CN113843483B - 一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺，针对船体结构与操舵模块的对接焊接，焊接间隙为5mm以上，包括如下工艺参数及步骤：焊接坡口：采用双边V型坡口；预热温度：焊前需对焊缝周围预热至70℃以上；施焊温度：施焊时层间温度控制在70℃‑150℃；焊接材料：采用强度3Y等级的焊丝和焊条；焊接顺序：首先对正面进行堆焊，将焊接间隙堆到5mm以内，再进行常规多层多道焊，填满截面内的坡口；焊接参数：电流：125～220A，电压：23～28V，速度：13‑45cm/min，焊线能量为7.5～14KJ/cm；通过采用先堆焊后多层多道焊、控制焊线能量等方式，实现了在焊接间隙较大的情况下，减小了焊接变形以及焊接热量对舵机本体的影响，保证了船体结构与操舵模块的焊接要求。

Description

一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺
技术领域
本发明涉及船舶领域，特别是涉及一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺。
背景技术
吊舱推进器是新兴的一种船舶推进系统，是船舶推进系统领域的研究重点。整个推进器可实现360°旋转，可以产生任意方向的推力，省去了传统的舵及侧推器等装置，可全功率倒车，应急倒车反应快，可大幅度提高船舶操纵和紧急制动的能力。
操舵模块作为吊舱推进器的核心部件之一，主要用于实现无限制的方位操作等功能，其通过焊接的方式与船舶底部相连。焊接时，过大的热输入和焊接变形会影响整个推进器的推进性能。并且，通常情况下，安装区域船体结构焊接及火工矫正工作、密性试验结束后，开始进行吊舱的安装。在外板处定位确定位置，进行精确开孔和修割，吊舱吊装到位及拉线定位后再进行焊接。由于开孔和修割有时会造成精度控制的偏差，从而影响操舵模块和船体结构之间的焊接间隙，较大的焊接间隙增加了焊接难度，焊接质量难以保证，同时造成较大的焊接变形。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种操作简便，焊接精度高，用于焊接间隙大的船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺。
本发明提出一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺，针对船体结构与操舵模块的对接焊接，焊接间隙为5mm以上；包括如下工艺参数及步骤：焊接坡口：采用双边V型坡口，坡口角度为45±4°；预热温度：焊前需对焊缝周围预热至70°C以上；施焊温度：施焊时层间温度控制在70°C -150°C；焊接材料：采用强度3Y等级的焊丝和焊条；焊接顺序：首先对正面进行堆焊，将焊接间隙堆到5mm以内，再进行常规多层多道焊，填满截面内的坡口；焊接参数：电流：125~220A，电压：23~28V，速度：13-45cm/min，焊线能量为7.5~14 KJ/cm。
优选地，在对正面进行堆焊前，首先采用钢衬垫封堵焊接间隙，用于对堆焊进行托底；正面焊接结束后，拆除钢衬垫，再对反面进行多层多道焊。
优选地，进行多层多道焊时，利用后道焊缝对前道焊缝进行退火处理，形成退火焊道。
优选地，正面焊接方式采用CO2气体保护焊，反面焊接方式采用手工电弧焊。
优选地，焊接方式为CO2气体保护焊，其中，焊接参数为：电流：190~220A，电压：23~27V，速度：35-45cm/min，气体流量：17~25L/min，焊线能量为7.5~8 KJ/cm。
优选地，采用手工电弧焊，其中，焊接参数为：焊接电流：125~140A，电压：25~28V，速度：13-20cm/min，焊线能量：12~14 KJ/cm。
如上所述，本发明涉及的一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺，具有以下有益效果：通过采用先堆焊后多层多道焊、控制焊线能量等方式，实现了在焊接间隙较大的情况下，减小了焊接变形以及焊接热量对舵机本体的影响，保证了船体结构与操舵模块的焊接要求
附图说明
图1为本发明一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺焊接坡口示意图。
图2为本发明一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺焊接坡口内焊接顺序示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1和图2所示，本发明提供的一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺实施例，针对船体结构与操舵模块的对接焊接，焊接间隙D为5mm以上，包括如下工艺参数及步骤：焊接坡口：采用双边V型坡口；预热温度：焊前需对焊缝周围预热至70°C以上；施焊温度：施焊时层间温度控制在70°C-150°C；焊接材料：采用强度3Y等级的焊丝和焊条；焊接顺序：首先对正面进行堆焊，将焊接间隙D堆到5mm以内，再进行常规多层多道焊，填满截面内的坡口；焊接参数：电流：125~220A，电压：23~28V，速度：13-45cm/min，焊线能量为7.5~14 KJ/cm。
为了描述方便，将焊缝间隙D所在截面的上侧称为正面；焊缝间隙D所在截面的下侧称为反面。在本实施例中，船体外板采用EH36级钢板，吊舱推进器操舵模块座板为低合金高强钢，其化学成分百分比为：C：0.150~0.167，Si：0.45~0.48，Mn：1.39~1.56，P：≤0.018，S：≤0.004，Al：≥0.032，Nb：0.040~0.044，V：0.01~0.06，Ti：≤0.006，Cu：≤0.24，Cr：≤0.08，Ni：≤0.35，Mo：≤0.015，Ca：≤0.002。
其中，焊接板材厚度L2为35~40mm，焊接间隙D为18~20mm；坡口形式是：考虑金属填充量、熔敷效率和焊缝成型等因素，采用双边V型坡口，坡口角度α为45±4°，正面坡口深度L1为7±2mm深度，无钝边。由于焊接间隙D过大，因此，首先在正面进行堆焊，将焊接间隙D堆到5mm以内，再进行常规多层多道焊，进而填满焊接截面内的坡口。采用多层多道焊，可以减少焊接变形和焊缝应力，防止焊缝过热。需要注意的是，焊接线能量过大，会使热影响区过宽晶粒区扩大，晶粒粗化且易产生过热组织，导致焊接接头的韧性急剧下降，同时会使得焊接变形严重。因此，在保证焊接质量和性能的同时，尽可能得对焊接线能量进行控制，本实施例中的焊线能量为7.5~14 KJ/cm。
其中，选择焊接材料时，首先考虑的是强度及冲击韧性与母材相匹配的焊接材料，焊丝或焊条强度为3Y级，达到-20°C夏比冲击功，形成的焊缝金属与母材化学成分相近。对这两种焊接材料在试验温度小于0°C的条件下分别进行刚性T型接头焊接裂纹试验、刚性十字型接头焊接裂纹试验、斜Y型坡口焊接裂纹试验，结果表明，焊接接头的表面、断面及根部裂纹率均为0。
通过采用先堆焊后多层多道焊、控制焊线能量等方式，实现了在焊接间隙较大的情况下，减小了焊接变形以及焊接热量对舵机本体的影响，保证了船体结构与操舵模块的焊接要求。
如图1和图2所示，特别的，在对正面进行堆焊前，首先采用钢衬垫封堵焊接间隙，用于对堆焊进行托底；正面焊接结束后，拆除钢衬垫，再对反面进行多层多道焊。采用钢衬垫对堆焊进行托底，能够避免直接进行焊接时焊穿，影响焊接质量。
优选地，进行多层多道焊时，利用后道焊缝对前道焊缝进行退火处理，形成退火焊道，进而细化晶粒，提高焊缝整体的韧性。
如图1和图2所示，在进行正面焊接时，可以采用焊接效率高的CO2气体保护焊，反面焊接时处于仰焊位置，则选择操作灵活且易获得稳定质量的手工焊条电弧焊。在实施CO2气体保护焊时，可以采用采用等级3Y、直径Φ1.2mm的药芯焊丝；焊接参数为电流：190~220A，电压：23~27V，速度：35-45cm/min，气体流量：17~25L/min，焊线能量为7.5~8 KJ/cm。在实施手工焊条电弧焊时，可采用等级3Y、直径Φ4.0mm的焊条；焊接参数为焊接电流：125~140A，电压：25~28V，速度：13-20cm/min，焊线能量：12~14 KJ/cm。
如图1和图2所示，具体的，本实施例的焊接规范参数如下表所示，其中，焊接板材厚度L2为35~40mm，焊接间隙D为18~20mm；采用双边V型坡口，坡口角度α为45±4°，正面坡口深度L1为7±2mm深度，无钝边。
Figure 339864DEST_PATH_IMAGE001
1~13道为CO2气体保护堆焊，焊接电流190~220A，焊接电压23~27V，焊接速度35~45cm/min，层间温度控制在70-150°C，焊接层数一般为4层；14~16道为平焊位置CO2气体保护焊，焊接电流190~220A，焊接电压23~27V，焊接速度35~45 cm/min，层间温度控制在70-150°C，焊接层数一般为3层；17~63道为仰焊位置手工焊条焊，焊前先将钢衬垫打磨清除干净，焊接电流125~140A，焊接电压25~28V，焊接速度13~20 cm/min，层间温度控制在70-150°C，焊接层数一般为8层，每层最后一道都使用退火焊道，提高焊缝综合性能。
当然，在进行实际焊接时，焊前先将焊丝、焊条烘干，焊丝使用过程中应保持干燥、无损，焊条使用时应佩带保温箱，随用随取；焊前检查坡口的完好性，做好坡口的清洁工作，清除潮气和杂质，并保持坡口的干燥。
采用本焊接工艺，所得焊接接头抗拉强度达510~520MPa，接头拉伸断在母材；接头-20°C夏比冲击功达105J以上(焊缝中心)、120J以上（熔合线）、280J以上（熔合线+2）；180°C侧弯完好无裂纹；宏观检测焊缝符合ISO-5817缺陷评定标准；接头的最高硬度：HV≤350，符合船级社规范要求；对接头进行超声波探伤检查，按照JISZ3060-1994二级标准，未发现超标缺陷；焊后转舵结构的法兰面变形量不超过0.2mm，满足设备性能要求
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺，其特征在于，针对船体结构与操舵模块的对接焊接，焊接间隙为5mm以上，包括如下工艺参数及步骤：焊接坡口：采用双边V型坡口；预热温度：焊前需对焊缝周围预热至70°C以上；施焊温度：施焊时层间温度控制在70°C-150°C；焊接材料：采用强度3Y等级的焊丝和焊条；焊接顺序：首先对正面进行堆焊，将焊接间隙堆到5mm以内；再进行常规多层多道焊，填满截面内的坡口；焊接参数：电流：125~220A，电压：23~28V，速度：13-45cm/min，焊线能量为7.5~14 KJ/cm； 其中，正面堆焊，1~13道为CO2气体保护堆焊，焊接电流190~220A，焊接电压23~27V，焊接速度35~45 cm/min，层间温度控制在70-150°C；焊接列数一般为4列，焊接层数一般为3层；所述焊接列数顺序由坡口的一侧朝向另一侧，即1-3道、4-6道、7-10道和11-13道，且每列的焊道均由下层朝上层依次焊接；14~16道为平焊位置CO2气体保护焊，焊接电流190~220A，焊接电压23~27V，焊接速度35~45 cm/min，层间温度控制在70-150°C；反面焊接，17~63道为仰焊位置手工焊条焊，焊前先将钢衬垫打磨清除干净，焊接电流125~140A，焊接电压25~28V，焊接速度13~20 cm/min，层间温度控制在70-150°C，焊接层数一般为8层，焊接层数由上朝下，即依次为17-21道、22-26道、27-31道、32-37道、38-43道、44-49道、50-56道和57-63道；焊接顺序由于每层最后一道都使用退火焊道，提高焊缝综合性能。
2.根据权利要求1所述的一种船舶吊舱推进器用低合金高强钢焊接工艺，其特征在于，在对正面进行堆焊前，首先采用钢衬垫封堵焊接间隙，用于对堆焊进行托底；正面焊接结束后，拆除钢衬垫，再对反面进行多层多道焊。
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