近海集裝箱吊耳材料E36鋼材的焊接工藝

孫廣齊+陳浩

與主要在陸地運(yùn)輸使用的普通干貨集裝箱不同，近海集裝箱是在近海石油鉆井平臺(tái)上使用的特殊集裝箱；因此，針對(duì)其設(shè)計(jì)和制造，歐洲有一整套完善的標(biāo)準(zhǔn)，其中包括DNV 2.7-1和EN 12079。這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大同小異，對(duì)近海集裝箱主要結(jié)構(gòu)吊耳所用材料的要求很嚴(yán)。近海集裝箱主要在海上鉆井平臺(tái)上使用，作業(yè)環(huán)境惡劣，且需要頻繁吊裝，這要求吊耳材料必須具有耐低溫（ 20～ 40℃）沖擊的特性，沖擊功不小于34 J或36 J。為降低制造成本，在設(shè)計(jì)近海集裝箱吊耳時(shí)考慮使用國(guó)內(nèi)替代材料，且材料須獲得相關(guān)船級(jí)社的認(rèn)證。船舶用E36鋼材正好可以滿足相關(guān)要求。本文通過近海集裝箱吊耳材料E36鋼材的焊接工藝試驗(yàn)，確定合理的焊接工藝規(guī)范，使其滿足近海集裝箱制造要求，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。

1 近海集裝箱吊耳材料的化學(xué)成分及力學(xué)性能

1.1 ER70S-6焊絲

ER70S-6焊絲的化學(xué)成分見表1，其抗拉強(qiáng)度為550 MPa，延伸率為30%， 30℃環(huán)境下的沖擊功平均值為98 J。

1.2 E36鋼材

E36鋼材的化學(xué)成分見表2，其抗拉強(qiáng)度為，延伸率為28.5%， 40℃環(huán)境下的沖擊功平均值為97 J。

2 近海集裝箱吊耳材料E36鋼材的焊接

工藝試驗(yàn)

2.1 焊接工藝試驗(yàn)過程及標(biāo)準(zhǔn)

E36鋼材用作近海集裝箱吊耳材料的焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，母材取厚度為的E36鋼材，焊材取直徑為的ER70S-6焊絲，焊接電流為160～，焊接電壓為20～24 V，極性為直流電極接正，保護(hù)氣體Ar與CO2的比值為4∶1，氣體流量為15～20 L/min，焊接速度為12～30 cm/min，過渡方式為短路過渡，焊接位置水平固定，無焊前預(yù)熱，也無焊后熱處理。焊接過程如下：清除待焊試板坡口周圍范圍內(nèi)的油污、銹蝕，按要求組對(duì)點(diǎn)焊， 采用熔化極氣體保護(hù)焊方法焊接，焊后清理飛濺殘跡。本次焊接工藝試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按照BS EN ISO 15614-1：2004《金屬材料焊接工藝規(guī)范和鑒定――焊接工藝試驗(yàn)》執(zhí)行，全程由英國(guó)勞氏船級(jí)社檢驗(yàn)人員見證。

2.2 焊接工藝檢測(cè)要求

焊接無損檢測(cè)要求和力學(xué)性能檢測(cè)要求分別見表3和表4。

2.3 焊接工藝試驗(yàn)結(jié)果

試板焊接完成后，經(jīng)過目視檢測(cè)、磁粉檢測(cè)和

射線檢測(cè)，證明其滿足使用要求。焊接接頭橫向拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表5，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為EN 895，標(biāo)準(zhǔn)值為490～630 MPa。試樣彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表6，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為EN 910。試樣沖擊試驗(yàn)結(jié)果見表7，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為EN 875，標(biāo)準(zhǔn)值為36 J（ 40℃環(huán)境下）。試樣硬度試驗(yàn)結(jié)果見表8，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為EN 1043-1，標(biāo)準(zhǔn)值為380。試樣宏觀金相試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為EN 1321，試驗(yàn)結(jié)果表明未現(xiàn)裂紋或不熔合等明顯缺陷。

3 近海集裝箱吊耳材料E36鋼材的焊接

工藝

近海集裝箱吊耳材料在低溫（ 20～ 40℃）下不僅要有足夠的強(qiáng)度，而且要有足夠的沖擊韌性和抗脆性；因此，出于成本考慮，選用我國(guó)船用E36鋼材。E36鋼材具有以下特性：（1）符合GB 712―2000《船體用結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)，滿足各國(guó)船級(jí)社的要求，并獲得相關(guān)國(guó)家船級(jí)社的認(rèn)證；（2）屬于鐵素體型低溫鋼，一般在正火狀態(tài)下交付使用；（3）C含量較低，通過加入Als、Nb、Ti等元素實(shí)現(xiàn)固溶強(qiáng)化和晶粒細(xì)化，且正火處理使得其組織晶粒細(xì)而均勻，從而具有良好的低溫韌性；（4）材料中含有Ni，固溶于鐵素體，既提高其強(qiáng)度，又使基體的低溫韌性得到顯著改善；（5）為充分發(fā)揮Ni的作用，在加入Ni的同時(shí)，相應(yīng)降低C含量，并嚴(yán)格控制S和P的含量；（6）由于C含量低，S和P的含量限制在較低水平，且加入多種細(xì)化晶粒元素，其淬硬傾向和冷裂傾向較小。

在近海集裝箱制造過程中，選取E36鋼材作為吊耳母材、ER70S-6焊絲作為吊耳焊材，采取合理的焊接工藝，有效控制線能量，使其沖擊韌性滿足制造要求。

近海集裝箱吊耳的焊接工藝如下：（1）焊接前將坡口周圍的油污、銹跡等清除干凈；（2）保持焊絲干燥且表面清潔，保持保護(hù)膜完好；（3）焊接電流不宜過大，采用快速、多道焊接，控制層間溫度，防止過熱；（4）嚴(yán)格控制線能量，最大不超過2.43 kJ/mm（實(shí)測(cè)最大1.94 kJ/mm）；（5）根部須經(jīng)清根打磨處理，每道焊和每層焊間須用鋼絲刷處理；（6）要求焊縫成型好，避免咬邊，其表面與母材圓滑過渡。焊接工藝試驗(yàn)結(jié)果滿足產(chǎn)品制造要求，目前已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。endprint