量使用船用EH36級別厚板鋼，對焊接接頭的韌性要求則更高，尤其是對使用大線能量焊接提出了更高的要求。對此需針對EH級別鋼，其母材的化學(xué)成分及軋制工藝、焊接材料選擇并配合進(jìn)行大線能量焊接工藝試驗(yàn)等方面進(jìn)行研究，并在生產(chǎn)應(yīng)用過程中進(jìn)行焊接試驗(yàn)驗(yàn)證，以確保船用EH級別鋼的大線能量焊接接頭滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

1焊接試驗(yàn)

由于大線能量的焊接對焊接接頭的韌性影響較大，常規(guī)的EH級別鋼板(正火鋼)在進(jìn)行大線能量焊接試驗(yàn)后，其焊接接頭(焊縫中心WM、熱影響區(qū)FL及FL+2)在進(jìn)行-20℃的沖擊試驗(yàn)時，難以滿足船級社規(guī)范的要求，故需要對鋼板及焊接材料進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)及研究，并與相關(guān)廠家進(jìn)行配合。

1.1船用EH級別鋼板的選用

為保證焊接熱影響區(qū)的力學(xué)性能，對國內(nèi)鋼材廠家進(jìn)行篩選，選用5家鋼材廠家(A、B、C、D、E)提供的6種31 mmEH級別鋼板(TMCP鋼:熱機(jī)械控制工藝)進(jìn)行FCB焊接試驗(yàn)，并后續(xù)對焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)及微觀組織的分析，表1內(nèi)1#、4#、6#焊接接頭在根部熔合線FL及FL+2的-20℃沖擊值未能滿足船級社規(guī)范規(guī)定的34 J最小要求， 2#、3#焊接接頭滿足要求但部分位置余度不大，而5#的焊接接頭在各個位置的沖擊值都滿足要求且余度較大，平均值達(dá)到125 J以上。綜合考慮試驗(yàn)后的力學(xué)性能，確定采用E鋼廠新型工藝的船用EH級別鋼板進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用，其試驗(yàn)的焊接接頭滿足船級社規(guī)范的要求，且余度較大，具體情況如表1所示。

表1　各鋼廠FCB工藝試驗(yàn)

續(xù)表1　各鋼廠FCB工藝試驗(yàn)

1.2焊接材料的選用

1.2.1FCB焊接材料

根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，公司常用的FCB焊材焊接性及接頭性能比較穩(wěn)定，但以往采用的焊接材料(2Y)僅能滿足DH級別及以下鋼板的焊接，為達(dá)到EH級別鋼的焊接要求，故與焊材公司合作，通過焊接試驗(yàn)及力學(xué)性能試驗(yàn)，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)反饋給廠家由其進(jìn)行焊接材料配方的改進(jìn)，確定了FCB的3Y級別焊接材料組合。

1.2.2EGW焊接材料

通過生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，以及相關(guān)的對比試驗(yàn)，公司常用的EGW焊接工藝3Y焊絲在焊接試驗(yàn)及生產(chǎn)應(yīng)用都能滿足規(guī)范的最低要求，故在生產(chǎn)應(yīng)用時采用此焊接材料。

1.3焊接工藝

為確保焊接質(zhì)量，設(shè)計利于焊接的坡口，采用合適的焊接參數(shù)完成焊接工藝評定，并編制EH級別鋼的FCB、EGW焊接作業(yè)要求(見表2)，對坡口間隙、角度、焊接參數(shù)等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制。

表2　EH級別鋼的FCB、EGW焊接作業(yè)要求

2生產(chǎn)應(yīng)用及質(zhì)量控制

2.1鋼板的性能控制

為控制生產(chǎn)用鋼板的質(zhì)量，與鋼材廠制定相應(yīng)的技術(shù)協(xié)議，對鋼板的化學(xué)成分、扎制工藝、力學(xué)性能等做了相關(guān)要求，并在鋼板的冶煉及扎制過程中進(jìn)行監(jiān)控，以確保其性能達(dá)到要求。

2.2生產(chǎn)用焊接接頭的驗(yàn)證

對于每個爐號的鋼板，由于其在冶煉及扎制過程中性能會有所差異。為驗(yàn)證每個爐號的鋼板大線能量焊接接頭是否能滿足相關(guān)要求，每個爐號選擇兩塊鋼板余料(技術(shù)協(xié)議要求在進(jìn)行扎制鋼板時每批爐號至少有兩塊鋼板有余料)進(jìn)行大線能量焊接(FCB與EGW)，以其驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果來評價該爐號的鋼板性能。對于未能滿足要求者該爐號所包含鋼板則改用常規(guī)的焊接方法進(jìn)行焊接。

2.3生產(chǎn)監(jiān)控及記錄

為確保在生產(chǎn)應(yīng)用過程中焊接各因素能符合工藝要求，焊前對每條焊縫的坡口裝配狀態(tài)以及焊接過程的焊接工藝參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)控和記錄，以確保焊接生產(chǎn)的熱輸入量在WPS范圍之內(nèi)。

3結(jié)語

本文針對公司極地船的船用EH級別鋼的大線能量焊接，從焊接試驗(yàn)到生產(chǎn)應(yīng)用過程進(jìn)行了相關(guān)介紹，到目前已完成了2艘極地船F(xiàn)CB焊縫4 000 m及EGW焊縫90 m的焊接工作。其中一次FCB驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)國外船東要求將焊接接頭送往新加坡進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)且結(jié)果比較理想，得到了船東船檢的認(rèn)可。面對后續(xù)全球?qū)τ跇O地船舶的需求及建造，將對新鋼板、新焊材、新焊接工藝以及焊接設(shè)備等提出更高的要求，因此仍需我們在高韌性的鋼板進(jìn)行大線能量焊接方面進(jìn)行研究及應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]郭桐，韋明，侯彩霞，等. 改善大線能量焊接韌性的冶煉技術(shù)研究[J].寬厚板，2007(2)：19-21.

[2]楊才福,柴鋒，蘇航.大線能量焊接船體鋼的研究[J].上海金屬，2010,32(1)：1-10.

Application of High Heat Input Welding Processes for EH Steel

CHEN Hua1, JIANG Ze-xin1, LIU Bo1, WU Lei-lei1, WANG Kai2

(1.Guangzhou Shipyard International Company Limited, Guangzhou Guangdong 511462, China；2.Guangdong Welding Institute(China-Ukraine E.O. Paton Institute of Welding),Guangzhou Guangdong 510650, China)

AbstractThe high input welding processes are adopted in shipbuilding at present to advance manufacture efficiency. But the toughness would be decreased due to the high input welding, especial the toughness of the EH grade steel joints are hard to satisfy the rules. The experiment have been taken to found out the right steel and welding consumable. The mechanical property should meet the requirement under the site control. This welding technology is applied in the polar class heavy transport deck carrier vessel building finally.

KeywordsEH grade steelHigh heat input welding

中圖分類號U671

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡介：陳華(1984-)，男，助理工程師，關(guān)于船用高韌性級別(EH級)鋼的大線能量焊接試驗(yàn)，包括鋼板、焊接材料、工藝參數(shù)、焊接試驗(yàn)及焊縫熱影響區(qū)組織性能的研究，以及后續(xù)的生產(chǎn)應(yīng)用。

基金項(xiàng)目：國合專項(xiàng)(2014DFR50310),廣東省第三批創(chuàng)新團(tuán)隊(201101C0104901263)，廣東省科技專項(xiàng)(2013B050800030)，廣東省現(xiàn)代焊接技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(No.2012A061400011)。