海洋工程船舶船體結(jié)構(gòu)搭載焊接方法選用淺析

張剛賓 黃博

摘 要：海洋工程船舶搭載焊接方法很多，由于搭載是決定船體質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，如何選用高效正確的焊接方法至關(guān)重要。本文主要介紹了海洋工程船舶船體結(jié)構(gòu)搭載過程中焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)，適合位置的焊接方法可供相關(guān)技術(shù)或施工管理人員選用。

關(guān)鍵詞：船體結(jié)構(gòu)；焊接；焊接方法；搭載；大合攏

本文通過對(duì)某船廠配備的一座長(zhǎng)460米，寬135米，水深14.5米的干船塢和一臺(tái)900噸龍門吊及一臺(tái)1000噸龍門吊為生產(chǎn)用設(shè)備，通過對(duì)此干船塢制造的鋪管船、鉆井船、浮船塢以及浮式儲(chǔ)油船的船體結(jié)構(gòu)搭載焊接方法進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適合位置進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。

施工條件準(zhǔn)備：船體分段經(jīng)過預(yù)合攏后，由龍門吊吊裝到干船塢的水泥墩或相應(yīng)的分段上后，由精度控制人員定位后，鉚工使用馬板將兩個(gè)船體分段的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)定位，定位焊后，打磨工隨后對(duì)坡口及焊縫進(jìn)行打磨，徹底清除接縫邊緣的水分、油銹、切割氧化皮等雜質(zhì)。焊工就開始對(duì)船體大接縫進(jìn)行焊接工作。

焊接方法的選擇應(yīng)遵循以下原則，（1）保證質(zhì)量，獲得外觀和內(nèi)在質(zhì)量滿意的焊接接頭，焊接變形盡量小。（2）具有較高的生產(chǎn)率。在干船塢焊接時(shí)，受環(huán)境的影響較大，易受風(fēng)、雨、雪、氣溫、濕度等自然因素的影響，并且全位置焊接較多，一些高效、自動(dòng)化程度較高的焊接方法受到限制。

在海洋工程船體分段大合攏中，主要有以下四種焊接方法：

1.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)藥芯焊

對(duì)船體分段搭載中，大部分位置均可選用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)藥芯焊，該方法可以進(jìn)行平焊、橫焊、角焊、立焊、仰焊。該方法是以連續(xù)送進(jìn)的焊絲與船體分段焊縫之間的燃燒的電弧作為熱源，利用電焊炬噴嘴噴出的氣體來保護(hù)電弧進(jìn)行焊接。二氧化碳的主要作用就是隔離空氣中的某些組分，使其對(duì)焊縫的影響減少或杜絕，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫及近焊縫區(qū)的保護(hù)。此方法優(yōu)點(diǎn)為：焊接速度快，熔敷效率高，飛濺少，電弧更加穩(wěn)定，焊接成本低，焊接應(yīng)力變形小，焊接質(zhì)量高，操作簡(jiǎn)單。但采用此方法焊接時(shí)，弧光輻射強(qiáng)，風(fēng)速等于或大于2米/秒時(shí)，不采取擋風(fēng)措施的情況下，現(xiàn)場(chǎng)要停止施工，否則容易出現(xiàn)氣孔，影響焊接質(zhì)量。有風(fēng)時(shí)需要在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置擋風(fēng)板等防風(fēng)措施后焊接。焊接對(duì)接焊縫時(shí)，背部貼陶瓷襯墊，正面采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊方法焊接，使焊縫單面焊，雙面成型。對(duì)焊接接頭處或有氣孔的位置，背部需要碳弧氣刨清根，用砂輪機(jī)打磨干凈滲碳層與溶渣，直至漏出金屬光澤后，再焊滿為止。在對(duì)接焊縫兩端設(shè)引弧板或者熄弧板，把焊縫兩端向外延長(zhǎng)，避免缺陷落在焊縫的始末端，從而保證了整條焊縫質(zhì)量穩(wěn)定均勻。二氧化碳?xì)怏w是屬氧化性氣體，焊接時(shí)二氧化碳?xì)怏w被大量分解，分解出來的原子氧具有強(qiáng)烈的氧化性。常用的脫氧措施是加入鋁、鈦、硅、錳脫氧劑。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊可以焊接碳鋼和低合金鋼。焊絲選用TWE-711Ni 的二氧化碳焊絲，焊絲直徑為1.2毫米。

2.埋弧自動(dòng)焊

埋弧自動(dòng)焊簡(jiǎn)稱（SAW），埋弧焊以連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電極和填充金屬，在焊接區(qū)上面覆蓋一層顆粒狀焊劑，電弧在焊劑下燃燒，將焊絲端部和局部母材溶化，形成焊縫，依靠顆粒狀焊劑堆積形成保護(hù)條件，焊劑和熔渣能有效地防止空氣侵入熔池而受污染，還可以降低焊縫冷卻速度，從而可以提高焊接接頭的力學(xué)性能。需要在高速和大熱量輸入的情況下保證焊縫具有良好的力學(xué)性能和背面成形。

埋弧自動(dòng)焊適用于船體分段搭載后的中厚板（鋼板厚度大于等于8mm），直縫，長(zhǎng)縫，平位置的焊接。由于需要導(dǎo)軌行走，所有對(duì)于一些形狀不規(guī)則的焊縫無法焊接，且不適宜焊接薄板。

此方法的優(yōu)點(diǎn)為生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，沒有弧光，對(duì)焊工眼睛無傷害，焊接時(shí)放出的煙塵和有害氣體少。焊接質(zhì)量高，由于焊接工藝參數(shù)可以通過自動(dòng)調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定，焊縫表面光潔平直，焊縫金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能均勻而穩(wěn)定。焊接后探傷人員對(duì)焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)，即磁粉探傷（MT）及手工超聲波探傷（UT）時(shí)，通過率極高。

3.氣電垂直自動(dòng)焊

氣電垂直自動(dòng)焊簡(jiǎn)稱（EGW），適用于船舶分段合攏時(shí)立向上對(duì)接焊接。由于機(jī)頭可隨平行于焊道的軌道自動(dòng)爬行，因此幾十米長(zhǎng)的焊縫可一次完成，是一種高效、優(yōu)質(zhì)的垂直焊方法。

焊接過程中用二氧化碳?xì)怏w作保護(hù)，并對(duì)焊接熔池強(qiáng)制一次成形的方法來完成。焊縫的前后面分別用水冷銅滑塊和帶有梯形凹槽襯墊，以保持熔池穩(wěn)定和成形良好。采用此方法時(shí)，在大合攏焊縫內(nèi)側(cè)搭設(shè)腳手架，組裝馬板，貼KL型專用襯墊，合攏縫外側(cè)上方掛垂直移動(dòng)吊籠，人員站在吊籠內(nèi)進(jìn)行操作。焊件裝配時(shí)要求坡口內(nèi)無定位焊縫，貼襯墊一側(cè)用馬板組裝，馬板間距≤350毫米，馬板的槽口必須和坡口中心一致。該方法適用于船體外板，船體舷側(cè)，隔艙壁垂直對(duì)接縫的焊接。該方法使用的焊接材料為直徑φ1.6毫米的藥芯焊絲，典型牌號(hào)DWS-43G。

4.手工電弧焊

手工電弧焊簡(jiǎn)稱（SMAW），是焊工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，焊工以外部涂有涂料的焊條作為電極及填充金屬，電弧在焊條端部和被焊工件表面之間燃燒，熔化焊條和鋼板形成焊縫。涂料在電弧作用下產(chǎn)生氣體，保護(hù)電弧，又產(chǎn)生熔渣覆蓋在熔池表面，防止熔化的鋼板與周圍氣體相互作用，又向熔池添加合金元素，改善焊縫金屬性能。此方法適用于大合攏時(shí)狹窄空間場(chǎng)合的焊接，對(duì)接焊縫及角接焊縫均可采用，也適合船體大合攏完畢，整船驗(yàn)收時(shí)的漏焊和補(bǔ)焊，適合各種位置的焊接。該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便，適應(yīng)性強(qiáng)，可達(dá)性好，不易受風(fēng)的影響，在大多數(shù)天氣情況下都可以進(jìn)行焊接，對(duì)焊接金屬的最大厚度沒有限制。在環(huán)境溫度低于18度時(shí)，應(yīng)采用氣體火焰將母材預(yù)熱到21度以上。但是勞動(dòng)條件差，焊工要受到高溫烘烤，有毒、煙、塵、和金屬蒸汽的危害，熔敷速度慢，焊接效率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，在搭載焊接時(shí)，空間開闊及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接的位置較少適用，對(duì)焊工的操作技術(shù)要求高，焊接質(zhì)量在一定程度上取決于焊工的操作水平。焊條應(yīng)采用船級(jí)社認(rèn)可的堿性低氫型焊條，常用的焊條尺寸為長(zhǎng)度460mm，焊條直徑一般為3.2mm，4.0mm。

5.結(jié)語

由于船塢工期緊迫，要求施工速度快，而焊接是船塢搭載時(shí)最為重要的工序。因此選擇合適的焊接方法對(duì)降低成本，提高焊接效率，搞好焊縫的質(zhì)量極為重要。目前我國(guó)船廠的焊接技術(shù)基本上滿足了船廠生產(chǎn)的需要，但是隨著大型集裝箱船及海洋工程環(huán)保型船舶的開發(fā)建造，在大厚度鋼板的焊接及3～6mm薄板的焊接方法等高新技術(shù)方面的應(yīng)用會(huì)越來越多，特別是船舶焊接機(jī)器人技術(shù)，焊接機(jī)器人對(duì)船舶高效焊接自動(dòng)化有著深刻的意義，值得我們深入探討。

參考文獻(xiàn)：

[1] [美]威廉 L.加爾維里 弗蘭克 M.馬洛 著 李亞江等譯 焊接技能問答 化學(xué)工業(yè)出版社 2004.5.

[2] 何中振等 海洋石油工程設(shè)計(jì)指南（第六冊(cè)）[M] 石油工業(yè)出版社，2007.4.

[3] 吳潤(rùn)輝等 船舶焊接工藝 哈爾濱工程大學(xué)出版社，2006.3

[4] 沈惠塘 焊接技術(shù)與高招 機(jī)械工業(yè)出版社 2003.2.