大型機(jī)械設(shè)備中特厚高強(qiáng)度板焊接施工技術(shù)初探

徐恒

（中交二航局結(jié)構(gòu)工程有限公司，湖北 武漢 430416）

隨著現(xiàn)代工程機(jī)械設(shè)備日益向大型化、超大型化發(fā)展，一般厚度、強(qiáng)度鋼材已不能滿足其使用性能要求，特厚高強(qiáng)度鋼得到日益廣泛化的應(yīng)用，如大型、超大型起重機(jī)基座和臂桿、海洋作業(yè)平臺(tái)樁腿、其他工程機(jī)械設(shè)備要求高強(qiáng)度的關(guān)鍵區(qū)域部件等，但這類特厚高強(qiáng)度鋼的焊接難度較大，焊縫無損探傷一次性合格率低，返修率高，質(zhì)量隱患較大，甚至可能導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，因此實(shí)驗(yàn)摸索出一套適合此類鋼材的焊接工藝流程既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

1 主要施工條件以及施工特點(diǎn)

以此次承建的深水三用多功能工程船RS4578上旋轉(zhuǎn)吊

機(jī)建造為例，特厚高強(qiáng)度板(厚度100mm)的焊接施工技術(shù)是保證設(shè)備建造質(zhì)量、工期的關(guān)鍵之一。特厚高強(qiáng)度板的焊接施工有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）沒有具體的規(guī)范、案例可依。（2）母材厚度達(dá)100mm,焊縫填滿焊接量大，且焊縫的長(zhǎng)度超長(zhǎng)。（3）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，焊接不確定性因素多，質(zhì)量保障難度增加。（4）母材碳含量高，敏感性強(qiáng)極易出現(xiàn)冷裂紋。（5）焊接冷卻后收縮量大，焊接殘余應(yīng)力與變形不易控制。（6）鋼板厚度達(dá)到100mm，出現(xiàn)層狀撕裂隱患大。在焊接施工過程中要充分考慮其材料特性以及焊接工藝特點(diǎn)，選擇適合的焊接技術(shù)方法以及工藝，規(guī)避對(duì)超厚板焊接不利因素，從而保證焊接質(zhì)量，滿足工程機(jī)械設(shè)備使用性能要求。

2 焊接工藝方法

為滿足焊縫低溫沖擊韌性要求，焊接采用多層多道焊焊接方法，不能采用單面焊一次成型焊接方法，單面焊一次成型這種大線能量的焊接方法，高效率的熱輸入集中進(jìn)行或者母材和焊縫的冷卻速度較慢，金屬組織軟化或脆化現(xiàn)象就極易出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)域；若是母材和焊縫冷卻速度快，金屬組織淬硬現(xiàn)象又比較容易出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)，金屬組織冷裂紋和韌性又有下降的趨勢(shì)，故而借助多層多道焊的施焊方法來加強(qiáng)層間溫度的控制，嚴(yán)格控制好焊接線能量的輸入，焊后還需進(jìn)行消氫處理。其次，針對(duì)超厚度的焊接的結(jié)構(gòu)內(nèi)施焊和結(jié)構(gòu)大接頭處的施焊的區(qū)別，焊接工藝也不盡相同，對(duì)于大接頭處的焊接工藝要充分考慮分段區(qū)域以及具體加工廠的建造方法和建造順序以及焊接設(shè)備技術(shù)和焊工水平，從而選擇與之相適應(yīng)的焊接方法。

2.1 焊接材料的選取

焊接質(zhì)量能否達(dá)標(biāo)，焊接材料的選擇是否正確是先決條件。對(duì)于特厚高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的焊接材料的選取，在滿足各類行業(yè)規(guī)范同時(shí)，還要考慮要以下因素：首先，超厚板特殊的焊劑性能及成焊特點(diǎn)，基本原則是選擇高韌性、低氫焊接材料。其二，經(jīng)濟(jì)成本要考慮的重要因素，因?yàn)楹附硬牧铣杀菊冀ㄔ斐杀鞠喈?dāng)大一部分，故價(jià)廉物美是選材的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，還要考慮考慮焊材采購(gòu)周期，焊接材料采購(gòu)根據(jù)工期要求適當(dāng)提前，最后是要對(duì)焊接材料進(jìn)行隨機(jī)取樣送檢認(rèn)證。結(jié)合上述幾方面，此次選取焊絲：H08Mn2E；焊劑：SJ101。并提交相關(guān)第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)認(rèn)證認(rèn)可。

2.2 焊前準(zhǔn)備

焊前準(zhǔn)備是工程機(jī)械設(shè)備高強(qiáng)度特厚板焊接的常規(guī)工作，同時(shí)也是非常重要的工作，主要分兩個(gè)方面：

下料處理：首先對(duì)鋼板進(jìn)行均勻加熱，加熱方式電加熱片、加熱槍均可，加熱至120~150℃后進(jìn)行切割下料，火焰切割邊緣產(chǎn)生的氧化皮、弧坑均要去除直至露出金屬光澤，處理方式可采用打磨或者機(jī)械加工，確保切割邊緣無可能影響焊接質(zhì)量的缺陷，如：裂紋、缺口、弧坑等，另外邊緣還需平整光順。鋼板進(jìn)行預(yù)處理時(shí)鋼板矯平的程序不能省略，母材的平整度超范圍也是不允許的。

焊前預(yù)熱：預(yù)熱分三個(gè)階段：焊接前加熱、層間溫度控制、焊接后加熱及保溫，每個(gè)階段都要嚴(yán)格一步一個(gè)腳印的執(zhí)行預(yù)熱工藝要求。焊前預(yù)熱是通過馬氏體自回火作用提高抗裂性來防止焊接裂紋的，降低馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度，預(yù)熱溫度控制在120～150℃區(qū)間，火焰加熱器或者電加熱毯是常用的預(yù)熱措施。層間溫度控制是為使熱影響區(qū)的韌性下降出現(xiàn)脆性混合組織，使冷卻速度（500～800℃間）低于臨界冷卻速度，因此應(yīng)避免層間溫度過高，層間溫度最高不能高于200℃。后熱處理是為降低焊接接頭擴(kuò)散氫含量，提高接頭的總體性能指標(biāo)，減弱焊縫脆性，要對(duì)焊縫兩側(cè)150mm范圍內(nèi)進(jìn)行后熱處理，使用電腦控制的電加熱毯，溫度控制在220～250℃，保溫時(shí)間2h，處理完后，對(duì)焊縫區(qū)域正反面采取包裹措施進(jìn)行緩冷。三個(gè)階段溫度控制檢測(cè)位置均為焊道兩側(cè)至少75mm的范圍，工業(yè)測(cè)溫槍是常用的測(cè)量工具，需使用定期校驗(yàn)合格的測(cè)溫槍。另外培養(yǎng)合格高水平有工匠精神的焊接操作人員也至關(guān)重要。

2.3 坡口形式

坡口的選擇主要是從兩個(gè)方面考慮：（1）板材厚度；（2）施焊位置。因超厚板焊接收縮量大的特性，宜結(jié)合設(shè)計(jì)文件要求，選擇不對(duì)稱的坡口形式（如：1/3t，2/3t）并采取適當(dāng)反變形措施，先一面焊接，然后反面碳刨、再焊接，如果與設(shè)計(jì)要求有沖突，提前與設(shè)計(jì)溝通確認(rèn)，具體角度以焊接工藝評(píng)定最終結(jié)果為準(zhǔn)，同時(shí)選用合理的節(jié)點(diǎn)，保障Z向性能。

2.4 焊接過程控制措施

由于工程機(jī)械設(shè)備高強(qiáng)度要求關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同部位具體焊接控制要求也不盡相同，終極目的是控制焊接收縮變形，減小結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力?？刂埔c(diǎn)如下：（1）起弧前在焊接試板上調(diào)試電流，不能在焊縫或者母材上面調(diào)試焊接參數(shù)，焊接時(shí)引弧熄弧在引熄弧板（坡口內(nèi)）進(jìn)行，嚴(yán)禁在非坡口區(qū)域母材表面引弧。（2）定位焊接區(qū)域預(yù)熱也應(yīng)該嚴(yán)格按照工藝要求執(zhí)行，母材上盡量避免非必要的臨時(shí)點(diǎn)焊。（3）保證施焊的連續(xù)性，中途不能隨意停止，要保證熔敷的金屬厚度與母材厚度比大于2/3。（4）施焊過程中，焊道要控制好厚度，既要避免太厚，也要避免太薄，焊道寬度也要嚴(yán)格控制，嚴(yán)格控制在焊材直徑的2.5倍范圍以內(nèi)。（5）起熄弧點(diǎn)因出現(xiàn)突變，易出現(xiàn)應(yīng)力集中，每層焊道斷點(diǎn)位置要避免重合，應(yīng)間隔50mm以上，焊道邊角處后再開始焊接下一道焊縫，把夾渣、咬邊及氣孔等缺陷隱患提前消除掉。（6）焊接過種中每名焊工需配一名打磨工，完成一道焊縫后需進(jìn)行外觀檢查，出現(xiàn)不規(guī)整的部位及時(shí)打磨處理，然后焊接下一道焊縫，施焊完成后，焊縫臨近表面飛濺及不規(guī)整光順的地方要整改清理好。

2.5 焊接工藝參數(shù)

決定焊縫質(zhì)量的至關(guān)重要因素之一是焊接熱輸入量大小、效率，直接決定了焊接接頭成型后相組織特點(diǎn)和性能，要控制好焊接熱輸入量就應(yīng)選擇合適的電流、電壓、焊接速度等工藝參數(shù)。根據(jù)不同的焊接方法制備具體的焊接實(shí)驗(yàn)試件，從而確定與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境一致情況下的焊接工藝參數(shù)。

3 質(zhì)量保證體系

在進(jìn)行焊接質(zhì)量控制時(shí)，堅(jiān)持TQC(Total quality control)的基本思想，進(jìn)行全員、全方位、全過程質(zhì)量控制，產(chǎn)品質(zhì)量的保證關(guān)鍵在過程控制，嚴(yán)禁不合格產(chǎn)品流入到下一道工序，加強(qiáng)檢驗(yàn)停止點(diǎn)的落實(shí)控制，加強(qiáng)過程巡檢記錄，及時(shí)總結(jié)糾偏，不斷完善改進(jìn)質(zhì)量管理體系，重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面著手：（1）完善體系文件，促進(jìn)質(zhì)量管理體系健康有序運(yùn)行，盡量消除職能實(shí)施、過程接口不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，讓質(zhì)量要求和管理過程標(biāo)準(zhǔn)化、清晰化，減少人為主觀因素的影響，為質(zhì)量法治環(huán)境奠定基礎(chǔ)。 （2）提高全員綜合素質(zhì)，全員學(xué)習(xí)體系文件，應(yīng)知應(yīng)會(huì)體系文件，保證質(zhì)量管理體系文件有效實(shí)施。（3）讓管理人員成為完全執(zhí)行體系文件的典范，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理體系自主管理。（4）建立企業(yè)管理的長(zhǎng)效機(jī)制，不斷提高企業(yè)的凝聚力，控制技術(shù)骨干人才的流失。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)EH36超厚度鋼板焊焊接工藝的分析總結(jié)，結(jié)合金屬工藝、焊接理論知識(shí)及生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)依據(jù)，摸索出了一套簡(jiǎn)單易行、高效、焊接質(zhì)量可靠的工藝方法。焊接方法也是一門試件科學(xué)，影響構(gòu)件焊接結(jié)果的因素、參數(shù)很多，需充分理論聯(lián)系實(shí)際，在日常工作中需要做好各類焊接情況記錄，每季度總結(jié)分析一次，不斷糾偏，找出規(guī)律，尋求改善的工藝方法，進(jìn)而提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。