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一种船体结构用钢立角接焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种船体结构用钢立角接焊接方法，属于船体结构用钢的焊接方法，解决现有船体结构用钢立角接焊接方法所存在的焊缝强度低、不利于母材防腐的问题。本发明包括形成坡口步骤、预热步骤、正面焊接步骤、正面焊后处理步骤、背面清根步骤、背面焊接步骤和背面焊后处理步骤。本发明易于加工，有效减小焊接变形，顺利实现了船体结构用钢立角接焊接，通过了焊接性试验、焊接工艺评定，可以提高劳动效率、节省焊接材料、电能和工时，降低生产成本、减少船舶建造周期，填补了国内船体结构用钢立角接焊接的空白。

Description

一种船体结构用钢立角接焊接方法
技术领域
本发明属于船体结构用钢的焊接方法，具体涉及一种船体结构用钢立角接焊接方法。
背景技术
焊接技术是现代船舶建造工程的关键工艺技术之一，在船体建造中船舶焊接质量是评价造船质量的重要指标。因此，焊接技术进步对推动造船生产的发展具有十分重要的意义。国际上，高强度钢焊接技术在焊材成分和工艺设计方面发展较快，应用领域也在不断扩大。在涉及特殊使用要求和恶劣工况条件(如辐照条件)下的钢结构制造领域，高强度钢占有越来越重要的位置，已广泛应用船舶、桥梁、石油化工、高层建筑建设、核电站建设等领域。而国内，高强钢的应用范围也在逐渐扩大，但总体上还不成熟、仅占钢用量的10％左右，比例较小。目前，国家标准GB1499.2-2007中高强钢的强度为300MPa，高强度钢的焊接标准尚不完善，相关焊接工艺的设计研究存在不足。
现有高强度结构用钢立角接焊接方法主要采用手工电弧焊，为保证焊接质量，减少冷裂纹等重大焊缝缺陷的产生，一般采用强度较低的奥氏体不锈钢焊材；但是，采用强度较低的奥氏体不锈钢焊材，焊缝强度低于母材，焊缝强度不符合设计要求，对于与海水接触的结构，焊缝与母材之间会产生电位差，不利于母材的防腐。
为便于理解本发明，以下对有关术语加以解释：
在进行立角接焊接时，将一根钢件焊接于另一根不移动的钢件表面，不移动的钢件称为基础件，移动钢件称为工件，一般情况下坡口开在工件上，工件与基础件按一定角度角接。
立角接焊接是指基础件和工件大体竖直平行放置，工件厚度方向侧面与基础件表面呈一定角度焊接。
焊缝第一焊趾高度是指焊缝相对于基础件表面的高度，焊缝第二焊趾高度是指焊缝相对于工件表面的高度。
发明内容
本发明提供一种船体结构用钢立角接焊接方法，解决现有船体结构用钢立角接焊接方法所存在的焊缝强度低、不利于母材防腐的问题，以节省较多的焊接材料、电能和工时，且易于加工，有效减小焊接变形。
本发明所提供的一种船体结构用钢立角接焊接方法，包括下述步骤：
(1)形成坡口步骤：在待焊接的工件角接部位形成单V形斜面坡口，留根δ/3±2mm，其中工件板厚δ≥30mm，斜面坡口相对于基础件表面角度为50°～55°；
(2)预热步骤：将待焊接的工件和基础件角接，构成单V形角接坡口，角接坡口角度为50°～55°，角接坡口间隙0mm～1mm；然后对角接坡口及其两侧150mm范围内进行预热，预热温度达到100℃～130℃开始施焊；
(3)正面焊接步骤：采用多层多道手工电弧焊，以填满角接部位的斜面坡口，焊接材料采用与基础件屈服强度相匹配的焊条；施焊时道间温度控制在100℃～130℃；
(4)正面焊后处理步骤：判断是否环境温度为5℃～30℃且相对湿度小于70％，是则转步骤(5)，否则将焊缝及焊缝两侧150mm范围内加热，加热温度达到200℃～250℃，保温2小时或以上，然后采用石棉片覆盖焊接件使之缓慢冷却至室温，再进行步骤(5)；
(5)背面清根步骤：先采用φ10mm碳棒对焊缝背面气刨清根，形成圆弧形坡口；然后对圆弧形坡口及其两侧150mm范围内进行预热，预热温度达到100℃～130℃，进行步骤(6)；
(6)背面焊接步骤：采用多层多道手工电弧焊，以填满角接部位的圆弧形坡口，焊接材料采用与基础件屈服强度相匹配的焊条；施焊时道间温度控制在100℃～130℃；
(7)背面焊后处理步骤：判断是否环境温度为5℃～30℃且相对湿度小于70％，是则结束；否则将焊缝及焊缝两侧150mm范围内加热，加热温度达到200℃～250℃，保温2小时或以上，然后采用石棉片覆盖焊接件使之缓慢冷却至室温，结束；
所述正面焊接及背面焊接步骤中，采用φ4.0mm焊条，焊接电流145A～155A，电弧电压23V～25V，焊接速度13cm/min～19cm/min。
所述的船体结构用钢立角接焊接方法，其特征在于：
所述正面焊接及背面焊接步骤中，所涉及的焊条焊前需经380℃～400℃烘焙1～2小时，放入保温桶内随用随取，4小时后未使用完的焊条应取出重新烘焙，重新烘焙的次数不超过2次。
本发明在正面焊接和背面焊接步骤中，采用与高强度结构用钢匹配的铁素体焊材，保证了焊缝的强度不低于母材；焊前预热以消除可能出现的氢致裂纹，焊接时由于单道焊缝无法填满截面内的坡口，故采用多层多道焊以填满截面内的坡口，以防止焊缝开裂和延迟裂纹的发生，同时，前一道焊缝是后一道焊缝的“预热”过程，后一道焊缝是前一道焊缝的“退火”过程，能有效地消除焊接应力，利于保证焊接质量；在环境条件达不到要求时，通过焊后热处理，消除船体结构用钢焊缝可能出现的冷裂纹。
本发明易于加工，有效减小焊接变形，顺利实现了船体结构用钢立角接焊接，通过了焊接性试验、焊接工艺评定，可以提高劳动效率、节省焊接材料、电能和工时，降低生产成本、减少船舶建造周期，填补了国内船体结构用钢立角接焊接的空白。
附图说明
图1为工件正面焊接坡口尺度俯视图；
图2(A)为工件正面焊接顺序俯视图；
图2(B)为工件背面焊接坡口及焊接顺序俯视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1，包括下述步骤：
(1)形成坡口步骤：如图1所示，在厚度30mm的专用902钢工件角接部位形成单V形斜面坡口，留根10mm，斜面坡口相对于基础件表面角度为55°；坡口内及坡口两侧各50mm内的端面应除去水渍、油污、铁锈、挂渣等对焊接质量有影响的杂物；
(2)预热步骤：将待焊接的工件和30mm厚的980钢基础件角接，构成单V形角接坡口，角接坡口角度为55°，角接坡口间隙0mm～1mm；然后对角接坡口及其两侧150mm范围内进行预热，预热温度达到130℃开始施焊；
(3)正面焊接步骤：如图2(A)所示，采用5层8道手工电弧焊，以填满角接部位的斜面坡口，焊接材料采用与基础件屈服强度相匹配的的φ4.0mmCHE58-1HR焊条，焊接电流145A～155A；第1、第2道电弧电压22V～24V，焊接速度13cm/min～16cm/min；第3～第8道电弧电压23V～25V，焊接速度15cm/min～19cm/min；施焊时道间温度控制在130℃；焊缝第一焊趾高度为28mm～31mm，焊缝第二焊趾高度为8mm～10mm；
(4)正面焊后处理步骤：判断是否环境温度为5℃～30℃且相对湿度小于70％，是则转步骤(5)，否则将焊缝及焊缝两侧150mm范围内加热，加热温度达到200℃，保温2.5小时，然后采用石棉片覆盖焊接件使之缓慢冷却至室温，再进行步骤(5)；
(5)背面清根步骤：如图2(B)所示，先采用φ10mm碳棒对焊缝背面气刨清根，形成圆弧形坡口；然后对圆弧形坡口及其两侧150mm范围内进行预热，预热温度达到130℃，进行步骤(6)；
(6)背面焊接步骤：如图2(B)所示，采用5层8道手工电弧焊，以填满角接部位的圆弧形坡口，焊接材料采用与基础件屈服强度相匹配的的φ4.0mmCHE58-1HR焊条；焊接电流145A～155A；第1、第2道电弧电压22V～24V，焊接速度13cm/min～16cm/min；第3～第8道电弧电压23V～25V，焊接速度15cm/min～19cm/min；施焊时道间温度控制在130℃；焊缝第一焊趾高度为28mm～31mm，焊缝第二焊趾高度为8mm～10mm；
(7)背面焊后处理步骤：判断是否环境温度为5℃～30℃且相对湿度小于70％，是则结束；否则将焊缝及焊缝两侧150mm范围内加热，加热温度达到200℃，保温2.5小时，然后采用石棉片覆盖焊接件使之缓慢冷却至室温，结束。
实施例2，与实施例1的步骤完全相同，区别仅在于各步骤中的工艺参数：
形成坡口步骤中，留根12mm，斜面坡口角度为50°；
预热步骤中，角接坡口角度为50°，角接坡口间隙0mm～1mm，预热温度达到100℃开始施焊；
正面焊接步骤中，施焊时道间温度控制在100℃。
正面焊后处理步骤中，加热温度达到250℃，保温2小时；
背面清根步骤中，预热温度达到100℃；
背面焊接步骤中，施焊时道间温度控制在100℃；
背面焊后处理步骤中，加热温度达到250℃，保温2小时。
上述各实施例的正面焊接步骤和背面焊接步骤中，所涉及的焊条焊前需经380～400℃烘焙1～2小时，放入保温桶内随用随取，4小时后未使用完的焊条应取出重新烘焙，重新烘焙的次数不超过2次。
以上具体实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种船体结构用钢立角接焊接方法，包括下述步骤：
(1)形成坡口步骤：在待焊接的工件角接部位形成单V形斜面坡口，留根δ/3±2mm，其中工件板厚δ≥30mm，斜面坡口相对于基础件表面角度为50°～55°；
(2)预热步骤：将待焊接的工件和基础件角接，构成单V形角接坡口，角接坡口角度为50°～55°，角接坡口间隙0mm～1mm；然后对角接坡口及其两侧150mm范围内进行预热，预热温度达到100℃～130℃开始施焊；
(3)正面焊接步骤：采用多层多道手工电弧焊，以填满角接部位的斜面坡口，焊接材料采用与基础件屈服强度相匹配的焊条；施焊时道间温度控制在100℃～130℃；
(4)正面焊后处理步骤：判断是否环境温度为5℃～30℃且相对湿度小于70％，是则转步骤(5)，否则将焊缝及焊缝两侧150mm范围内加热，加热温度达到200℃～250℃，保温2小时或以上，然后采用石棉片覆盖焊接件使之缓慢冷却至室温，再进行步骤(5)；
(5)背面清根步骤：先采用φ10mm碳棒对焊缝背面气刨清根，形成圆弧形坡口；然后对圆弧形坡口及其两侧150mm范围内进行预热，预热温度达到100℃～130℃，进行步骤(6)；
(6)背面焊接步骤：采用多层多道手工电弧焊，以填满角接部位的圆弧形坡口，焊接材料采用与基础件屈服强度相匹配的焊条；施焊时道间温度控制在100℃～130℃；
(7)背面焊后处理步骤：判断是否环境温度为5℃～30℃且相对湿度小于70％，是则结束；否则将焊缝及焊缝两侧150mm范围内加热，加热温度达到200℃～250℃，保温2小时或以上，然后采用石棉片覆盖焊接件使之缓慢冷却至室温，结束；
所述正面焊接及背面焊接步骤中，采用φ4.0mm焊条，焊接电流145A～155A，电弧电压23V～25V，焊接速度13cm/min～19cm/min。
2.如权利要求1所述的船体结构用钢立角接焊接方法，其特征在于：
所述正面焊接及背面焊接步骤中，所涉及的焊条焊前需经380℃～400℃烘焙1～2小时，放入保温桶内随用随取，4小时后未使用完的焊条应取出重新烘焙，重新烘焙的次数不超过2次。
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