CN107803630A - 一种绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺，包括以下具体步骤：（1）装配：首先进行坡口加工以及工件与船体的装配；（2）焊前准备：焊前进行坡口清理打磨后，对母材进行预热；（3）焊接：采用CO₂半自动焊接方法按照工艺规程进行焊接；（4）焊后保温：焊接结束后立即使用加热片及保温棉进行保温消氢处理；（5）保温结束48h后进行磁粉及超声波探伤，确保焊缝质量在要求范围内。（6）豪克能消应力：无损检测结后使用豪克能冲击消应力设备进行应力消除作业。本发明的优点在于：此工艺方法对厚板铸钢件异种材料的焊接提供了一种方法，焊后无需高温去应力退火，简化制造工艺的同时提高了产品的质量。

Description

一种绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺

技术领域

本发明涉及焊接工艺技术领域，特别涉及一种绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺。

背景技术

中交天津航道局有限公司5000kW绞刀功率自航绞吸挖泥船是一艘适用于国内外港口航道疏浚、岛礁建设及围海吹填造地的大型工程船舶，总装机功率亚洲第一。挖泥的桥架转动锁止需要用轴与主船体连接，因此需要在桥架及船体上安装大型的铸钢件轴套，该轴套需要承受桥架上千吨的重量，全船包括桥架和主船体耳轴座，倾倒轴座，插销锁固座，左右舷对称，共12个。轴套外圈腹板和船体全熔透焊接，铸钢件母材组织粗大，板厚也较大在40mm-80mm，厚板焊接残余应力较大。同时又是圆形的焊缝，拘束应力较大。焊后较大的拉应力容易出现裂纹，给焊接带来很大的难度。

通常焊后消应力的方法有，振动时效和焊后热处理（去应力退火）。振动时效的时间长，且效果不是很好，最多降低30%-40%的应力。焊后热处理是使用较多的，去应力效果较好的方法，最大能降低70%-80%的应力。但是该方法的加热温度较高，适合小件及简单结构。本构件现场结构复杂，船体舱室狭窄，很难加热达到去应力退火的温度。即使达到，温度梯度较大，很难保证质量，温度控制不好反而增大应力，还可能影响构件尺寸精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种焊后无需高温去应力退火的绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺。从焊接过程的各环节控制减小应力，以及使用豪克能冲击消应力的方法降低焊接残余应力，同时提高接头的疲劳强度。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺，其创新点在于：包括以下具体步骤：

（1）装配：首先进行坡口加工以及工件与船体的装配；

（2）焊前准备：焊前进行坡口清理打磨后，对母材进行预热；

（3）焊接：采用CO₂半自动焊接方法按照工艺规程进行焊接；（4）焊后保温：焊接结束后立即使用加热片及保温棉进行保温消氢处理；

（5）无损检测：保温结束48h后进行磁粉及超声波探伤，确保焊缝质量在要求范围内；

（6）豪克能消应力：无损检测结束后使用豪克能冲击消应力设备进行应力消除作业。

进一步的，所述步骤（1）中的坡口加工，依据零件特征及现场结构，采用K型坡口，坡口角度45°，铸钢件坡口加工采用机械加工，根部间隙1-3mm。

进一步的，所述步骤（2）中，焊前对坡口及周边20mm的范围内进行打磨焊前对坡口及周边20mm的范围内进行打磨露出金属光泽，去除铁锈及油污；然后使用履带式加热片覆盖坡口及周边至少150mm的范围进行加热；预热温度100-150℃，达到预热温度后至少保温2小时。

进一步的，所述步骤（3）中，焊接过程采用对称施焊法，先在坡口一侧焊3层以上，反面清根，清根完以后正反面对称施焊；在单侧的一道焊缝需2名焊工以环形焊缝中心对称施焊；层间温度不得小于最低预热温度，不高于230℃；除打底及盖面焊道外每焊一道后立即使用带圆弧面的小锤锤击焊道及周边区域释放焊接应力。

进一步的，所述步骤（6）中，无损检测结束后，清理焊趾处的熔渣及飞溅，使用进行豪克能冲击消应力设备对焊趾部位进行消应力处理。

本发明的优点在于：

（1）预热可以防止厚板冷却过快组织淬硬，同时可以减小焊接过程中的温度梯度，减小焊接应力。

（2）合理的焊接顺序，采用分段退焊法对称施焊减小圆形构件焊接应力，采用正反面对称施焊，减小厚板焊接应力与变形。

（3）小锤敲击，除打底及盖面焊道外每道焊后立即使用带圆弧面的小锤锤击焊道及周边区域，释放焊接应力。

（4）焊后加热保温消氢处理使氢逸出在消氢的同时，释放残余应力。

（5）焊后在外观检查和无损检查后，采用豪克能冲击焊趾可以大幅降低焊接残余拉应力，减小应力集中，提高接头的疲劳强度。完全可替代热处理和振动时效等时效方法。冲击设备简单，冲击枪为手持式，不受形状场地的限制，操作灵活方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1 坡口装配节点示意图；

图2 焊道布置图；

图3 焊接顺序图；

图4 焊后保温示意图；

图5 冲击消应力流程图；

图6 冲击枪操作位置；

图7冲击针位置；

图8锤坑示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本实例为绞吸式挖泥船桥架耳轴座焊接立焊位置。铸钢件ZG20Mn与船用钢EH36对接焊的焊接工艺，经计算，ZG20Mn钢碳当量0.38%左右，焊接性良好，淬硬倾向不大，但板厚较大，需要进行预热。铸件组织粗大，宜采用较小的焊接热输入，避免熔合区晶粒长大，组织韧性变差。此外，EH36船用板的正火细晶粒钢，焊接性较好，从结构来看，该轴套板厚较大，板厚在40mm-80mm，圆形构件，焊完拘束应力较大，易产生焊接裂纹。因此在焊接过程中要采取适当的工艺措施来减小应力，焊接工艺的难点就在于避免焊接的裂纹以及减少焊接应力，对于这两方面主要采取如下措施：

此焊接裂纹主要是冷裂纹，依据冷裂纹的产生机理，从降低淬硬组织、减少接头含氢量、降低残余应力方面着手，采取一系列的工艺措施：

（1）坡口准备及装配：

坡口节点如图1所示，铸钢ZG20Mn与船体结构板EH36全熔透对接焊，装配时，首先进行坡口加工以及工件与船体的装配，依据零件特征及现场结构，采用K型坡口，坡口角度45°，铸钢件坡口加工采用机械加工，为使根部焊透，适当留根部间隙，根部间隙1-3mm。尽量减少装配间隙，提高装配精度，以减少焊接量，从根本上减少焊接应力的产生。

（2）焊前准备：

焊接坡口表面及边缘不应有油污、铁锈及其他污染物，焊前坡口表面及每侧距坡口边缘至少20mm的范围内，正反面打磨干净，露出金属光泽。然后使用履带式加热片覆盖坡口及周边至少150mm的范围进行加热，预热温度100-150℃，达到预热温度后至少保温2小时。在坡口及两侧（焊缝两侧至少150mm的范围内）使用电加热带进行预热，预热温度150℃以上，依据现场结构的限制，实际预热温度至少在100℃-150℃。层间温度不低于预热温度，不高于230℃。在焊缝边缘75mm处检测预热温度，在焊缝边缘检测层间温度。预热防止厚板冷却过快组织淬硬，同时可以减小焊接过程中的温度梯度，减小焊接应力。

（3）焊接：

焊接方法与焊材选择：

采用CO₂半自动焊接，此焊接方法采用二氧化碳活性气体作为属于保护气体，属于低氢的焊接方法，防止冷裂纹产生。焊丝采用牌号为现代Supercored 71H直径1.2mm药芯焊丝。此焊丝属于CCS 4Y等级焊丝，熔敷金属具有较好的低温韧性。

辅助工具：

现场配置红外线测温仪、万用表、秒表，钢丝刷、敲渣锤（一头带圆弧面用于锤击焊道两侧消除应力）等辅助工具。

焊接参数：

施工人员严格按照WPS焊接工艺上的电流电压、气体流量以及焊接速度来调节施焊，并保证层间温度，焊接中途无停止。在产品上焊接前使用钳形表调节好电流电压，焊接过程中使用辅助工具测量并记录好焊接参数。

施工人员严格按照焊接工艺上的电流电压、气体流量以及焊接速度来调节施焊，并保证层间温度。

焊道布置：

焊道顺序如图2所示，首先进行内侧打底焊，打底3层以上，接着反面清根；碳刨需彻底出白，反面打磨露出金属光泽后焊接3层，之后正反面焊道对称施焊；焊接过程中采用多层多道焊，每层焊道不能过厚，层间钢丝刷严格清理焊道。

现场构件焊接顺序：

为减小焊接应力，采用分段退焊法，焊接顺序如图3所示，每个耳轴座安排2名焊工，每个焊道由2个焊工左右对称施焊，层间温度不得小于最低预热温度，不高于230℃，焊接位置为立向上焊，对于产生的焊接接头部位要打磨，且下一焊道要覆盖上一道的焊接接头，使得接头层叠交错；焊完铸钢件对接接头以后在焊接船体内其他结构焊缝。合理的焊接顺序，采用分段退焊法对称施焊减小圆形构件焊接应力，采用正反面对称施焊，减小厚板焊接应力与变形。

小锤敲击：

除打底及盖面焊道外，每焊一道后立即使用小锤锤击焊道及周边区域释放焊接应力，焊接过程中，在敲渣的同时，用带有圆弧面的小锤轻轻敲击焊缝及其临近区域，使金属得到延展释放应力，锤击时构件温度在400℃以上，降到300℃以上轻轻敲击，200℃以下禁止敲击。

（4）焊后保温：焊接结束后立即使用加热片及保温棉进行保温消氢处理，焊后加热保温消氢处理使氢逸出在消氢的同时，释放残余应力。操作要点如下：

焊后两侧用电加热带覆盖，覆盖范围为焊缝两侧150mm；

加热片覆盖于钢板上，在钢板上将热电偶端部固定在焊缝表面，外部覆盖硅酸铝保温棉，如图4所示，保温棉覆盖到耳轴及相邻范围的结构；

升温速度和降温速度不超过100℃/h，保温温度为200-250℃，保温时间≥150分钟；

消氢完成后待工件冷却到室温后，方可撤除保温棉；

加热保温过程需生产部门派专人进行跟踪记录，焊后保温过程中操作人员做好整个过程的记录。

（5）保温结束48h后进行磁粉及超声波探伤，确保焊缝质量在要求范围内。

（6）焊后豪克能冲击消应力：无损检测后，将焊趾处的熔渣及飞溅清理干净，使用进行豪克能冲击消应力设备对焊趾部位进行消应力处理。焊后在外观检查和无损检查后，采用豪克能冲击焊趾可以大幅降低焊接残余拉应力，减小应力集中，提高接头的疲劳强度。此方法完全可替代热处理和振动时效等时效方法。冲击设备简单，冲击枪为手持式，不受形状场地的限制，操作灵活方便。

冲击流程：

如图5所示，冲击应在焊缝变形矫正、外观检验及无损检验合格后，且在焊缝外形修补、检验合格后进行。

冲击工艺过程操作：

冲击前应清除焊趾熔渣、焊接飞溅等杂物，然后在需要冲击范围内的表面涂抹颜色，涂抹范围为焊缝及两侧焊趾外沿10mm宽的母材热影响区；接着用手握手柄，打开开关，将冲击枪的锤头对准焊缝的焊趾，且基本垂直于焊缝如图6所示；将3根冲击针对准焊趾线，平行与焊缝方向排列，如图7所示；操作时用冲击枪对焊趾部分略使一定力，使冲击枪基本在自重作用下对焊缝进行冲击处理；在处理过程中，冲击枪在垂直于焊缝的方向做一定角度的摆动，使焊趾部位获得理想的光滑过渡外形。

冲击参数：

冲击电流锤击时电流控制在1.5-2A；

锤头沿着焊趾或焊道移动最佳移动速度每分钟约0.5米，匀速进行，每段往复处理4遍；

冲击后锤坑深度0.1mm-0.2mm，两侧焊趾和焊道间锤坑宽度≥4mm，焊趾处锤坑如图8所示。

冲击完成后要对锤击区域进行检查：

锤过的焊趾和内凹陷部位，应出现光亮、圆滑、匀顺的凹弧沟，目测检查涂抹颜色的部位应被光亮的均匀麻点覆盖，如检查发现有漏锤区域，必须进行补锤，锤击部位不得出现皱叠和裂纹，锤击后不得对锤击部位进行修、磨等扰动锤击效果的任何处理。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺，其特征在于：包括以下具体步骤：

（1）装配：首先进行坡口加工以及工件与船体的装配；

（2）焊前准备：焊前进行坡口清理打磨后，对母材进行预热；

（3）焊接：采用CO₂半自动焊接方法按照工艺规程进行焊接；

（4）焊后保温：焊接结束后立即使用加热片及保温棉进行保温消氢处理；

（5）无损检测：保温结束48h后进行磁粉及超声波探伤，确保焊缝质量在要求范围内；

（6）豪克能消应力：无损检测结束后使用豪克能冲击消应力设备进行应力消除作业。

2.根据权利要求1所述的一种绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺，其特征在于：所述步骤（1）中的坡口加工，依据零件特征及现场结构，采用K型坡口，坡口角度45°，铸钢件坡口加工采用机械加工，根部间隙1-3mm。

3.根据权利要求1所述的一种绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，焊前对坡口及周边20mm的范围内进行打磨露出金属光泽，去除铁锈及油污；然后使用履带式加热片覆盖坡口及周边至少150mm的范围进行加热；预热温度100-150℃，达到预热温度后至少保温2小时。

4.根据权利要求1所述的一种绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺，其特征在于：所述步骤（3）中，焊接过程采用对称施焊法，先在坡口一侧焊3层以上，反面清根，清根完以后正反面对称施焊；在单侧的一道焊缝需2名焊工以环形焊缝中心对称施焊；层间温度不得小于最低预热温度，不高于230℃；除打底及盖面焊道外每焊一道后立即使用带圆弧面的小锤锤击焊道及周边区域释放焊接应力。

5.根据权利要求1所述的一种绞吸式挖泥船耳轴座铸钢件焊接工艺，其特征在于：所述步骤（6）中，无损检测结束后，清理焊趾处的熔渣及飞溅，使用进行豪克能冲击消应力设备对焊趾部位进行消应力处理。