特涂艙中銹點(diǎn)區(qū)焊補(bǔ)工藝研究及應(yīng)用

陸子友，朱 池

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

在現(xiàn)代船舶建造中，一般采用CO2氣體保護(hù)焊、焊條電弧焊和手工鎢極氬弧焊進(jìn)行焊縫修補(bǔ)[1]。在化學(xué)品船的特涂艙修補(bǔ)中，不僅要考慮工作效率、施工環(huán)境和對(duì)特涂油漆損壞程度影響，還需要找出特涂液貨艙的最優(yōu)修補(bǔ)焊接方法。CO2氣體保護(hù)焊需要送絲機(jī)、氣瓶和焊線，其中送絲機(jī)容易破壞艙室地面的特涂油漆以及焊線笨重，該焊接方法還存在有藥渣、熱輸入量大和焊縫抗裂性較差等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)分析，采用焊條電弧焊和手工鎢極氬弧焊較為合適。為了找到最優(yōu)的修補(bǔ)方法，對(duì)焊條電弧和手工鎢極氬弧焊進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，找出合理的焊接工藝，不僅能提高特涂艙修補(bǔ)成功率，還能減少背面油漆修補(bǔ)，提高工作效率。文中通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行分析，為實(shí)船修補(bǔ)找出合適的焊補(bǔ)方案。

1 試驗(yàn)材料及焊前準(zhǔn)備

按照LR船級(jí)社規(guī)范要求，新的修補(bǔ)方案在實(shí)船應(yīng)用需要進(jìn)行工藝認(rèn)可試驗(yàn)，具體試驗(yàn)如下。

1)焊接試板。焊接試驗(yàn)采用母材為AH36，厚度為18 mm，尺寸為250×500，一共12塊試板。

2)焊接材料及方法。焊接方法和焊材見(jiàn)表1。

表1 焊接方法和焊材

3)焊接坡口形式。 焊接坡口形式見(jiàn)圖1，焊條電弧焊焊接接頭要求見(jiàn)圖2，手工鎢極氬弧焊焊接接頭要求見(jiàn)圖3。

圖1 焊接坡口形式

圖2 焊條電弧焊焊接接頭要求

圖3 手工鎢極氬弧焊焊接接頭要求

4)補(bǔ)焊試驗(yàn)要求。

(1)補(bǔ)焊位置為角焊縫與母材處，見(jiàn)圖2和圖3所示。需要將補(bǔ)焊處刨4～5 mm深度后修補(bǔ)。

(2)補(bǔ)焊過(guò)程中需要記錄電流、電壓、焊接速度、背面焊接溫度(小于等于170 ℃，當(dāng)溫度即將到170 ℃時(shí)停止補(bǔ)焊，記錄焊接時(shí)長(zhǎng)。待溫度降下來(lái)后繼續(xù)補(bǔ)焊，依次循環(huán))。溫度測(cè)量要求：紅外點(diǎn)溫與接觸式測(cè)溫同時(shí)進(jìn)行。接觸式測(cè)溫只需要測(cè)3個(gè)點(diǎn),測(cè)溫點(diǎn)位置示意圖見(jiàn)圖4，由于有延遲性，點(diǎn)①、②溫度無(wú)需是最高讀數(shù)，但是點(diǎn)③必須是最高讀數(shù)。紅外點(diǎn)溫移動(dòng)需與焊接速度同步。

圖4 測(cè)溫點(diǎn)位置示意圖

3)確定試驗(yàn)位置。硬度點(diǎn)測(cè)試位置示意圖見(jiàn)圖5。其中，圓點(diǎn)代表測(cè)試點(diǎn)。

圖5 硬度點(diǎn)測(cè)試位置示意圖

2 焊接

2.1 焊接準(zhǔn)備

在焊接或者焊接預(yù)熱前，焊縫坡口及焊縫周圍30 mm區(qū)域內(nèi)應(yīng)清潔，沒(méi)有潮氣、油、渣、鐵銹、氧化物或任何可能污染焊縫的外來(lái)雜質(zhì)。

2.2 焊前檢查

焊前檢查包括焊接工作條件、焊接設(shè)備及焊接材料等的準(zhǔn)備工作情況。首先要檢查焊接結(jié)構(gòu)裝配是否符合公差要求；再檢查設(shè)備的外部接線是否正確，電纜接頭、接地線、控制線插頭等是否擰緊；通電后，各按鈕動(dòng)作是否正常，并檢查焊絲能否保證整條焊縫的需求量。

2.3 焊接注意事項(xiàng)

電弧電壓的選用值必須與焊接電流相匹配。在其他規(guī)范參數(shù)不變情況下，當(dāng)電弧電壓增大時(shí)，焊縫熔寬增加，過(guò)高的電弧電壓會(huì)出現(xiàn)焊縫咬邊；反之則焊縫熔寬減少，過(guò)低電弧電壓會(huì)使電弧燃燒不穩(wěn)定。電弧電壓的變化對(duì)余高影響不大[2]。在保證焊接過(guò)程和焊縫成形良好情況下，應(yīng)盡量降低電壓，這對(duì)于防止氣孔和減少合金元素的燒損都是有利的[3]。

2.4 焊接認(rèn)可焊接規(guī)范

焊條電弧焊焊接參數(shù)見(jiàn)表2，手工鎢極氬弧焊焊接參數(shù)見(jiàn)表3。

表2 焊條電弧焊焊接參數(shù)

表3 手工鉤極氬弧焊焊接參數(shù)

2.5 背面測(cè)量溫度

根據(jù)試驗(yàn)要求，采用接觸和紅外線溫度計(jì)進(jìn)行溫度測(cè)量，當(dāng)采用焊條電弧焊，焊縫長(zhǎng)度達(dá)到400 mm時(shí)，溫度為170 ℃，焊接時(shí)長(zhǎng)為3.0 min；當(dāng)采用手工鎢極氬弧焊，焊縫長(zhǎng)度達(dá)到180 mm時(shí)，溫度為170 ℃，焊接時(shí)長(zhǎng)為2.5 min。

2.6 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1)無(wú)損檢測(cè)。對(duì)本次焊條電弧焊和手工鎢極氬弧焊的修補(bǔ)接縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。按照CB/T 3958-2004《船舶鋼焊縫磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)工藝和質(zhì)量分級(jí)》中的磁粉檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%MT檢測(cè)，試樣無(wú)裂紋、未焊透、氣孔等缺陷，試樣均為Ⅰ級(jí)合格。

2)硬度檢測(cè)。測(cè)定6組焊接試樣的硬度值，為了便于對(duì)比分析，分別對(duì)試樣的母材、熱影響區(qū)、修補(bǔ)焊縫進(jìn)行了檢測(cè)。焊條電弧焊維氏硬度(HV)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，手工鎢極氬弧焊維氏硬度(HV)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 焊條電弧焊維氏硬度(HV)試驗(yàn)結(jié)果

從表4和表5中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用焊條電弧焊修補(bǔ)焊縫時(shí)，與母材硬度值相比，維氏硬度值高出較多；當(dāng)采用手工鎢極氬弧焊修補(bǔ)時(shí)，與母材硬度相比，維氏硬度偏差較小，數(shù)值相近。說(shuō)明手工鎢極氬弧焊修補(bǔ)焊縫的綜合力學(xué)性能優(yōu)于焊條電弧焊。

表5 手工鎢極氬弧焊維氏硬度(HV)試驗(yàn)結(jié)果

3)宏觀分析。2種焊接修補(bǔ)焊縫呈金屬光澤，焊縫外觀成形良好，有足夠的熔深，無(wú)裂紋和未熔合缺陷，未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷，符合ISO5817-2014《Welding——Fusion-welded joints in steel,nickel,titanium and their alloys(beam welding excluded)-Quality levels for imperfections》中B級(jí)的要求，表明焊接接頭質(zhì)量合格。

3 實(shí)船應(yīng)用

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)手工鎢極氬弧焊比焊條電弧焊綜合力學(xué)性能好，因此實(shí)船修補(bǔ)采用手工鎢極氬弧焊，單次焊接長(zhǎng)度不大于180 mm，焊接時(shí)間控制在2 min內(nèi)，層間溫度控制在40 ℃，獲得優(yōu)質(zhì)焊縫，焊縫背面的油漆未損壞，只需要特涂修補(bǔ)區(qū)域的油漆。修補(bǔ)結(jié)果獲得船檢和船東認(rèn)可，該船已經(jīng)完工出廠。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)焊條電弧焊和手工鎢極氬弧焊修補(bǔ)特涂液貨艙銹點(diǎn)的對(duì)比，可以得出如下結(jié)論。

1)相比焊條電弧焊，采用手工鎢極氬弧焊修補(bǔ)特涂艙，其焊縫成形光順美觀、無(wú)飛濺物、力學(xué)性能優(yōu)。

2)采用熱輸入量集中的手工鎢極氬弧焊的焊接方法，雖然在層溫控制下，焊接時(shí)間較短，但是修補(bǔ)區(qū)域焊縫的硬度值更接近母材。

3)對(duì)于特涂艙的修補(bǔ)，需要選用合理的焊接方法、焊接參數(shù)、層間溫度，才能提高修補(bǔ)成功率，避免修補(bǔ)點(diǎn)的擴(kuò)大。