CN106695080A

CN106695080A - 船舶海工用板材的焊接方法

Info

Publication number: CN106695080A
Application number: CN201510470477.0A
Authority: CN
Inventors: 王迎旭; 于波; 王军滋; 魏丽芹; 王荣平; 陈璐; 王恩辉; 马向阳
Original assignee: China International Marine Containers Group Co Ltd; Yantai CIMC Raffles Offshore Co Ltd; Haiyang CIMC Raffles Offshore Co Ltd
Current assignee: China International Marine Containers Group Co Ltd; Yantai CIMC Raffles Offshore Co Ltd; Haiyang CIMC Raffles Offshore Co Ltd
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2017-05-24

Abstract

本发明提供了一种船舶海工用板材的焊接方法，包括步骤：在两待焊板材上加工坡口并进行对接；其中，坡口开设于板材的非结构面侧，坡口形式为V形坡口，坡口角度35°~45°；采用气电立焊对坡口处一次焊接成形；焊接参数为：电流310 A ~360A，电压31V~35V，焊接速度70mm/min~120mm/min，热输入4.8KJ/mm~10.0KJ/mm，焊丝伸出长度30mm~35mm，送丝速度11cm/s~24cm/s。本发明的焊接方法将气电立焊技术应用于船舶海工用板材的立焊缝的焊接，该焊接方法可以满足厚度14mm~20mm，-20℃低温冲击要求的板材焊接需要，并且可提高焊接效率、保证焊缝力学性能。

Description

船舶海工用板材的焊接方法

技术领域

本发明涉及海工船舶制造技术领域，特别涉及一种船舶海工用板材的焊接方法，适用于具有低温韧性要求的板材立焊缝的对接。

背景技术

气电立焊(EGW)作为一种高效的自动化焊接技术已经在各主要船厂得到普遍应用，但在实际应用中，多应用于板材冲击要求为0摄氏度的船舶类垂直焊缝焊接，但这种焊接工艺无法满足韧性冲击要求为零下20摄氏度的板材焊接需求。

对于焊接板厚为14～20mm、韧性冲击要求为零下20摄氏度的垂直焊缝时，目前主要采用传统手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊，如图1所示，在这种焊接工艺中，在板材100a的结构面SF侧开设V形坡口101a，V形坡口101a反面贴普通陶瓷衬垫200a，而后通过单面焊双面成形。

这种传统焊接方法的缺点是生产效率低，劳动强度大，对焊工操作技术要求高，单面焊双面成形时容易出现焊接缺陷，焊接质量不稳定，为了达到质量要求，往往需要进行反面碳刨后再焊接。

发明内容

本发明的目的在于将气电立焊自动化焊接技术应用于低温韧性要求下的垂直对接焊缝，提供一种可提高焊接效率、保证焊缝力学性能的船舶海工用板材的焊接方法，特别适用于板厚为14mm～20mm的板材的焊接。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种船舶海工用板材的焊接方法，包括步骤：

在两待焊板材上加工坡口并进行对接；其中，坡口开设于板材的非结构面侧，坡口形式为V形坡口，坡口角度35°～45°；

采用气电立焊对坡口处一次焊接成形；焊接参数为：电流310A～360A，电压31V～35V，焊接速度70mm/min～120mm/min，热输入4.8KJ/mm～10.0KJ/mm，焊丝伸出长度30mm～35mm，送丝速度11cm/s～24cm/s。

优选地，所述板材的厚度为14mm～20mm。

优选地，所述板材的厚度为t；在14mm≤t＜16mm14mm～15mm时，所述坡口角度为40°～45°，焊接参数为：电流310A～340A，电压31V～34V，焊接速度90mm/min～120mm/min，热输入4.8KJ/mm～7.7KJ/mm，送丝速度12cm/s～20cm/s；在16mm≤t＜18mm时，所述坡口角度为35°～40°，焊接参数为：电流320A～350A，电压32V～35V，焊接速度80mm/min～110mm/min，热输入5.6KJ/mm～9.2KJ/mm，送丝速度11cm/s～22cm/s；在18mm≤t≤20mm时，所述坡口角度为35°～40°，焊接参数为：电流340A～360A，电压33V～35V，焊接速度70mm/min～75mm/min，热输入8.9KJ/mm～10.0KJ/mm，送丝速度14cm/s～24cm/s。

优选地，在采用气电立焊对坡口处焊接时，用纯度大于等于99.5％的二氧化碳气体进行保护，气体流量为25L/min～31L/min。

优选地，采用气电立焊对坡口处焊接时，使板材与水平面之间的角度为80°～90°。

优选地，所述坡口的钝边厚度为0～3mm，两待焊板材对接的装配间隙为3.5mm～8mm。

优选地，所述坡口的背侧通过一陶瓷衬垫封闭，所述陶瓷衬垫包括陶瓷衬垫本体和包覆于陶瓷衬垫本体外的铁皮套。

优选地，所述两待焊板材的结构面侧焊接固定马板，所述马板与所述陶瓷衬垫之间嵌设有楔块，以将陶瓷衬垫紧固贴合于所述坡口处。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：本发明的焊接方法将气电立焊技术应用于船舶海工用板材的立焊缝的焊接，该焊接方法可以满足厚度14mm～20mm，-20℃低温冲击要求的板材焊接需要。本发明至少具有以下优点：(1)通过坡口装配形式和焊接参数的配合，能够把焊缝有效线能量降低到10KJ/mm，保证了在低温冲击要求下，冲击值符合规范要求；(2)该焊接方法与传统手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊相比较，焊缝一次成形，仅需要焊接一道，不需要对每一层每一道焊缝进行打磨处理并控制层间温度；(3)不需要对反面做碳刨，能保证坡口边缘充分融合，而不会产生未融合等焊接缺陷，焊接质量高且焊接效率明显提高；(4)坡口方向与传统焊接方法坡口方向相反，开在非结构面侧，定位马板相应地装配在结构面侧，在焊接完成去除马板时不影响外板表面的平整度。

附图说明

图1是现有技术采用传统手工电弧焊的装配接头示意图。

图2是本发明采用气电立焊的装配接头示意图。

图3是本发明采用气电立焊焊接时的装配示意图。

图4是图3中马板的结构示意图。

图5是图3中楔块的结构示意图。

图6是采用本发明焊接方法进行焊接的一优选实施例的装配接头示意图。

图7是本发明焊接接头硬度测试示意图。

图8是本发明焊接接头的宏观概貌图。

附图标记说明如下：100、板材/试板；101、坡口；200、陶瓷衬垫；300、马板；301、开口槽；400、楔块；500、水冷铜滑块；600、焊缝区。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供一种船舶海工用板材的焊接方法，主要包括步骤：

S10：在两待焊板材上加工坡口并进行对接；如图2所示，板材100对接后形成的坡口101为V形坡口，坡口101角度α为35°～45°，钝边厚度d1较优地为0～3mm，待焊板材100对接的装配间隙d2较优地为3.5mm～8mm。坡口101开设于板材100的非结构面NSF侧，其中，非结构面NSF和结构面SF为板材100的两个表面，结构面SF是指采用加强材等结构的表面，对应地，非结构面NSF是指无加强材等结构的表面。在船舶或海工产品中，结构面SF一般作为内表面，非结构面NSF一般作为外表面。待焊板材100的厚度t较优地为14mm～20mm。

S20：采用气电立焊对坡口101处一次焊接成形。焊接参数为：电流310A～360A，电压31V～35V，焊接速度70mm/min～120mm/min，热输入4.8KJ/mm～10.0KJ/mm，焊丝伸出长度30mm～35mm，送丝速度11cm/s～24cm/s。

本发明的该焊接方法将气电立焊技术应用于船舶海工用板材的立焊缝的焊接，该焊接方法可以满足厚度14mm～20mm，-20℃低温冲击要求的板材焊接需要。本发明至少具有以下优点：(1)通过坡口装配形式和焊接参数的配合，能够把焊缝有效线能量降低到10KJ/mm，保证了在低温冲击要求下，冲击值符合规范要求；(2)该焊接方法与传统手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊相比较，焊缝一次成形，仅需要焊接一道，不需要对每一层每一道焊缝进行打磨处理并控制层间温度；(3)不需要对反面做碳刨，能保证坡口边缘充分融合，而不会产生未融合等焊接缺陷，焊接质量高且焊接效率明显提高；(4)坡口方向与传统焊接方法坡口方向相反，开在非结构面侧，定位马板相应地装配在结构面侧，在焊接完成去除马板时不影响外板表面的平整度。

参阅图3，按照气电立焊的工艺需求，在采用气电立焊正式焊接前，在板材100的结构面SF侧采用一陶瓷衬垫200封闭坡口101的背侧。在陶瓷衬垫200的***还设有马板300，马板300沿坡口101长度方向均匀布置并与两待焊板材100焊接固定。马板300与陶瓷衬垫200之间嵌设有楔块400，将陶瓷衬垫200紧固贴合于坡口101处，并使陶瓷衬垫200中心与坡口101中心CL对齐。

一并参阅图3至图5，马板300上设有开口槽301，马板300固定于板材100上时，开口槽301面向板材100的结构面SF侧，开口槽301覆盖坡口101的范围。陶瓷衬垫200穿过马板300的开口槽301，楔块400嵌设于陶瓷衬垫200底面与马板300开口槽301底面之间，楔块400的截面呈三角形，通过调整楔块400伸入陶瓷衬垫200与马板300之间的长度而使陶瓷衬垫200紧固。该楔块400较优地为铁楔块。

较优地，陶瓷衬垫200包括陶瓷衬垫本体和包覆于陶瓷衬垫本体外的铁皮套，该陶瓷衬垫200可耐高温，与普通陶瓷衬垫相比，能够有效防止填充金属在焊接时溢出而且自身不被融化。

再参阅图3，板材100的坡口侧用水冷铜滑块500贴紧，并使坡口101中心CL与水冷铜滑块500的中心对齐。

焊接前，将导轨安置在距对接缝200mm(导轨边线距对接缝的距离)处，安装导轨前必须清除磁钢表面的灰尘、垃圾和污物，并保证导轨与焊缝方向平行。

焊接时，较优地，用纯度大于等于99.5％的二氧化碳气体进行保护，气体流量值保证在25L/min～31L/min。在焊接时，使板材与水平面之间的角度为80°～90°，焊接小车沿导轨运动依照步骤S20中的焊接参数对板材对接的坡口处进行焊接。

进一步地，根据板材100厚度的不同，焊接参数可按下表进行优化，表中t代表板材100厚度。

在进行气电立焊时，操作人员时刻关注焊丝熔化位置，使焊丝熔化点位于焊缝横截面的重心位置，如有偏移及时调整，以保证焊缝正反面填充金属与板材熔合良好。

参阅图6，以下以一具体实施例对本发明的焊接方法进行说明。

一、板材、焊材准备：

准备两块等级为NVD36的试板100，拉伸强度Rm要求在490N/mm²～620N/mm²、屈服强度ReH最小值为355N/mm²，板材供货状态为正火(NR)，每块试板100的尺寸：长度1000mm×宽度300mm×厚度20mm。焊材使用DNV级别为ⅣY40、直径为1.6mm、极性为直流反接、牌号为K-EG3的二氧药芯焊丝。

二、板材加工及装配：

将每块试板100加工出单边20度，钝边厚度d1为2mm的坡口，两块试板100按图6方式进行对接，装配间隙d2为5.5mm，对接后形成的坡口角度α为40°。

三、焊接衬垫准备：

在试板100的结构面SF侧焊接固定马板，将耐高温带铁皮套的陶瓷衬垫200在马板开口槽处***后用铁楔块紧固，使陶瓷衬垫200中心与焊缝中心对齐，每根陶瓷衬垫200尺寸：长度670mm×宽度42mm×厚度15mm，对于本实施例长度1000mm的试板100，共需要1.5根陶瓷衬垫200进行坡口101背部装配。马板、楔块与陶瓷衬垫200的配合结构可参阅图3。

四、焊接轨道校准：

导轨安装后，将带有焊枪的自动行走小车安装到焊缝起始位置，并启动小车电源，使小车沿焊缝长度方向行走，确定焊丝伸出端是否在焊缝中心位置，进一步确定轨道是否铺设平整。

五、焊接：

焊接电流设定在345A～355A，电压设定在33V～34V，采用气电立焊对焊缝一次焊接成形。

按上述方式焊接完成后进行测试的结果如下。

一、无损检测：在外观检验合格24h以后，对已完成焊接的试板100做无损探伤超声波检测UT和磁粉MT检测，试验结果均合格。

二、力学试验：在已完成焊接的试板100上取试验试样：横向拉伸试样2个；侧弯试样4个；冲击试样4组，每组三块试样；宏观试样1个。

1、常温下，对两横向拉伸试样进行拉伸断裂试验，结果断裂均发生在母材位置，两试样的具体试验数据如下表：

2、常温下，对四个侧弯试样进行180°弯曲试验，结果均未发生断裂，各试样的试验数据如下表：

试样编号	宽度/mm	弯曲试样类型	结果
				B1	10	侧弯	通过
B2	10	侧弯	通过
				B3	10	侧弯	通过
B4	10	侧弯	通过

3、四组冲击试样按要求进行加工，尺寸为55mm×10mm×10mm。四组试样的试验位置分别在焊缝中心、熔合线、熔合线加2mm、熔合线加5mm，每组三个试样，在-20℃条件下纵向冲击试验值如下表：

4、常温下，对试样进行维氏硬度测试，根据试验板材的级别，所测维氏硬度值HV10应该不大于350。按图7所示各点位置的硬度测试结果如下所示，其中直线A距试板100结构面SF的距离约为1mm，第6、7、8点以及第12、13、14点距熔合线的距离不大于0.5mm，第9、10、11点位于焊缝区600。

第1点至第10点的测试结果为：

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											A	193	193	192	195	199	209	215	213	206	212
B	192	192	193	195	198	202	202	205	216	203

第11点至第19点的测试结果为：

	11	12	13	14	15	16	17	18	19
										A	207	207	209	207	203	194	189	189	191
B	205	193	194	192	191	189	189	188	189

金相检测结果如图8所示，焊区未发现缺陷。

最后，采用传统手工CO₂半自动焊工艺和采用本发明气电立焊工艺对相同的母材板厚及相同的焊接长度进行焊接时，其焊接参数及焊接时间对比如下表所示：

由上表可知，在误差允许范围内，假设都不需要焊接修补，焊接1m长度焊缝，手工CO₂焊所需的焊接时间为2.5h，而按本发明的焊接方法采用气电立焊仅需0.33h，本发明所需时间仅为手工CO₂焊的13.2％，可大大提高工作效率。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims

1.一种船舶海工用板材的焊接方法，其特征在于，包括步骤：

在两待焊板材上加工坡口并进行对接；其中，坡口开设于板材的非结构面侧，坡口形式为V形坡口，坡口角度35°~45°；

采用气电立焊对坡口处一次焊接成形；焊接参数为：电流310 A ~360A，电压31V~35V，焊接速度70mm/min~120 mm/min，热输入4.8KJ/mm~10.0 KJ/mm，焊丝伸出长度30mm~35mm，送丝速度11cm/s~24cm/s。

2. 根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述板材的厚度为14mm~20mm。

3. 根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述板材的厚度为t；

在14mm≤t＜16mm时，所述坡口角度为40°~45°，焊接参数为：电流310 A ~340A，电压31V~34V，焊接速度90 mm/min ~120 mm/min，热输入4.8KJ/mm~7.7 KJ/mm，送丝速度12cm/s~20cm/s；

在16mm≤t＜18mm时，所述坡口角度为35°~40°，焊接参数为：电流320 A ~350A，电压32V~35V，焊接速度80 mm/min ~110 mm/min，热输入5.6KJ/mm~9.2 KJ/mm，送丝速度11cm/s~22cm/s；

在18mm≤t≤20mm时，所述坡口角度为35°~40°，焊接参数为：电流340 A ~360A，电压33V~35V，焊接速度70 mm/min ~75 mm/min，热输入8.9KJ/mm~10.0 KJ/mm，送丝速度14cm/s~24cm/s。

4. 根据权利要求1-3任一项所述的焊接方法，其特征在于，在采用气电立焊对坡口处焊接时，用纯度大于等于99.5%的二氧化碳气体进行保护，气体流量为25 L/min～31L/min。

5. 根据权利要求1-3任一项所述的焊接方法，其特征在于，采用气电立焊对坡口处焊接时，使板材与水平面之间的角度为80°~90°。

6. 根据权利要求1-3任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述坡口的钝边厚度为0~3mm，两待焊板材对接的装配间隙为3.5mm~8mm。

7. 根据权利要求1-3任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述坡口的背侧通过一陶瓷衬垫封闭，所述陶瓷衬垫包括陶瓷衬垫本体和包覆于陶瓷衬垫本体外的铁皮套。

8. 根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述两待焊板材的结构面侧焊接固定马板，所述马板与所述陶瓷衬垫之间嵌设有楔块，以将陶瓷衬垫紧固贴合于所述坡口处。