CN113118598B - 一种挖泥船耐磨复合板焊接方法 - Google Patents

一种挖泥船耐磨复合板焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种挖泥船耐磨复合板焊接方法，包括以下步骤：步骤S10、提供泥管和两个耐磨复合板，泥管包括两个管壁；步骤S20、在两个耐磨复合板的一端分别开设切割斜面，在管壁上开设塞焊孔；步骤S30、将两个耐磨复合板分别贴附在两个管壁的内侧壁，并使两个耐磨复合板具有切割斜面的一端间隔，形成坡口；步骤S40、先在塞焊孔内将耐磨复合板与管壁焊接固定，然后在坡口内依次焊接形成基层焊道、过渡层焊道和耐磨层焊道，过渡层焊道位于耐磨层焊道与基层焊道，基层焊道的焊丝型号为GB/T10045E501T‑1，过渡层焊道的焊丝型号为GB/T17853E309LT1‑1。其便于焊接，且焊接质量好。

Description

一种挖泥船耐磨复合板焊接方法
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种挖泥船耐磨复合板焊接方法。
背景技术
挖泥船的泥管是用于输送泥沙的管道，由于输送泥沙的过程中，泥沙对管道内壁的磨损较大，因此在挖泥船建造的过程中，通常会在泥管的内壁焊接耐磨复合板，以延长泥管的使用寿命。由于耐磨复合板与泥管的物理性能、导热率和比热容都不一样，现有技术中，耐磨复合板与泥管的管壁焊接时，难以保证焊接质量，导致耐磨复合板易从泥管脱落或移位。尤其是将耐磨复合板安装在两个相互垂直的管壁上时，焊接难度较大，不利于焊接作业。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种挖泥船耐磨复合板焊接方法，其便于焊接，且焊接质量好。
为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种挖泥船耐磨复合板焊接方法，包括以下步骤：
步骤S10、提供泥管和两个耐磨复合板，所述泥管包括两个相互垂直的管壁，两个所述耐磨复合板分别用于焊装在所述管壁的内侧，所述耐磨复合板由依次叠置的耐磨层、过渡层和基层组成，所述基层位于所述过渡层与所述管壁之间，所述基层为低碳钢材质，所述耐磨层为高碳高铬堆焊合金；
步骤S20、在两个所述耐磨复合板的一端分别开设切割斜面，所述切割斜面的倾斜角度为40°～45°，在所述管壁焊装所述耐磨复合板的区域开设塞焊孔，所述塞焊孔贯穿所述管壁的内侧和外侧；
步骤S30、将两个所述耐磨复合板分别贴附在两个所述管壁的内侧壁，并使两个所述耐磨复合板具有所述切割斜面的一端间隔，形成坡口；
步骤S40、先在所述塞焊孔内将所述耐磨复合板与所述管壁焊接固定，然后在所述坡口内依次焊接形成基层焊道、过渡层焊道和耐磨层焊道，所述基层焊道与所述管壁连接，且所述基层焊道的两端分别与两个所述耐磨复合板中的所述基层连接，在所述基层焊道与所述耐磨层焊道之间焊接形成有两层所述过渡层焊道，焊接形成两层所述过渡层焊道的具体操作为：先在两个所述耐磨复合板对应的所述基层之间所述坡口位置焊接其中一层所述过渡层焊道，然后在两个所述耐磨复合板对应的所述耐磨层之间的坡口位置焊接另一层所述过渡层焊道，所述基层焊道的焊丝型号为GB/T10045 E501T-1，所述过渡层焊道的焊丝型号为GB/T17853 E309LT1-1，所述耐磨层由高铬铸铁合金实芯焊丝焊接形成。
作为所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法的一种优选的技术方案，所述基层焊道的焊接参数为：焊接电流为240A，焊接电压为31V，焊接速度为30cm/min；
和/或，所述过渡层焊道的焊接参数为：焊接电流为155A，焊接电压为25V,焊接速度为23cm/min；
和/或，所述耐磨层焊道的焊接参数为：焊接电流为220A，焊接电压为32V，焊接速度为35cm/min。
作为所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法的一种优选的技术方案，所述坡口的宽度为20mm～25mm。
作为所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法的一种优选的技术方案，在焊接形成所述基层焊道、所述过渡层焊道和所述耐磨层焊道时，控制环境温度为不小于20℃，以及控制环境湿度在小于65％。
作为所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法的一种优选的技术方案，在焊接形成所述基层焊道和/或所述耐磨层焊道的过程中，采用CO2气体保护，控制所述CO2气体的流速为20L/min。
作为所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法的一种优选的技术方案，在焊接形成所述耐磨层焊道的过程中，采用混合气体保护，所述混合气体由80％的Ar气体和20％的CO2气体组成，控制所述混合气体的流速为15L/min。
作为所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法的一种优选的技术方案，所述基层焊道和所述过渡层焊道均采用药芯焊丝CO2半自动焊方法焊接形成，所述耐磨层焊道采用实心焊丝熔化极气体保护焊方法焊接形成。
作为所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法的一种优选的技术方案，将两个所述耐磨复合板分别贴附在两个所述管壁的内侧壁之前，清理两个所述管壁的内侧壁。
作为所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法的一种优选的技术方案，一个所述管壁上至少设置两个所述塞焊孔，同一个所述管壁上的所述塞焊孔间隔分布，且同一个所述管壁上相邻的两个所述塞焊孔之间的间距为1m～1.5m。
本发明的有益效果为：在耐磨层焊道与基层焊道之间设置过渡层焊道，过渡层焊道的焊丝型号为GB/T17853 E309LT1-1,此种材质具有良好的塑性，有效地缓冲耐磨层焊道对基层焊道应力，以及有效地阻止耐磨层焊道的裂纹向基层焊道扩散，从整体提高两个耐磨复合板之间的焊接质量。由于过渡层焊道与耐磨复合板中的基层和过渡层连接，有效地降低了过渡层焊道从耐磨复合板上脱落的可能性。此外，在将两个耐磨复合板焊接之前，先在管壁的塞焊孔内将耐磨复合板与管壁固定焊接，在焊接两个耐磨复合板的过程中，避免耐磨复合板在管壁上移位，有利于降低焊接难度。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为实施例两个耐磨复合板与泥管的管壁之间的焊接示意图。
图中：
1、管壁；2、耐磨复合板；21、基层；22、耐磨层；23、过渡层；3、基层焊道；4、过渡层焊道；5、耐磨层焊道。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，本发明提供一种挖泥船耐磨复合板焊接方法，包括以下步骤：
步骤S10、提供泥管和两个耐磨复合板2，泥管包括两个相互垂直的管壁1，两个耐磨复合板2分别用于焊装在管壁1的内侧，耐磨复合板2由依次叠置的耐磨层22、过渡层23和基层21组成，基层21位于过渡层与管壁1之间，基层21为低碳钢材质，耐磨层为高碳高铬堆焊合金。本实施例中，两个耐磨复合板2之间的夹角为90°。
步骤S20、在两个耐磨复合板2的一端分别开设切割斜面，切割斜面的倾斜角度α为40°～45°，在管壁1焊装耐磨复合板2的区域开设塞焊孔(图中未示出)，塞焊孔贯穿管壁1的内侧和外侧.实施例中，切割斜面的倾斜角度α为45°。
步骤S30、将两个耐磨复合板2分别贴附在两个管壁1的内侧壁，并使两个耐磨复合板2具有切割斜面的一端间隔，形成坡口。
步骤S40、先在塞焊孔内将耐磨复合板2与管壁1焊接固定，然后在坡口内依次焊接形成基层焊道3、过渡层焊道4和耐磨层焊道5，基层焊道3与管壁1连接，且基层焊道3的两端分别与两个耐磨复合板2中的基层21连接。在基层焊道3与耐磨层焊道5之间焊接形成有两层过渡层焊道4，焊接形成两层过渡层焊道4的具体操作为：先在两个耐磨复合板2对应的基层21之间坡口位置焊接其中一层过渡层焊道4，然后在两个耐磨复合板2对应的耐磨层22之间的坡口位置焊接另一层过渡层焊道4，使过渡层焊道4与耐磨复合板2中的基层21、过渡层23和耐磨层22焊接，有利于增大过渡层焊道4与耐磨复合板2之间的粘合力。基层焊道3的焊丝型号为GB/T10045 E501T-1，过渡层焊道4的焊丝型号为GB/T17853 E309LT1-1，耐磨层焊道5由高铬铸铁合金实芯焊丝焊接形成。
本焊接方法主要是将两个耐磨复合板2焊接以及将耐磨复合板2与管壁1焊接，使两个耐磨复合板2和管壁1形成一整体。在两个耐磨复合板2的一端分别开设切割斜面，将两个耐磨复合板2贴附在管壁1上后，在两个耐磨复合板2之间形成坡口，通过坡口为两个耐磨复合板2之间的焊接预留焊接和容纳焊料的空间。由于切割斜面的倾斜角度α为40°～45°，有利于两个耐磨复合板2之间的焊接。基层21的材质为低碳钢材质，其力学性能与Q345A相当，基层焊道3的焊丝型号为GB/T10045 E501T-1，有利于使基层焊道3与基层21以及管壁1牢固结合，降低两个耐磨复合板2之间断裂的可能性以及防止耐磨复合板2从管壁1上脱落或移位。在耐磨层焊道5与基层焊道3之间设置两层过渡层焊道4，过渡层焊道4的焊丝型号为GB/T17853 E309LT1-1,此种材质具有良好的塑性，有效地缓冲耐磨层焊道5对基层焊道3应力，以及有效地阻止耐磨层焊道的裂纹向基层焊道3扩散，从整体提高两个耐磨复合板2之间的焊接质量。由于过渡层焊道4与耐磨复合板2中的基层21和过渡层23连接，有效地降低了过渡层焊道4从耐磨复合板2上脱落的可能性。此外，在将两个耐磨复合板2焊接之前，先在管壁1的塞焊孔内将耐磨复合板2与管壁1固定焊接，在焊接两个耐磨复合板2的过程中，避免耐磨复合板2在管壁1上移位，有利于降低焊接难度。
其中，在根据焊丝的规格，厂家推荐基层焊道3的焊接参数、过渡层焊道4的焊接参数和耐磨层焊道5的焊接参数分别如表1、表2和表3。
表1基层焊道对应焊丝的规格和焊接参数
直径规格(mm) 1.2 1.4 1.6
电压(Volt) 23-32 24-36 25-40
电流(Amp) 150-300 170-360 200--400
气体流量(L/min) 15-25 15-25 15-25
表2过渡层焊道对应焊丝的规格和焊接参数
直径规格(mm) 1.2 1.6
电压(Volt) 22-36 36-38
电流(Amp) 120-260 200-300
气体流量(L/min 15-25 15-25
表3耐磨层焊道对应焊条的规格和焊接参数
直径规格(mm) 3.2 4 4.8
极性(+) DC DC DC
电流范围(Amp) 110-140 110-170 110-210
最佳电流(Amp) 125 125 125
本实施例中，结合了多次施工试验之后，选用直径为1.2mm的药芯焊丝、直径为1.2mm的药芯焊丝以及直径为1.14mm的实芯焊丝分别焊接形成基层焊道3、过渡层焊道4和耐磨层焊道5。设置基层焊道3的焊接参数为：焊接电流为240A，焊接电压为31V，焊接速度为30cm/min。
过渡层焊道4的焊接参数为：焊接电流为155A，焊接电压为25V，焊接速度为23cm/min。
耐磨层焊道5的焊接参数为：焊接电流为220A，焊接电压为32V，焊接速度为35cm/min。
通过控制上述的焊接参数，有利于保证基层焊道3、过渡层焊道4和耐磨层焊道5的顺利形成。
其中，坡口的宽度d为20mm～25mm。将坡口的宽度设置在此范围内，使坡口内具有足够的空间容纳焊料，有利于提高坡口内各层焊道的可靠性。本实施例中，坡口的宽度d为25mm。
可以理解的是，在焊接形成基层焊道3、过渡层焊道4和耐磨层焊道5时，焊接环境中的湿度过大，容易在焊道层的表面形成水珠，焊道表面在水珠的影响下会产生气孔。因此，在焊接形成基层焊道3、过渡层焊道4和耐磨层焊道5时，控制环境温度为不小于20℃，以及控制环境湿度在小于65％，以减少在焊道表面形成的水珠，避免焊道表面出现焊接气孔，进一步提高焊接质量。
本实施例中，在焊接形成基层焊道3和/或耐磨层焊道5的过程中，采用CO2气体保护，控制CO2气体的流速为20L/min。在焊接形成耐磨层焊道5的过程中，采用混合气体保护，混合气体由80％的Ar气体和20％的CO2气体组成，控制混合气体的流速为15L/min。由于耐磨层焊道5所含的合金成分较多，在焊接形成耐磨层焊道5的过程中，利用由80％的Ar气体和20％的CO2气体组成混合气体保护化，避免耐磨层焊道5中的合金与CO2气体反应。
本实施例中，基层焊道3和过渡层焊道4均采用药芯焊丝CO2半自动焊方法(即FCAW)焊接形成，该药芯焊丝的直径为1.2mm。耐磨层焊道5采用实心焊丝熔化极气体保护焊方法(即GMAW)焊接形成，该实心焊丝为高铬铸铁合金实芯焊丝，直径为1.14mm。
为了将耐磨复合板2与管壁1牢固焊接，将两个耐磨复合板2分别贴附在两个管壁1的内侧壁之前，清理两个管壁1的内侧壁，防止管壁1的内侧壁上存在脏污物(例如灰尘等)影响焊接。
同一个管壁1上设置至少两个塞焊孔，同一个管壁1上的塞焊孔间隔分布，且同一个管壁1上相邻的两个塞焊孔之间的间距为1m～1.5m。此方法中，主要是针对耐磨复合板2的尺寸较大的情况，通过在关闭上开设至少两个塞焊孔，增加耐磨复合板2与管壁1的焊接位置，进一步降低耐磨复合板2从管壁1上脱落的风险。
大型挖泥船建造中经常采用牌号为SA1750CR的碳化铬耐磨复合板，耐磨复合板包括过渡层、基层和耐磨层，耐磨复合板的基层为优质低碳钢，其力学性能与Q345A相当，耐磨层是高碳、高铬堆焊合金，化学成分见表4。耐磨层的微观组织含有奥氏体基体40％、一次碳化物组织50％和二次碳化物组织10％，宏观硬度为54～62HRc。
表4 SA1750CR耐磨复合板的化学成分(％)
元素 C Si Mn P S Cr Fe
基层 0.175 0.069 0.87 0.019 0.009 --- 余量
耐磨层 4.4 0.7 1.5 --- --- 39.4 余量
耐磨层采用的焊丝熔敷金属的平均检测硬度为59.4HRc，化学成分见表5。
表5焊材熔敷金属的化学成分(％)
C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu 铁
5.3 0.7 1.0 --- --- 18.1 --- --- --- 余量
在CCS验船师见证下完成对SA1750CR碳高铬耐磨复合板的多次焊接试验，并对耐磨复合板焊接效果进行以下工艺评定：
(1)外观检测
耐磨复合板焊前组对形式为将两个耐磨复合板间隔，使两个耐磨复合板之间形成坡口，焊接坡口后对两个耐磨复合板之间的焊接位置进行外观检查，基板焊缝表面成形均匀美观，未发现有裂纹等有害缺陷；耐磨层焊缝表面成形均匀，焊缝及两侧伴有少量焊接飞溅，在焊缝表面发现有与母材相似的发丝状裂纹。
(2)无损探伤检测和维氏硬度检测
按批准的工艺评定方案要求对两个耐磨复合板之间的焊接位置进行了无损探伤检测和破环性力学性能检测。基层侧焊缝进行着色渗透PT检测未发现有裂纹缺陷。对焊接接头的断面进行宏观腐蚀检测，发现焊缝与母材熔合良好，基层焊道层与过渡层焊道均未发现有缺陷；耐磨层焊道则发现有竖向裂纹，裂纹到耐磨复合板中的过渡层边缘中止，符合该焊接工艺评定的验收要求。
(3)抗拉强度检测
对耐磨复合板厚度接头、基层厚度接头采用横向板状试样进行了抗拉强度检测，在基层增加了接头弯曲及20℃冲击检测，检测结果见表6，满足该焊接工艺评定的验收要求。
表6耐磨复合板接头的力学性能检测结果
Figure BDA0003047653810000101
根据焊接实验方法与焊接参数编制了SA1750CR碳高铬耐磨复合板焊接工艺方案，提交至CCS船级社进行了审查，SA1750CR碳高铬耐磨复合板焊接工艺成功通过了试验评定，CCS船级社颁发了《SA1750CR耐磨复合板焊接工艺试验证书》，也获得了船东的认可，准予用在新建挖泥船疏浚系统焊接作业中。
本发明的挖泥船耐磨复合板焊接方法中，应用于10000m3大型挖泥船抽舱通道耐磨复合板的焊接作业中，对船体垂直面安装的耐磨复合板进行焊接，并进行焊接质量和焊接工艺评定，焊接接头的各项检查性能满足设计和使用要求，获得了船东与船检的认可。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种挖泥船耐磨复合板焊接方法，其特征在于,包括以下步骤：
步骤S10、提供泥管和两个耐磨复合板，所述泥管包括两个相互垂直的管壁，两个所述耐磨复合板分别用于焊装在所述管壁的内侧，所述耐磨复合板由依次叠置的耐磨层、过渡层和基层组成，所述基层位于所述过渡层与所述管壁之间，所述基层为低碳钢材质，所述耐磨层为高碳高铬堆焊合金；
步骤S20、在两个所述耐磨复合板的一端分别开设切割斜面，所述切割斜面的倾斜角度为40°～45°，所述倾斜角度为所述切割斜面与各自所述耐磨复合板相垂直的面之间的夹角，在所述管壁焊装所述耐磨复合板的区域开设塞焊孔，所述塞焊孔贯穿所述管壁的内侧和外侧；
步骤S30、将两个所述耐磨复合板分别贴附在两个所述管壁的内侧壁，并使两个所述耐磨复合板具有所述切割斜面的一端间隔，形成坡口；
步骤S40、先在所述塞焊孔内将所述耐磨复合板与所述管壁焊接固定，然后在所述坡口内依次焊接形成基层焊道、过渡层焊道和耐磨层焊道，所述基层焊道与所述管壁连接，且所述基层焊道的两端分别与两个所述耐磨复合板中的所述基层连接，在所述基层焊道与所述耐磨层焊道之间焊接形成有两层所述过渡层焊道，焊接形成两层所述过渡层焊道的具体操作为：先在两个所述耐磨复合板对应的所述基层之间所述坡口位置焊接其中一层所述过渡层焊道，然后在两个所述耐磨复合板对应的耐磨层之间的坡口位置焊接另一层所述过渡层焊道，所述基层焊道的焊丝型号为GB/T10045 E501T-1，所述过渡层焊道的焊丝型号为GB/T17853 E309LT1-1，所述耐磨层焊道由高铬铸铁合金实芯焊丝焊接形成。
2.根据权利要求1所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法，其特征在于，所述基层焊道的焊接参数为：焊接电流为240A，焊接电压为31V，焊接速度为30cm/min；
和/或，所述过渡层焊道的焊接参数为：焊接电流为155A，焊接电压为25V, 焊接速度为23cm/min；
和/或，所述耐磨层焊道的焊接参数为：焊接电流为220A，焊接电压为32V，焊接速度为35cm/min。
3.根据权利要求1所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法，其特征在于，所述坡口的宽度为20mm～25mm。
4.根据权利要求1所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法，其特征在于，在焊接形成所述基层焊道、所述过渡层焊道和所述耐磨层焊道时，控制环境温度为不小于20℃，以及控制环境湿度在小于65%。
5.根据权利要求1所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法，其特征在于，在焊接形成所述基层焊道和/或所述耐磨层焊道的过程中，采用CO2气体保护，控制所述CO2气体的流速为20L/min。
6.根据权利要求1所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法，其特征在于，在焊接形成所述耐磨层焊道的过程中，采用混合气体保护，所述混合气体由80%的Ar气体和20%的CO2气体组成，控制所述混合气体的流速为15L/min。
7.根据权利要求5所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法，其特征在于，所述基层焊道和所述过渡层焊道均采用药芯焊丝CO2半自动焊方法焊接形成，所述耐磨层焊道采用实心焊丝熔化极气体保护焊方法焊接形成。
8.根据权利要求1所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法，其特征在于，将两个所述耐磨复合板分别贴附在两个所述管壁的内侧壁之前，清理两个所述管壁的内侧壁。
9.根据权利要求1至8任一项所述的挖泥船耐磨复合板焊接方法，其特征在于，同一个所述管壁上至少设置两个所述塞焊孔，同一个所述管壁上的所述塞焊孔间隔分布，且同一个所述管壁上相邻的两个所述塞焊孔之间的间距为1m～1.5m。
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