NO96薄膜型LNG船殷瓦鋼非脈沖氬弧焊焊接工藝研究

趙孔標(biāo) 朱小鋒

摘 要：NO96薄膜型LNG船是液化天然氣常用的海運(yùn)交通工具之一，本文針對(duì)NO96薄膜型LNG船的特殊脈沖氬弧焊焊接，分析其焊接原理和特點(diǎn)，對(duì)其由于直流電焊優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析，通過(guò)分析NO96薄膜型LNG船，結(jié)合其工藝判定和相關(guān)培訓(xùn)要求，對(duì)于殷瓦鋼材料的手工焊接技術(shù)進(jìn)行分析，力求實(shí)現(xiàn)非脈沖環(huán)境下實(shí)現(xiàn)精切焊接，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)航海建設(shè)工程提供參考。

關(guān)鍵詞：NO96薄膜型LNG船;非脈沖;焊接工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：U671.82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）04-0069-03

海底蘊(yùn)含著豐富的天然氣資源，其中液化天然氣更是能源主要類(lèi)型之一。因此也帶動(dòng)了液化天然氣船舶建造發(fā)展。為了讓實(shí)現(xiàn)高效液化天然氣運(yùn)輸，海洋船舶工程往往會(huì)以建造模擬艙的方式檢驗(yàn)船廠的質(zhì)量，認(rèn)證其是否符合建造需求。此類(lèi)型的液化天然氣船也成為了當(dāng)代船舶市場(chǎng)發(fā)展的主流。NO96薄膜型LNG船是天然氣運(yùn)輸船的一種類(lèi)型，它內(nèi)部設(shè)置了殷瓦鋼材料，其能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部貨艙維護(hù)功能，常見(jiàn)的殷瓦鋼手工焊方式是非脈沖氬弧焊焊接技術(shù)，本文結(jié)合其特點(diǎn)，介紹該類(lèi)型的焊接工藝[1]。

1 相關(guān)概念簡(jiǎn)述

1.1 LNG船

LNG船（Liquefied Natural Gas Ship）屬于液化天然氣船類(lèi)中的一種，該船能夠保證船運(yùn)貨物在低一百六十多度的環(huán)境下進(jìn)行海上運(yùn)輸，類(lèi)似于陸運(yùn)冷鏈系統(tǒng)。也被稱(chēng)為“海上超級(jí)冷凍車(chē)”。由于冷凍環(huán)境、運(yùn)輸環(huán)境極其嚴(yán)苛，LNG船被稱(chēng)為國(guó)際船運(yùn)界的“三高產(chǎn)品”。同時(shí)，此類(lèi)船對(duì)原材料和工藝要求極高，縱觀全球，僅有美國(guó)、日本、韓國(guó)、中國(guó)及少數(shù)歐洲國(guó)家有此造船技術(shù)。

常見(jiàn)的LNG船（Liquefied Natural Gas Ship）內(nèi)部?jī)?chǔ)存系統(tǒng)擁有支撐式和薄膜式兩種。其冷鏈接收處有專(zhuān)用碼頭，儲(chǔ)罐成為裝載液化天然氣的主要容器，通過(guò)在氣化裝置處理后，這些液態(tài)氣體加熱處理后會(huì)氣化，順著熱氣流輸送到用戶處。對(duì)于液貨艙而言，在主、次層INVAR的焊接模式方面，其中，GTT No.96型的船舶可以采用自動(dòng)焊接，其焊接質(zhì)量容易得到控制[2]。

1.2 氬弧焊

氬弧焊借助了稀有氣體的保護(hù)，讓焊件在氣體中得到保護(hù)，避免發(fā)生氧化，其焊接原理是在普通的電弧焊焊接基礎(chǔ)上輸入氬氣，從而保護(hù)金屬焊材。這讓通過(guò)高電流的焊材在短時(shí)間內(nèi)融化成液熔;在氬氣的保護(hù)下，焊接避免和空氣中的氧氣接觸，不會(huì)發(fā)生氧化銹蝕，這種焊接技術(shù)質(zhì)量和焊接精確度高，因此常被運(yùn)用到高質(zhì)量機(jī)械設(shè)備焊接中。

2 相關(guān)焊接工藝分析

本文探討的NO96薄膜型LNG船殷瓦鋼非脈沖氬弧焊焊接工藝，是將殷瓦鋼作為焊接對(duì)象，針對(duì)其特性，采用特殊的焊接母材和焊接手段。下面，筆者對(duì)此進(jìn)行分析：

2.1 焊接母材

本次研究中采用的母材是殷瓦鋼（Invar），此材料是一種特殊的鎳鐵合金鋼，其中物質(zhì)含量如表（表1）。

在以上化學(xué)組成成分影響下，殷瓦鋼的熱膨脹系統(tǒng)極低，這也能讓其在超級(jí)低溫的狀態(tài)下保持原狀，不會(huì)受到環(huán)境影響，因此經(jīng)常使用在低溫運(yùn)輸中。其也是NO96薄膜型LNG船建造成分之一。

同時(shí)，不過(guò)這種材料也有一定的缺陷，殷瓦鋼的抗腐蝕能力極差，在潮濕的環(huán)境中極易生銹。因此，在使用該材料時(shí)要保證內(nèi)部車(chē)間內(nèi)的空氣干燥度大于60%，除此之外，還要在內(nèi)部配置除濕空調(diào)和濕度檢測(cè)儀。通過(guò)控制整個(gè)車(chē)間的封閉性，避免水分子和殷瓦鋼直接接觸。受到焊接環(huán)境影響，殷瓦鋼也容易接觸焊接人員的汗水和呼吸水分子造成大面積銹蝕氧化[3]。因此，專(zhuān)業(yè)焊工在執(zhí)行焊接任務(wù)時(shí)候還要帶著橡膠皮手套和口罩。此外，殷瓦鋼的質(zhì)地較薄，因此在焊接時(shí)十分容易氧化，建議焊接人員在處理時(shí)要輕拿輕放，切勿讓其折損。

2.2 焊接模式

由于材料特征影響，在執(zhí)行焊接任務(wù)中，焊工需要嚴(yán)格控制各項(xiàng)焊接參數(shù)和技術(shù)流程。分析其常見(jiàn)的焊接形式，主要有以下搭接焊、和頂焊兩種樣式。這兩種模式根據(jù)焊接部位不同，常被用于NO96薄膜型LNG船貨維護(hù)系統(tǒng)中。

2.3 焊接位置

按照NO96薄膜型LNG船舶建設(shè)要求，在車(chē)間焊接模式主要有平、橫、豎、仰焊幾種方式，筆者將常見(jiàn)的殷瓦鋼厚度組合樣式展示于下（如表2所示）。

2.4 焊前準(zhǔn)備

2.4.1 焊接原材料

本次焊接原材料主要采取日本冶金工業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的NO96薄膜型LNG專(zhuān)用殷瓦鋼，其中厚度類(lèi)型有0.7mm、1.0mm、1.5mm三種。除此之外，還選取了韓國(guó)生產(chǎn)的熱保護(hù)絕緣墊、高純度的氬氣。

2.4.2 焊接設(shè)備

本次焊接設(shè)備采用的是ESAB Tig 2200i脈沖鎢極氬弧焊機(jī)，遵循設(shè)計(jì)原理，在使用時(shí)進(jìn)行非脈沖操作。同時(shí)，采用ESAB 1.6mm的鎢極。本次采用的襯墊是具有較好散熱性能的銅襯墊，當(dāng)進(jìn)入絕緣箱焊接步驟時(shí)候，改為玻璃棉絕緣保護(hù)襯墊。

2.4.3 勞保工具

為了實(shí)現(xiàn)較好的研究效果，本次實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格控制水分子成分，要求焊工人員佩戴相關(guān)專(zhuān)業(yè)級(jí)橡膠皮手套、安全口罩和面具等。

2.4.4 焊前環(huán)境處理

顧及到殷瓦鋼獨(dú)特化學(xué)特性，需要操作人員在焊接前將車(chē)間內(nèi)部進(jìn)行去塵處理，通過(guò)去濕空調(diào)、無(wú)水酒精等對(duì)空氣進(jìn)行凈化，對(duì)瓦鋼板表面的水分、油垢、表面渣滓用銼刀進(jìn)行打磨和潤(rùn)滑，處理后立即用無(wú)水酒精擦拭。

2.5 裝配定位

為了避免焊接時(shí)候無(wú)意刮傷殷瓦鋼板，需要采用專(zhuān)用設(shè)備將兩塊或三塊搭接的板夾緊。減少裝配定位之間的間隙，確保焊縫精度符合要求。同時(shí)，避免定焊時(shí)將熔液滴到鋼板邊緣，建議定焊間距設(shè)置為十毫米左右。

在裝置定位時(shí)，收弧和起弧要求時(shí)間要短，一般定位電流在45安-65安左右。保持在焊接電流的兩倍左右即可。定位的目的是控制殷瓦鋼之間的間隙，若間隙過(guò)大，會(huì)熔穿鋼板[4]。若設(shè)置電流過(guò)大也會(huì)造成溶孔現(xiàn)象。不利于殷瓦鋼焊接操作。

值得注意的是，若定位焊接沒(méi)有達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)直接影響后面的焊接成效、當(dāng)定位焊點(diǎn)過(guò)大，會(huì)干擾整個(gè)焊接流程的進(jìn)行。對(duì)此，在定位焊接時(shí)，要盡量讓上邊緣的金屬熔延至下板焊接，同時(shí)，保證較小的定位焊點(diǎn)，僅讓殷瓦鋼兩端能夠定位焊接即可。

3 非脈沖氬弧焊焊接過(guò)程

3.1 非脈沖氬弧焊焊接技術(shù)要點(diǎn)

在進(jìn)行常規(guī)的搭接焊和頂焊時(shí)，相關(guān)按揭人員盡量不要使用焊絲，若在頂焊裝置處理后發(fā)現(xiàn)孔隙，可以進(jìn)行填絲處理。

在焊接時(shí)候，盡量讓焊接鎢極游走在殷瓦鋼片之間邊緣角，禁止碰到殷瓦鋼片，造成敏感性氧化。焊接的手動(dòng)方式為自上而下，通過(guò)上板金屬熔融下滑下板。全過(guò)程采用自左向右的“Z”型往返焊接。技術(shù)人員要將焊槍擺動(dòng)頻率控制在2秒三次的頻率中，切忌停頓。如果整個(gè)過(guò)程不流暢，很容易讓上部分的熔融液不能均勻流向，加深焊縫表面寬度。讓“R”角變小，更會(huì)加重底板焊透程度，讓殷瓦鋼板報(bào)廢。

在進(jìn)行焊接時(shí)候，鎢極擺動(dòng)要無(wú)限接近兩地板中心，進(jìn)行自上而下的往復(fù)擺動(dòng)，值得注意的是，若擺動(dòng)太靠上，會(huì)增加R值、讓焊縫上突;反之，若擺動(dòng)太靠下，也會(huì)讓R值變小，造成焊縫內(nèi)陷。

針對(duì)其焊接工藝而言，若采用0.7mm的殷瓦鋼板，在進(jìn)行立焊處理時(shí)，更要嚴(yán)格控制其裝配間隙?？梢圆扇∽陨隙禄蜃韵露系姆绞剑贿^(guò)隨著殷瓦鋼板厚薄程度不同，其擺動(dòng)速度和頻率也要改善，否則會(huì)造成鋼板融化，功虧一簣。

對(duì)于頂焊而言，需要焊接人員規(guī)避由于視覺(jué)問(wèn)題造成焊縫成型扭曲，建議選擇正確的角度進(jìn)行觀測(cè)，有助于實(shí)現(xiàn)其精確性焊接[5]。同時(shí)，在焊接時(shí)也建議采用低電流方式焊接，避免高熱量產(chǎn)生大面積熔融，影響焊縫外觀。

如果要采取頂焊，焊接人員需要細(xì)心控制鎢極和焊縫的角度，建議焊接時(shí)讓鎢極沿焊縫方向前后擺動(dòng)。如需要同時(shí)間頂焊三塊殷瓦鋼板，建議讓鎢極沿垂直焊縫左右呈“Z”形擺動(dòng)，從而讓熔液能夠完全鋪滿頂端[6]。

3.2 技術(shù)參數(shù)

表3為殷瓦焊焊接參數(shù)。

4 相關(guān)焊接檢測(cè)分析

結(jié)合殷瓦焊焊接要求，相關(guān)焊接縫隙檢查方式有目測(cè)、滲透、密性等。

4.1 目測(cè)法

殷瓦焊結(jié)合使用外觀要求，在經(jīng)過(guò)焊接處理后，要求焊縫表面盡可能順滑光潔[7]。為了后期維護(hù)后期美觀和防氧化要求，要求焊接后的殷瓦板不能出現(xiàn)大面積裂縫、裂紋和咬邊、杜絕出現(xiàn)夾鎢等焊接問(wèn)題。

4.2 PT檢測(cè)

PT檢測(cè)又稱(chēng)之為滲透檢車(chē)，其目的是檢測(cè)焊過(guò)的殷瓦鋼板有無(wú)裂縫、氣孔等漏洞。

4.3 宏觀鏡金相處理

宏觀金相檢測(cè)按照GTT NO.96執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)[8]，在經(jīng)過(guò)處理后的焊接試樣經(jīng)過(guò)切割、打磨、腐蝕等不同程度的處理后，借助微觀電子顯微鏡拍照、通過(guò)標(biāo)記尺寸、測(cè)量等方式，檢驗(yàn)其是否滿足使用要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在基于NO96薄膜型LNG船殷瓦鋼非脈沖氬弧焊焊接工藝研究基礎(chǔ)上，通過(guò)選取合理的焊接材料、焊接材料厚度、采取正確的焊接工藝，有助于在脈沖氬弧焊焊接工藝基礎(chǔ)上，焊成優(yōu)質(zhì)焊條。本文通過(guò)分析NO96薄膜型LNG船應(yīng)用范圍以及非脈沖氬弧焊特點(diǎn)，結(jié)合殷瓦鋼特性進(jìn)行了優(yōu)化分析，希望能為我國(guó)航海運(yùn)輸提供新的建設(shè)焊接思路。

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