埋弧焊在汽車滾裝船薄板大合攏對(duì)接焊縫中的應(yīng)用

■ 張芳杰，郭金翔

1. 概述

埋弧焊作為船舶建造中非常重要的焊接方法，被船廠廣泛應(yīng)用于船體平直部分的內(nèi)外底板、甲板板、縱/橫艙壁板的拼板；也可采取CO2打底+埋弧焊蓋面的混合焊接方式，用于船體大合攏的內(nèi)底或甲板的合攏對(duì)接焊縫，以提高焊接質(zhì)量，提升焊接效率，縮短建造周期。

隨著船舶市場(chǎng)的多元化發(fā)展，汽車滾裝船的需求逐年遞增。而車滾船因重量和平穩(wěn)性的控制要求，其主甲板以上的甲板多采用5.5～7mm薄板作為裝載車輛的甲板，由此帶來了大量薄板對(duì)接縫在船臺(tái)的中組立和大組立中產(chǎn)生。通常這類焊縫均采用CO2打底和蓋面的手工方式來完成，以控制薄板對(duì)接焊縫的焊后變形，減少焊后變形的矯正工作量。但這種方式的生產(chǎn)效率低，造成建造周期延長(zhǎng)。

2. 薄板大合攏對(duì)接焊縫傳統(tǒng)的焊接方式

由于埋弧焊熱輸入大的特點(diǎn)，為防止焊接變形，在船臺(tái)中組立和大組立的搭載過程中，薄板的縱/橫向?qū)雍缚p，通常普遍采用手工CO2氣體保護(hù)焊的焊接工藝來完成。由于焊工個(gè)人技能水平高低差距的限制，速度快慢的差異，以及個(gè)人主觀意識(shí)的隨意性，導(dǎo)致這種方法存在以下缺點(diǎn)：①焊縫外觀成形不美觀，焊后打磨量大，焊縫的質(zhì)量不穩(wěn)定。②操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，船臺(tái)建造周期較長(zhǎng)。

而與之形成鮮明對(duì)比的油輪、散貨船和箱船等船舶，其甲板、內(nèi)底板等平面對(duì)接焊縫位置在中組立和大合攏階段的焊接，由于板厚大多是14mm以上的厚板，普遍采用采用CO2手工打底、填充，埋弧焊蓋面的焊接方法，使得焊縫的成形、質(zhì)量均得到很大提升，焊后除個(gè)別接頭簡(jiǎn)單處理外，幾乎無需打磨，焊接生產(chǎn)效率大幅提升。

如何讓埋弧焊在汽車滾裝船的大合攏縱、橫對(duì)接焊縫上發(fā)揮作用，既控制了焊接變形，又提高了焊接效率，正是我們需要摸索和探究的課題。

3. 薄板大合攏對(duì)接焊縫埋弧焊的試驗(yàn)和實(shí)施

通常埋弧焊在船舶搭載階段多數(shù)運(yùn)用于厚板，且使用φ4～φ5mm焊絲，焊接參數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于手工CO2的焊接參數(shù)；相對(duì)于薄板焊接而言，其焊接熱輸入大，焊接工藝難以控制，無法得到滿意的焊接結(jié)果。為此我們進(jìn)行了深入研究，摸索其薄板埋弧焊參數(shù)。

對(duì)于薄板的焊接從效率、焊接質(zhì)量及焊接變形上考慮，只有采用高速焊接，才有可能降低焊接熱輸入，控制焊接變形，提高生產(chǎn)效率。經(jīng)過多次焊接試板試驗(yàn)，找出了薄板埋弧細(xì)絲自動(dòng)焊蓋面的焊接參數(shù)變化的規(guī)律，積累了一定的焊接參數(shù)數(shù)據(jù)。

結(jié)合試驗(yàn)取得的工藝參數(shù)，我們?cè)谀尝裥推嚌L裝船上采用CO2手工打底+埋弧細(xì)絲焊蓋面的焊接工藝，進(jìn)行整船的大合攏縱/橫焊縫的焊接；并進(jìn)行了設(shè)備電流/電壓、焊接速度、焊接變形和焊接質(zhì)量等跟蹤記錄，以驗(yàn)證試驗(yàn)過程中工藝參數(shù)的正確性。

在實(shí)船實(shí)施過程中，采用焊機(jī)ZX7—630，焊接材料選用了φ3.2mm焊絲CHW—S3；焊劑CHF101，焊接母材厚度為5.5mm。

圖1

圖2

表1 某Ⅰ型汽車滾裝船第七/八甲板薄板大合攏縱橫焊縫埋弧焊跟蹤記錄

該Ⅰ型汽車滾裝船共九層裝載汽車甲板，其中六甲板為活動(dòng)甲板，其余甲板板厚為：一甲板（內(nèi)底板）10mm、二/三/四甲板6.5mm、五甲板14mm、七/八甲板5.5mm、九甲板7mm。我們重點(diǎn)對(duì)二/三/四/七/八/九甲板的薄板大合攏縱/橫焊縫的埋弧焊進(jìn)行了跟蹤。表1為七/八甲板跟蹤記錄。

實(shí)施過程跟蹤圖片及最終效果如圖1所示。汽車滾裝船上采用CO2手工打底+埋弧細(xì)絲自動(dòng)焊蓋面的實(shí)踐如圖2所示。

試驗(yàn)和實(shí)施過程中應(yīng)關(guān)注的幾個(gè)問題及解決方法：

第一，適當(dāng)提高埋弧焊的焊接速度，可減小焊縫熱影響區(qū)，焊件受熱均勻，變形能得到較好的控制。

第二，焊接順序應(yīng)按以下主要步驟進(jìn)行控制，否則易造成焊接應(yīng)力無法釋放，板縫間隙的變化和甲板的變形：①先焊甲板縱向?qū)影蹇p，再焊甲板環(huán)形對(duì)接板縫。②先船體結(jié)構(gòu)的合攏對(duì)接焊縫，再焊船體結(jié)構(gòu)的角接縫。

第三，若采用φ2.0mm焊絲，由于其焊絲直徑與手工CO2焊絲φ1.2mm相差0.8mm，其成形雖然優(yōu)于手工焊，由于填充金屬量有限（時(shí)常會(huì)出現(xiàn)焊縫不飽滿低于母材的現(xiàn)象，需人工進(jìn)行二次修補(bǔ)），埋弧焊高效率未能體現(xiàn)；在綜合考慮焊接速度對(duì)單位時(shí)間內(nèi)的焊接熱輸入的影響，與焊材填充量之間關(guān)系的前提下，故在實(shí)船實(shí)施中采用了φ3.2mm焊絲。

第四，若手工CO2打底焊過寬時(shí)，埋弧焊高速蓋面時(shí)，焊縫會(huì)出現(xiàn)未熔合（即單邊現(xiàn)象，需人工進(jìn)行二次修補(bǔ)），故合攏焊縫的裝配間隙應(yīng)控制好，最好在6mm左右，且板縫無需開坡口；另外，手工CO2打底焊的擺幅不宜過大，以控制焊縫的寬度。

第五，若手工CO2打底焊高度不夠時(shí)，埋弧焊蓋面焊接速度將降低，焊接熱輸入增加，則易造成焊穿，以及板材變形量隨之增加；而打底焊過高時(shí)，則易造成埋弧焊蓋面焊縫出現(xiàn)“凸”變形，焊后需要打磨處理，焊接效率將打折扣。

因此，在整個(gè)實(shí)施過程中，手工CO2打底焊的好壞，也決定了整道焊縫的成形和質(zhì)量。

通過上述跟蹤圖表可以看出，其大合攏焊縫的變形是可控的，產(chǎn)品質(zhì)量是可以保證的，其工效顯著提高。其母材板厚為5.5mm時(shí)，焊接電流250～300A，電弧電壓30～35V，焊接速度29～30cm/min。為后續(xù)的汽車滾裝船Ⅱ型（十一層甲板）、Ⅲ型（十三層甲板）大合攏薄板對(duì)接焊縫的焊接，采用埋弧焊蓋面的焊接方法奠定了基礎(chǔ)。

表2 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝船埋弧焊蓋面與手工CO2蓋面船臺(tái)周期的提升數(shù)據(jù)

表3 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝船手工焊焊后打磨成本比較

表4

4. 薄板大合攏對(duì)接焊縫埋弧焊運(yùn)用的工效和成本提升

在上述Ⅰ型實(shí)船及后續(xù)的Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝船實(shí)踐過程中，同樣進(jìn)行了詳細(xì)的工藝參數(shù)、變形控制和無損檢測(cè)等質(zhì)量、工效和成本的跟蹤。以下重點(diǎn)簡(jiǎn)述其船臺(tái)建造周期工效的提升和焊縫打磨的成本節(jié)約對(duì)比數(shù)據(jù)（見表2、表3）。

從表2、表3可以看出，埋弧焊在Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝上提升空間和節(jié)約的成本尤為明顯，該方法值得在大型車滾船上推廣運(yùn)用。

根據(jù)跟蹤數(shù)據(jù)的匯總，埋弧焊用于船體大合攏焊縫的蓋面時(shí)，其工藝參數(shù)建議如表4所示。

5. 結(jié)語

經(jīng)過上述試驗(yàn)及實(shí)船上的焊接實(shí)踐與改進(jìn)，在薄板大合攏焊縫的埋弧焊蓋面上，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，解決了埋弧焊焊接熱輸入大，薄板焊后變形量大的問題，工效得到了大幅提高，船臺(tái)周期縮短，人工成本和材料成本都有了很大的節(jié)省。

就其應(yīng)用有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

（1）焊縫成形 由于埋弧焊是機(jī)械化控制，焊接過程連續(xù)、焊接參數(shù)穩(wěn)定，所以焊縫成形的美觀度優(yōu)于手工CO2蓋面。

（2）焊接效率 埋弧焊焊接時(shí)可連續(xù)送絲無需停歇，而手工CO2焊接無法做到連續(xù)作業(yè)，從船臺(tái)周期對(duì)比表格中就可以看出，此單項(xiàng)工程可為船臺(tái)周期爭(zhēng)取10天左右。

（3）焊接質(zhì)量 由于埋弧焊連續(xù)焊接的特性，減少了焊接接頭的修補(bǔ)，從NDT的檢測(cè)結(jié)果也能看出其質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（4）成本節(jié)約 由于其外觀成形好，且焊縫連續(xù)、接頭少，焊后打磨幾乎可忽略不計(jì)，從而大大降低了后期打磨的工作量及砂輪片的損耗。僅砂輪片一項(xiàng)，全船可節(jié)約成本5221.59元（Ⅰ型）。

（5）焊后變形量 從甲板埋弧焊蓋面后的甲板變形數(shù)據(jù)跟蹤表，可以看出甲板焊縫凸、凹變形在可控范圍內(nèi)；相比于手工CO2蓋面，焊縫的變形和收縮量，對(duì)甲板的平整度和艙容數(shù)據(jù)的影響也在可控范圍內(nèi)。

綜上所述，埋弧焊在汽車滾裝船的薄板大合攏焊縫上得到了充分的發(fā)揮和運(yùn)用，對(duì)船廠縮短船臺(tái)建造周期，提高工效，提升產(chǎn)品質(zhì)量，起到了積極的作用。