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船用钢大间隙焊接的工艺研究 赵连春 陈绍全 于立新 （大连造船厂集团有限公司） 摘要：本文主要对船舶建造合拢过程中出现的焊接间隙超差的情况进行分析，通过试验研究、设计合理的焊接工艺，为现场焊接施工提供有力的技术支持。 关键词：大间隙；焊接；试验；焊道布置；衬垫 0引言 船体的焊接施工占整个船体建造总工作量的40%以上，公司对焊接施工质量一直非常重视，现场的装配精度也比以往有了较大的提高。但是由于种种原因，船体合拢和预合拢的施工中经常不可避免地产生合拢缝间隙超差的现象。通常遇到这种现象，如果间隙大于16mm小于25mm，依照中国造船质量（CSQS）标准可以不换板，采用先长肉后焊接的方法处理。但是这种方法一直没有焊评等方面的技术支持，施工中经常会因为焊工处理不当和缺少焊评的原因影响了施工进展。 本课题的研究目标就是切实解决以上问题，进行相应的焊评试验，得到验船师的认可，使大间隙的焊接合法化。同时制定大间隙的焊接工艺文件指导施工，将这一技术推广使用，使大间隙焊接质量得以保证。 1前期的探索研究 试验开始的初期进行了大量的摸索试验，为本项目最后的成功提供了重要的试验数据和宝贵的经验，为下一步的研究奠定了坚实的基础。前期我们采用了两种装配间隙进行研究，分别是16mm和25mm的2G和3G位置，合计四项试验。 焊道布置是本项目的重点和难点。探索试验在焊道布置方面采取的形式与焊接普通对接板相同，是一层一层的从根部向上进行焊接。经过研究对比，这种焊道的布置方法非常难于推广，需要非常有经验的高级焊工才能操作得当。而且因为焊道宽，焊肉填充量大，热量散失很慢，从而导致热输入很难控制。探索试验在进行力学性能试验时，多个冲击值非常低，导致试验失败。经过分析和总结，发现根本原因正是焊道布置不合理。 另一方面，DNV新改版的规范中明确指出，间隙超过16mm的焊缝，如果进行长肉处理，长肉的方式必须是首先在焊缝的一侧或两侧堆焊，直到坡口间隙≤16mm，这时长肉结束。将坡口气刨或打磨光顺，形成可以正常焊接的坡口形式，这时才可以采用通常的焊接工艺进行焊接。 公司的企业标准（船舶建造质量标准船体部分）中规定：12mm＜焊缝间隙≤25mm时，加衬垫正面单侧成型后，再焊主焊道。 综合考虑以上因素，后来的试验方案得到了进一步的优化。将大间隙的焊接方式确定为先长肉至间隙≤12mm，再进行正常焊接。 2设计试验方案 25mm是允许长肉焊接的最大值，如果采用该尺寸进行的试验成功了，那么25mm以下的间隙均可以采用该工艺来进行焊接，因此焊评试验所采用的坡口间隙只选择一个25mm就可以覆盖所有的长肉焊接了。经过各相关标准和规范的论证以及与验船师的沟通，最终确定采用间隙为25mm的焊缝进行长肉焊接试验，长肉至间隙12mm为止，然后进行正常焊接，长肉的覆盖范围为12mm-25mm。 试验用板材：考虑到现阶段在建产品的板厚和材质，决定采用26mm厚的DH36板，可以覆盖到13-52mm厚度的DH36及以下的所有板材，能够满足几乎所有的合拢缝板材的对接。规格为150mm×700mm，方案考虑了需要考察长肉部分的冲击值，因此将试板长度补充到700mm。 焊接方法：FCAW 焊接位置：2G；3G 电源类型和极性：DCRP 保护气体：二氧化碳 单道或多道：多道 根部处理：不处理 预热温度：不预热 层间温度：≤250℃ 焊后热处理：无需热处理 焊接接头及长肉部分的设计如图1和图2所示。 图1 2G位置焊接接头及长肉部分的设计 图2 3G位置焊接接头及长肉部分的设计 3进行焊接试验 3.1装配 采用马板将对接的试板进行装配固定，间隙为25mm。使用量角器按照方案确认坡口角度。由于间隙过大，普通的陶瓷衬垫宽度不够，首次粘贴的时候要靠在先长肉的一侧固定好，在焊接进行的过程中，要根据长肉和焊接的进展情况更换新的衬垫。 3.2焊接 焊接之前需要确保坡口表面及其周围的铁锈、切割坡口留下的残渣等其它杂物清除干净。 焊接参数的选择十分重要，不适当的焊接参数可能会导致焊缝的各种缺陷。比如说，焊接参数过小或焊接速度太快可能会出现未熔合与未焊透等现象。焊接参数过大或速度太慢又会出现气孔和焊缝力学性能下降等缺陷。因此焊接的电流、电压和焊接速度都要控制在合理的范围内。经过不断的探讨和试验，最终确定本试验的焊接参数如表1和表2所示。在实船的焊接中，电流电压可按照方案上下浮动10%，焊接速度可上下浮动30%，这样完全可以保证焊缝的焊接质量。 表1 2G位置的焊接参数 焊 道 焊材规格（mm） 焊接电流(A) 焊接电压(V) 焊接速度(mm/min) 长肉部分 φ1.2 190 26 320 焊接部分 打底 φ1.2 190 26 140 填充 φ1.2 210