船用高强度钢焊接工艺.doc

船用高强度钢焊接工艺作者基本信息：xxxxx摘要:我国船舶工业正面临着新的发展机遇。而焊接技术是船舶建造工程的关键工艺技术，是建立现代造船模式的支撑技术。根据现代船舶发展, 船用高强度钢也逐步用在船体结构的制造中, 文章以D36 钢为例详细介绍焊接工艺过程及焊接质量控制中应该注意的问题, 总结出实际生产中高强度钢的焊接工艺。关键词: 船舶;D36钢; 焊接工艺Abstract：Chinas shipbuilding industry is facing a new opportunity for development. Welding technology is the key technology of ship construction, and technologies that support the establishment of a modern shipbuilding mode. According to the development of modern ships, ships have gradually used in high strength steel used in the manufacture of the hull structure, article to the D36: a case study in detail the process of welding technology and welding quality control should pay attention to the problem, summarized in the actual production of high strength steel welding process. Key words：Ship；D36 type steels ；Welding technique船舶制造业自2 0 世纪初开始研究应用焊接技术，并于1 9 2 0 年以英国船厂首次采用焊接技术建造远洋船为标志，使焊接技术逐渐在船厂得到推广应用，并迅速取代铆接技术。而随着造船技术的发展，船用高强度板也逐步在船体建造中使用，主要用于代替部分大厚度的船用普通板，船体中的高应力部位，重要受力部分的构件。使用高强度板的优点是可以减轻船体重量，降低建造难度，提高船体建造质量。由于高强度钢是在普通船用钢板的基础上添加了其他的合金元素，焊接性能和普通船用钢板有所区别，现以船用D36 钢为例介绍高强度钢的CO2 焊接工艺。1 焊接材料1.1 母材船用D36 钢材料中除含有一定量的碳之外，还有Mn、Si、Nb、V 等合金元素，使D36 钢的机械性能得到提高，改善了D36 钢的强度与硬度，韧性和塑性也很好，特别是低温下的冲击韧性很高，这样可以用于船上低温部位的结构。由于D36 钢中的合金含量比较高，钢材的淬硬倾向比较大。焊接时，熔合线附近硬度最大，使该区域的延展性和韧性降低，由于焊接热生成淬硬组织，在淬硬组织的部位，应力或应变超过一定限度，氢超过一定的限度，容易出现焊接冷裂纹。因此，必须采用一定的焊接工艺措施才能保证焊接质量。1.2 焊丝的选择根据中国船级社CCS 的规范要求，焊丝必须与母材相匹配。针对D36 钢的特性，焊丝选用H10MnA1.2 实芯焊丝。2 焊接前准备现以50mm 板对接焊缝为例，介绍焊接工艺2.1 母材坡口加工坡口加工一般采用数控切割机自动加工，为减少焊接变形，提高焊接质量。坡口面加工要求光滑、无锯齿。加工后及时清理氧化皮及铁锈，然后进行焊接。因为冷裂纹均发生在“富氢地带”，在焊接高温作用下，有大量的氢溶解在熔池中。在冷却凝固过程中，奥氏体转变为铁素体的过程中，引起氢的溶解度急剧降低。此时氢竭力逸出，但因冷却速度很快，氢来不及逸出而保留在焊缝金属中，从而使此处氢处于过饱和状态。当氢的浓度足够高时，容易产生根部裂纹或焊趾裂纹。焊接材料中的水分，焊件坡口处的铁锈、油污以及环境湿度等都是焊缝中富氢的原因。因此，焊接前必须将坡口边缘清理干净。2.2 装配根据图纸要求进行装配，装配时工件之间的间隙不超过2mm，错位不超过2mm。坡口间的间隙应一致。板拼接好后，进行定位焊，定位焊采用与正式焊接时同样的焊丝，定位焊的高度不得超过焊缝高度的2/3。定位焊缝长度一般为5mm10mm，焊缝间距长度为400mm。定位焊缝尽可能定在清根侧，避免在焊接起始侧坡口点焊，以减少焊接变形。定位焊后，应检查焊缝有无缺陷，并及时清理补焊。2.3 焊前预热考虑板材的化学成分及板材厚度，钢材的淬硬倾向比较大，容易出现焊接裂纹，因此焊接前必须对板材预热。预热的作用是减缓焊接接头的冷却速度，适当延长焊接接头在AC3 线以下800至AC1 线以下500以及AC1 线5001000的冷却时间，从而减少淬火组织，有利于氢的逸出，避免冷裂纹的产生。对于船用D36 高强度钢预热温度应控制在100150。局部预热的范围，一般是焊缝两侧各100mm200mm，并严格地进行温度控制。3 焊接过程注意事项3.1 焊接线能量的控制焊接时应严格按照工艺规范焊接，焊接线能量一般控制在5000J/cm 以下。线能量过大，焊缝金属在高温停留时间长，会引起热影响区过热使晶粒粗大，使该组织塑性变差，降低接头的抗裂性能；而线能量过小，则会使接头冷却速度加快，缩短冷却时间，使热影响区淬硬，也会不利于氢的逸出，故而也增加冷裂倾向。因此，焊接线能量在施工中应该严格进行控制。3.2 层间温度控制层间温度为不低于120，不高于250。原则上，层间温度不能低于预热温度。否则，由于氢量的逐层积累和产生弯曲变形而带来根部应力集中，导致冷裂纹倾向反而增大。在其他因素相对稳定，焊接过程应连续，以保证稳定的热输入量以及合适的层间温度。3.3 焊接顺序的控制严格按照工艺和技术要求进行焊接，特别对于对称焊缝应采用对称的方法焊接，对于长焊缝，应尽量采用跳焊，退焊等方法，减少焊接应力和变形。焊接过程中的拘束应力主要是不均匀加热及冷却过程所产生的热应力，金属相变时产生的组织应力奥氏体与铁素体、珠光体、马氏体之间的转变。相对于相变时体积变化形成的应力，结构自身拘束所造成的应力更具破坏性。分段制造、船台合拢中的装配形式、焊接次序都将对拘束应力产生影响，不同的装配形式和焊接次序往往会产生截然不同的结果。因此，我们在实际生产中应该制订出一套合理的焊接工艺。3.4 操作的控制焊接的环境要稳定，避免空气流动影响气体的保护效果。尽量避免在潮湿的环境中焊接。由于是多道焊接，层间的飞溅清理要彻底。背面焊接前用气刨彻底清根，坡口打磨，清理干净后焊接。4 焊后检查及处理（1）肉眼检查焊缝表面应平整，光滑，焊缝宽度一致，余高符合工艺要求。表面应无气孔，裂纹，咬边等缺陷。（2）无损检测用磁粉对焊缝表面，近表面的缺陷进行检查。再用超声波对焊缝进行检查。随后采用X 射线拍片的方法对焊缝进行检查。（3）缺陷处理检查中若发现气孔、裂纹及其它超标缺陷如夹渣，咬边，未熔合等，对缺陷部位进行批除处理，批除须出白后应打磨清理干净后再进行焊接。总之,随着船舶工业的发展，大厚度，高强度钢将得到越来越广泛的应用，对其焊接工艺的研究也将越来越深入。性能更加优越的焊接材料将不断地在船舶工业中得到应用，焊接工艺方法也将更加成熟。我国造船吨位总量现已达到世界第三，按照国家制订的发展规划，正在向世界第一造船大国的目标