CN104014914B - 船体结构中高强度钢的焊接方法 - Google Patents

船体结构中高强度钢的焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种船体结构中高强度钢的焊接方法，其特征在于：1)采用手工电弧焊、CO2气体保护焊和埋弧自动焊进行焊接，选取焊接材料，所有焊接材料及部件要进行预热处理；2)定位焊及装配；3)板厚大于16mm的甲板和纵壁的长直焊缝对接采用埋弧自动焊，采用多层多道焊，每焊完一道，需将焊渣清理干净，检查合格后方可焊接下一道焊缝；4)甲板、纵壁之间的对接采用手工电弧焊和CO2气体保护焊；5)焊缝缺陷的返修及补焊。本发明明确了高强度钢的焊接程序、定位焊要求、手工电弧焊和CO2焊工艺参数、焊缝缺陷返修及补焊等一系列焊接工艺，不仅有效提高了高强度钢的焊接质量，减少焊接变形和焊接应力，而且焊接速度大为增加，提高了生产效率。

Description

船体结构中高强度钢的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接工艺，具体是一种船体结构中高强度钢的焊接方法。
背景技术
随着船舶领域的发展，高强度钢逐步用在船体结构的制造中，高强度钢主要用于代替部分大厚度的船用普通板、船体中高应力部位、重要受力部分的构件，使用高强度钢的优点在于：可以减轻船体的重量、减低建造难度、提高船体的建造质量。因此，使用高强度钢建造的船体其应力水平普遍高于一般强度钢。
船舶制造业自20世纪初开始研究应用焊接技术，并与1920年以英国船厂首次采用焊接技术建造远洋船为标志，使焊接技术逐步在船厂得到推广应用，并迅速取代铆接技术。由于高强度钢是在普通船用钢板上添加了其他的合金元素，因此其焊接性能和普通的钢板是所有不同的，而焊接技术是船舶建造工程的关键技术，高强度钢的焊接质量的好坏直接影响到整个船体的焊接质量，故高强度钢的焊接程序、定位焊要求、焊缝缺陷的返修及补焊等一直是船舶建造焊接过程中需要关住的重点问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种船体结构中高强度钢的焊接方法，以提高高强度钢的焊接质量，减少焊接变形和焊接应力。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种船体结构中高强度钢的焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
1)采用手工电弧焊、CO2气体保护焊和埋弧自动焊进行焊接，选取焊接材料，所有焊接材料以及焊接部件在焊接前要进行预热处理；
2)定位焊及装配；
3)板厚大于16mm的甲板和纵壁的长直焊缝对接采用埋弧自动焊，采用多层多道焊，每焊完一道焊缝后，需将焊渣清理干净，并检查合格后方可焊接下一道焊缝，
4)甲板、纵壁之间的各种位置对接采用手工电弧焊和CO2气体保护焊；
5)焊缝缺陷的返修及补焊。
作为优选，所述步骤1)中的焊接材料选用自动焊丝H10Mn2G，焊剂HJ331，CO2焊丝TWE-711；定位焊采用手工电弧焊，焊条为TL-507。
作为改进，所述步骤1)中的预热处理具体为：自动焊丝在焊接前需经过100℃保温，手工焊条及焊剂需经350～400℃烘培1～2小时后方可保温使用，所有焊接的高强度钢或普通钢须经120℃保温预热。
作为改进，所述步骤2)定位焊及装配的具体过程为：避免强力装配，对接错边量不得超过1mm，定位焊缝长度为50mm，角缝焊的焊喉厚度小于正式焊缝厚度，正式焊接前焊道两侧10mm及破口内需打磨干净，并用烘枪预热到120℃。
再改进，所述步骤3)中的多层多道焊的工艺为：正面焊缝焊3层7～8道，反面焊缝焊2层5道。正面焊缝焊完后，反面焊缝碳刨清根，用8mm碳棒扣槽8mm，再采用自动焊接；焊正面焊缝时放5mm的反变形以减少焊接变形，焊反面焊缝时加马板固定；在焊接时需控制焊接线能量，保持层间温度在120℃以下。
再改进，所述步骤4)的手工电弧焊和CO2气体保护焊中焊接材料选用手工焊条TL-507，焊丝TWE-711及Supercored81-K2，其中Supercored81-K2焊丝仅用于80mm的E36钢板对接焊；25mm板之间的对接采用CO2衬垫焊，开V型坡口；80mm、50mm板及30mm板之间的对接采用CO2焊，开双面不对称X型坡口，在焊前需加排，加强排的规格为-20×200×300，间隔150mm；焊完一面焊缝后，将排移到另一面。
进一步改进，所述步骤4)中手工电弧焊和CO2气体保护焊的焊接工艺为：
a、采用小电流多层多道焊，焊速为0.7m/min，d焊接电流为150～200A，焊接线能量小，尽量使用短弧、小摆动焊接方法，除打底焊道外，其它各焊层的厚度应控制在2～4mm以内；其中，30mmE级板平对接时A面需焊7～8道，B面需焊5～6道；立对接A面需焊8～9道，B面需焊4～5道；全焊透角焊缝双面各焊10道；50mmE级板平对接时A面需焊12～13道，B面需焊8～9道；立对接A面需焊14～15道，B面需焊7～8道；
b、焊接打底焊道时应适当增大焊接电流以防止打底焊道开裂，并减慢焊接速度，以增加该焊道的焊缝截面；
c、分段船台焊接时，先焊对接缝，后焊角焊缝。焊对接缝时先焊平对接，后焊立对接；焊角焊缝时先焊立角焊，后焊平角焊；
d、对于长直焊缝采用分段退焊法或分中分段法。
进一步改进，所述步骤5)焊缝缺陷的返修及补焊具体为：焊缝超标缺陷可以用碳弧气刨或砂轮清除，不允许用电弧或火焰熔炼。清除缺陷后应进行无损检验，以确定缺陷是否完全清除。认定消除干净后方可进行补焊；消除缺陷后的坡口，要求用砂轮打磨成U型，槽底呈半圆形，槽长不得小于100mm，其深度按4：1的斜度过渡到两端，坡口内及两侧10mm不许有毛刺、凹坑及氧化层；补焊所用的焊接材料和工艺要求与正式焊缝相同，同一部位的返修补焊不得超过二次。
与现有技术相比，本发明的优点在于：明确规范了高强度钢的焊接程序、定位焊要求、手工电弧焊和CO2气体保护焊的具体工艺、焊缝缺陷的返修及补焊等一系列焊接工艺，不仅有效提高了高强度钢的焊接质量，减少焊接变形和焊接应力，而且焊接速度大为增加，提高了生产效率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
一种船体结构中高强度钢的焊接方法，包括如下步骤：
1)采用手工电弧焊、CO2气体保护焊和埋弧自动焊进行焊接，焊接材料选用自动焊丝H10Mn2G，焊剂HJ331，CO2焊丝TWE-711；定位焊采用手工电弧焊，焊条为TL-507；所有焊接材料以及焊接部件在焊接前要进行预热处理；预热处理具体为：自动焊丝在焊接前需经过100℃保温，手工焊条及焊剂需经350～400℃烘培1～2小时后方可保温使用，以上材料一旦受潮，则禁止使用，所有有高强钢(包括AH36、DH36、EH36等)之间的焊接及高强钢与普通钢之间的焊接，无论是正式焊接还是定位焊接，均应在焊前进行预热，预热温度为120℃。
2)定位焊及装配：避免强力装配，对接错边量不得超过1mm，定位焊缝长度为50mm，角缝焊的焊喉厚度小于正式焊缝厚度，正式焊接前焊道两侧10mm及破口内需打磨干净，并用烘枪预热到120℃；装配马板、起吊马板及加强排的焊缝应离开正式焊缝的边缘不少于30mm，拆除时，不允许用锤击法拆除，只能用气割拆除后用碳刨铲平，不得损伤母材表面，然后用砂轮磨平；
3)板厚大于16mm的甲板和纵壁的长直焊缝对接采用埋弧自动焊，采用多层多道焊，正面焊缝焊3层7～8道，反面焊缝焊2层5道。正面焊缝焊完后，反面焊缝碳刨清根，用8mm碳棒扣槽8mm，再采用自动焊接；焊正面焊缝时放5mm的反变形以减少焊接变形，焊反面焊缝时加马板固定；在焊接时需控制焊接线能量，保持层间温度在120℃以下；每焊完一道焊缝后，需将焊渣清理干净，并检查合格后方可焊接下一道焊缝，
4)甲板、纵壁之间的各种位置对接采用手工电弧焊和CO2气体保护焊，焊接材料选用手工焊条TL-507，焊丝TWE-711及Supercored81-K2，其中Supercored81-K2焊丝仅用于80mm的E36钢板对接焊；25mm板之间的对接采用CO2衬垫焊，开V型坡口；80mm、50mm板及30mm板之间的对接采用CO2焊，开双面不对称X型坡口，在焊前需加排，加强排的规格为-20×200×300，间隔150mm；焊完一面焊缝后，将排移到另一面；
手工电弧焊和CO2气体保护焊的焊接工艺为：
a、采用小电流多层多道焊，焊速为0.7m/min，d焊接电流为150～200A，焊接线能量小，尽量使用短弧、小摆动焊接方法，除打底焊道外，其它各焊层的厚度应控制在2～4mm以内；其中，30mmE级板平对接时A面需焊7～8道，B面需焊5～6道；立对接A面需焊8～9道，B面需焊4～5道；全焊透角焊缝双面各焊10道；50mmE级板平对接时A面需焊12～13道，B面需焊8～9道；立对接A面需焊14～15道，B面需焊7～8道；
b、焊接打底焊道时应适当增大焊接电流以防止打底焊道开裂，并减慢焊接速度，以增加该焊道的焊缝截面；
c、分段船台焊接时，先焊对接缝，后焊角焊缝。焊对接缝时先焊平对接，后焊立对接；焊角焊缝时先焊立角焊，后焊平角焊；
d、对于长直焊缝采用分段退焊法或分中分段法。
5)焊缝缺陷的返修及补焊：焊缝超标缺陷可以用碳弧气刨或砂轮清除，不允许用电弧或火焰熔炼。清除缺陷后应进行无损检验，以确定缺陷是否完全清除。认定消除干净后方可进行补焊；消除缺陷后的坡口，要求用砂轮打磨成U型，槽底呈半圆形，槽长不得小于100mm，其深度按4：1的斜度过渡到两端，坡口内及两侧10mm不许有毛刺、凹坑及氧化层；补焊所用的焊接材料和工艺要求与正式焊缝相同，同一部位的返修补焊不得超过二次。
焊接规范参见下表：
表1：埋弧焊参考焊接规范参数
表2：CO2焊参考焊接规范工艺参数(焊丝直径均为Φ1.2mm)
焊接规范
由此可见随着我国修造船工业的快速发展高强度钢在船体上应用越来越普遍，特别是近两年来不少国外建造的大吨位单壳油轮在国内改装，改为双舷侧散货船全是高强度钢。高强度钢建造的船舶其“应力水平”普遍高过一般强度钢，这样对船舶建造工艺水准提出挑战，本发明适用于低碳钢和低合金高强度钢各种大型钢结构工程焊接，其焊接生产率高，抗裂性能好，焊接变形小，适应变形范围大，可进行薄板件及中厚板件焊接。

Claims (7)

1.一种船体结构中高强度钢的焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
1)采用手工电弧焊、CO2气体保护焊和埋弧自动焊进行焊接，选取焊接材料，所有焊接材料以及焊接部件在焊接前要进行预热处理；
2)定位焊及装配；
3)板厚大于16mm的甲板和纵壁的长直焊缝对接采用埋弧自动焊，采用多层多道焊，每焊完一道焊缝后，需将焊渣清理干净，并检查合格后方可焊接下一道焊缝，
4)甲板、纵壁之间的各种位置对接采用手工电弧焊和CO2气体保护焊；
5)焊缝缺陷的返修及补焊；
所述步骤2)定位焊及装配的具体过程为：避免强力装配，对接错边量不得超过1mm，定位焊缝长度为50mm，角缝焊的焊喉厚度小于正式焊缝厚度，正式焊接前焊道两侧10mm及坡口内需打磨干净，并用烘枪预热到120℃；装配马板、起吊马板及加强排的焊缝应离开正式焊缝的边缘不少于30mm，拆除时，不允许用锤击法拆除，只能用气割拆除后用碳刨铲平，不得损伤母材表面，然后用砂轮磨平。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤1)中的焊接材料选用自动焊丝H10Mn2G，焊剂HJ331，CO2焊丝TWE-711；定位焊采用手工电弧焊，焊条为TL-507。
3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤1)中的预热处理具体为：自动焊丝在焊接前需经过100℃保温，手工焊条及焊剂需经350～400℃烘培1～2小时后方可保温使用，所有焊接的高强度钢或普通钢须经120℃保温预热。
4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤3)中的多层多道焊的工艺为：正面焊缝焊3层7～8道，反面焊缝焊2层5道；正面焊缝焊完后，反面焊缝碳刨清根，用8mm碳棒扣槽8mm，再采用自动焊接；焊正面焊缝时放5mm的反变形以减少焊接变形，焊反面焊缝时加马板固定；在焊接时需控制焊接线能量，保持层间温度在120℃以下。
5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤4)的手工电弧焊和CO2气体保护焊中焊接材料选用手工焊条TL-507，焊丝TWE-711及Supercored81-K2，其中Supercored81-K2焊丝仅用于80mm的E36钢板对接焊；25mm板之间的对接采用CO2衬垫焊，开V型坡口；80mm、50mm板及30mm板之间的对接采用CO2焊，开双面不对称X型坡口，在焊前需加排，加强排的规格为-20×200×300，间隔150mm；焊完一面焊缝后，将排移到另一面。
6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤4)中手工电弧焊和CO2气体保护焊的焊接工艺为：
a、采用小电流多层多道焊，焊速为0.7m/min，焊接电流为150～200A，焊接线能量小，尽量使用短弧、小摆动焊接方法，除打底焊道外，其它各焊层的厚度应控制在2～4mm以内；其中，30mmE级板平对接时A面需焊7～8道，B面需焊5～6道；立对接A面需焊8～9道，B面需焊4～5道；全焊透角焊缝双面各焊10道；50mmE级板平对接时A面需焊12～13道，B面需焊8～9道；立对接A面需焊14～15道，B面需焊7～8道；
b、焊接打底焊道时应适当增大焊接电流以防止打底焊道开裂，并减慢焊接速度，以增加该焊道的焊缝截面；
c、分段船台焊接时，先焊对接缝，后焊角焊缝；焊对接缝时先焊平对接，后焊立对接；焊角焊缝时先焊立角焊，后焊平角焊；
d、对于长直焊缝采用分段退焊法或分中分段法。
7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤5)焊缝缺陷的返修及补焊具体为：焊缝超标缺陷可以用碳弧气刨或砂轮清除，不允许用电弧或火焰熔炼；清除缺陷后应进行无损检验，以确定缺陷是否完全清除；认定消除干净后方可进行补焊；消除缺陷后的坡口，要求用砂轮打磨成U型，槽底呈半圆形，槽长不得小于100mm，其深度按4：1的斜度过渡到两端，坡口内及两侧10mm不许有毛刺、凹坑及氧化层；补焊所用的焊接材料和工艺要求与正式焊缝相同，同一部位的返修补焊不得超过二次。
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