某集裝箱船螺旋漿漿葉損傷焊補工藝

黃俊暉 羅彪

摘? ? 要：本文介紹了通過MIG焊（熔化極惰性氣體保護焊）對損傷的螺旋槳葉片進行外部損傷修復(fù)，修復(fù)后的漿葉外形尺寸、硬度、粗糙度、螺距等各項參數(shù)，均滿足廠家新造漿葉的使用要求。

關(guān)鍵詞：固定漿;MIG;G-CuAI10NiF650/Grade Cu3

中圖分類號：U661.34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

MIG Welding for Repair of Propeller Blade of Container Ship

HUANG Junhui， LUO Biao

（ Guangzhou Wenchong Shipyard Co.， Ltd.， Guangzhou 510727 ）

Abstract： This paper introduces the repair of the damaged blade of the fixed-pitch propeller by metal inert gas （MIG） welding， and the parameters of the repaired blade， such as dimension， hardness， roughness and pitch， met the requirements of the manufacturer's new blade.

Key words： Fixed-pitch propeller; MIG Welding; G-CuAI10NiF650/Grade Cu3

1? ? 概述

螺旋槳是航行船舶必備的推進部件，其在船舶航行中起到推動船舶前進或后退的作用。螺旋槳性能的好壞對船舶航速起關(guān)鍵作用，在新船建造或航行過程中，經(jīng)常會因為各種原因產(chǎn)生碰撞損傷（如：運輸過程、安裝過程中產(chǎn)生碰撞損傷;航行過程碰撞到一些硬物損傷等），這些損傷會導(dǎo)致螺旋槳槳葉產(chǎn)生彎曲、變形及裂紋，導(dǎo)致螺旋槳不能正常工作，嚴重的會影響船舶的正常航行。

一般情況下，大多數(shù)的碰損主要出現(xiàn)在螺旋槳槳葉上。在發(fā)現(xiàn)槳葉損傷時，如果對整個螺旋槳整體更換，則無論從生產(chǎn)成本、漿葉制作周期及船廠生產(chǎn)周期考慮，都是得不償失的。事實上，對于某些損傷并不嚴重的漿葉，完全可以通過用MIG焊接的辦法來進行修補，修補后的性能檢驗合格后，也完全能滿足船舶的使用要求。

本文主要介紹某集裝箱船螺旋槳槳葉在建造過程中產(chǎn)生碰損，通過MIG焊補對螺旋槳進行修復(fù)，修復(fù)后的各項參數(shù)及性能完全符合制造廠家對新漿的要求，后續(xù)船舶運營也未再出現(xiàn)任何質(zhì)量問題。

2? ? 損傷情況簡述

某集裝箱船螺旋槳在塢內(nèi)建造過程中不小心發(fā)生碰撞，導(dǎo)致一片漿葉葉尖缺塊，且局部大面積損傷，在螺旋槳B葉導(dǎo)邊區(qū)域產(chǎn)生了一道大約350 mm長的裂紋，螺旋槳背面大約相同位置有一道相同尺寸大小的擠壓，在裂紋附近有5～6道細裂紋，螺旋槳的邊緣有不同程度的擦傷與崩齒。另外，在裂紋向葉尖端有一塊約100*350 mm的擦傷區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)有三處崩口，裂紋向另一側(cè)也有崩口，呈鋸齒狀。

檢查具體情況如下：

槳葉沿邊在0.8R～0.975R的位置槳葉變形較厲害，沿邊R位線性扭曲不符合標準;損傷區(qū)域粗糙度及硬度測量超出要求范圍;0.8R～0.95R截面螺距有偏差;補焊區(qū)域硬度過大，局部槳葉粗糙度超過5μm，超出廠家要求的2.5μm。槳葉損傷示意圖，見圖1。

由圖1可知，螺旋槳的葉片產(chǎn)生嚴重的損傷，局部的修補已滿足不了作為新造船的使用要求，簡單的補焊處理不能滿足槳葉的質(zhì)量要求，存在很大的質(zhì)量風(fēng)險。在綜合考慮成本、節(jié)點及工藝質(zhì)量的情況下，對受損槳葉進行局部切塊，重新制作一個毛坯件，采用MIG焊接法進行新舊件對接焊接。

3? ? 修復(fù)工藝的論證與評定

3.1? ?槳葉材質(zhì)及焊接方法

本船螺旋槳為銅質(zhì)合金材料，漿葉材質(zhì)為G-CuAI10NiF650/Grade Cu3，采用的MIG焊絲與槳葉材質(zhì)一樣（焊絲牌號S214）;MIG焊的主要參數(shù)有：電源極性、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、噴嘴孔徑及氬氣流量等。其中，焊接電流（100 A～120 A）與電弧電壓（14 V～16 V）最為關(guān)鍵。

采用MIG焊接的優(yōu)勢：

（1）焊絲與槳葉之間燃燒的電弧，作為熱源能更好的融化焊絲與母材金屬;

（2）焊接過程中，氬氣作為惰性保護氣體，通過焊槍噴嘴連續(xù)輸入到焊接區(qū)，可以有效保證電弧、熔池及母材金屬免受周圍空氣的有害作用;

（3）焊絲熔合、冷凝后形成焊縫金屬，有效與母材連接，修補后的槳葉基本與出廠加工件一樣，滿足新船使用要求。

焊接時需注意的事項：

（1）銅的氧化使塑性降低，容易引起裂紋;

（2）導(dǎo)熱性強，需要采用預(yù)熱措施;

（3）合金元素的蒸發(fā)和燒損容易促使熱裂縫、氣孔及夾渣等缺陷產(chǎn)生;

（4）焊接過程中，若焊縫金屬凝固前氣體未能完全逸出，容易在焊縫中產(chǎn)生氣孔;

（5）焊接后焊縫位置需要做NDT探傷，確認無裂紋產(chǎn)生。

3.2? ?槳葉質(zhì)量要求

槳葉修補完成后，對焊補后的槳葉進行相關(guān)的性能測試，主要包括：

（1）螺距測量;

（2）槳葉線性測量，尤其是破損的0.8R-0.975R位置;

（3）無損探傷檢驗（PT檢驗）;

（4）粗糙度測量;

（5）動平衡測量，因本船僅僅修復(fù)局部葉片，經(jīng)廠家認可，認為不影響性能，因此本次修復(fù)免做動平衡測量。

3.3? 修補工藝及評定

針對本船螺旋槳槳葉實際存在的缺陷，經(jīng)過充分分析論證，最終確定的修補方案為：切割原損傷舊件，采用與螺旋槳同材質(zhì)的焊絲材料，通過MIG焊補的方式進行對接焊補修復(fù)。

本次修復(fù)是一項系統(tǒng)的修復(fù)工程，除了具體焊接實操注意事項，還需要滿足以下幾點基本條件：

（1）對槳葉損傷區(qū)域的尺寸、螺距及粗糙度進行測量，目的是確認修補范圍;通過尺寸測量，確認購買銅件尺寸大小，新銅鑄件的尺寸要比破損槳葉厚度大10～15 mm，從而能保證修補件有足夠的余量來進行線性修割矯正;

（2）修補過程中，同步做好修補位置的預(yù)熱及保溫工作;

（3）漿葉新舊件對接區(qū)域葉片較厚，成型焊縫高而厚，焊接之前必須開好坡口并打磨光順;焊縫是單面焊接，每一面按照3 mm的厚度進行堆焊，每一道焊之前需對焊縫進行PT探傷檢查，確認上道焊縫無裂紋方能進行下一道焊接工序;

（4）焊接過程中，新件線性矯正應(yīng)同步進行，焊接完成后，按照廠家圖紙要求進行線性修復(fù)。

（5）修復(fù)完成后，對完工漿葉進行粗糙度、硬度、焊補位置NDT探傷及槳葉螺距等相關(guān)參數(shù)的復(fù)測，確保滿足要求。

本次修補的工藝文件及圖紙制定后，提交給德國MMG公司及德國勞氏船級社認可，最終由船廠形成施工工藝文件，船東、船檢及廠家三方評審認定后實施。

4? ? ?修復(fù)工藝的實施

4.1? ?舊漿葉割除

損壞嚴重的漿葉用砂輪機切割（采用無齒鋸片切割），新件根據(jù)割除的線性進行修割，新舊件對接焊接位置用與漿葉同樣材質(zhì)的卡碼固定好，新舊件裝配好（見圖2）;焊接前，注意要先開坡口，打磨光順;注意除了卡碼定位外，結(jié)合間斷焊來固定焊接件。通常分為四段，可有效保證焊接件的變形量。

4.2? ?新舊漿葉線性彎曲矯正

新更換漿葉部件是直板，舊槳葉片有線型，因此裝配完后必須對直板銅件進行彎曲矯正，使其線型與舊槳葉出廠的線性保持一致。具體操作是：漿葉首先地面平放，依次對吸口面與壓力面進行矯正。矯正的辦法是采用油頂與火烤大錘成型的方式進行結(jié)合（見圖3，圖4）。

4.3? ? 預(yù)熱、燒焊及PT檢驗

（1）本道工序開始前，需提前準備的材料有：新購件（與槳葉同材質(zhì)G-CuAI10NiF650/Grade Cu3）、銅卡碼、焊絲（牌號S214）、溫度計、保溫棉等。

（2）每一面焊接時，必須用數(shù)個銅卡碼固定焊縫位置兩側(cè)，采用間斷焊定位，作用是控制焊接件在燒焊過程中的變形;焊接過程中，同時對焊接區(qū)域預(yù)加熱處理，溫度小于200 ℃下進行焊接（見圖5）。

（3）漿葉焊縫厚度超過50 mm，每一面的每一層焊縫高度不超過10 mm，推薦采用5 mm/層，反復(fù)堆焊至單面焊接完成;槳葉壓力面焊接完后，通過車間門吊吊翻身至吸口面，采用同樣的工序進行另一面的焊接工作（見圖6）。吊裝過程中，要注意對槳葉葉尖位置的保護，避免吊裝翻身過程的二次損傷。

（4）焊接過程中，需對成型焊道進行PT檢測，確保焊接過程未產(chǎn)生新的裂紋后才能進行下一道的焊接。具體操作時應(yīng)注意：① 每一層焊縫焊過程要做好預(yù)熱保溫;② 每一層焊縫都要做PT探傷，如果探傷發(fā)現(xiàn)有焊縫有氣孔、夾渣等缺陷，必須重新將焊縫磨掉，重新探傷合格方能進行下一步作業(yè);③ 所有焊接作業(yè)結(jié)束后，要做最后的探傷，提供探傷報告。

4.4? ?漿葉整體打磨及完工線型修正

全部焊接工作完成后，對槳葉整體進行打磨拋光作業(yè);同時依據(jù)圖紙要求對槳葉進行線性修整;對接的銅件厚度要留有足夠余量，因此相比原槳葉厚度會略厚。此項工作分為兩步：一是采用專業(yè)大型平磨機，結(jié)合車間吊車進行推磨作業(yè);二是細磨作業(yè)，在吸口面與壓力面磨平后，用砂輪機對槳葉的導(dǎo)邊與隨邊進行細修整。在整個推磨過程中，要時時測量新件區(qū)域的厚度，避免推磨過度導(dǎo)致槳葉尺寸超差。

細修整作業(yè)完成后，應(yīng)采用專用的線性測量工具（線性尺）進行弧度比對，確保各R位的弧度線性滿足設(shè)計要求，并記錄好各關(guān)鍵位置的數(shù)據(jù)。

4.5? ?完工后槳葉性能參數(shù)檢測

MIG焊接完成與槳葉整體線形修整后，對槳葉的相關(guān)參數(shù)進行測量，目的是檢測修補后的槳葉各項參數(shù)能滿足設(shè)計要求。其中，要重點測量的參數(shù)有：

槳葉0.7R～0.975R（修補位置）的線性檢查;

厚度測量;

硬度及粗糙度測量;

螺距測量;

動平衡測試。

5? ? ?結(jié)論

本次方案的實施，綜合考慮了船舶建造中的各項因素，包括槳葉制造周期、船廠節(jié)點進度及產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險等，修補過程也嚴格按照工藝文件實施，過程監(jiān)控及數(shù)據(jù)記錄齊備，最終提交檢驗的結(jié)果也被船東及船級社認可。

本次MIG焊接修補實施過程中，幾乎沒有氧化燒損，只有少量的蒸發(fā)損失，修補后的槳葉的各項性能檢測，也證明了通過MIG焊補的方式進行金屬材料的缺陷修補是可靠有效的（見圖7），同時也大大降低了生產(chǎn)成本及避免了節(jié)點延誤風(fēng)險。