CN112589233A - 一种船体结构面板一次成型焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船体结构面板一次成型焊接方法，包括以下步骤：安装垂直气电立焊机和焊接辅件；根据待焊结构面板的板厚调整垂直气电立焊机的正面焊丝和背面焊丝在焊缝坡口中的位置，使其背面焊丝与焊缝坡口根部保持第一距离、正面焊丝与背面焊丝之间保持第二距离；启动垂直气电立焊机，正面焊丝沿着焊缝深度方向往复摆动，背面焊丝不作运动，正面焊丝与背面焊丝同时熔化形成熔池从而使焊缝一次成型。本发明能够对38mm‑84mm厚的钢板进行单道高效焊接，一次成型的焊缝能够满足相关技术指标要求，能够有效缩短超大厚度高强度钢板的焊接周期，提高建造效率和质量。

Description

一种船体结构面板一次成型焊接方法

技术领域

本发明涉及船舶建造技术领域，尤其涉及一种船体结构面板一次成型焊接方法。

背景技术

随着万箱级以上超大型集装箱的开发，舱口围及抗扭箱区域高强度船用钢板将越来越厚，采用传统的半自动CO2焊接工艺，在质量和效率上远远不能满足超大型集装箱船生产进度的要求，因此引入了单丝垂直气电焊技术，单丝垂直气电焊技术虽然一定程度上促进了生产效率的提升，但目前单丝垂直气电焊能焊接的最大板厚不超过38mm，无法对超厚钢板进行焊接。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种船体结构面板一次成型焊接方法，用以解决上述背景技术中存在的问题。

一种船体结构面板一次成型焊接方法，具体包括以下步骤：

S1，焊前预处理：

安装垂直气电立焊机和焊接辅件；

S2，根据待焊结构面板的板厚调整垂直气电立焊机的正面焊丝和背面焊丝在焊缝坡口中的位置，使其背面焊丝与焊缝坡口根部保持第一距离、正面焊丝与背面焊丝之间保持第二距离；

S3，启动垂直气电立焊机，正面焊丝沿着焊缝深度方向往复摆动，背面焊丝不作运动，正面焊丝与背面焊丝同时熔化形成熔池从而使焊缝一次成型。

优选地，所述步骤S1中安装垂直气电立焊机和焊接辅件的具体步骤为：

首先，将两个待焊结构面板竖直相对放置，在焊缝坡口背面安装多个与待焊结构面板相垂直的马板，多个马板的底部共同构成一道卡槽；

根据两个待焊结构面板之间的焊缝坡口位置固定轨道，将垂直气电立焊机安装在轨道上，在垂直气电立焊机上安装铜滑块并使铜滑块与焊缝坡口正面贴合；

然后，将焊接衬垫塞入卡槽并与焊缝坡口背面相贴合；

然后，根据待焊结构面板的板厚设定垂直气电立焊机的焊接参数。

优选地，所述马板的底部开设有U形槽。

优选地，所述轨道与焊缝坡口之间的距离为200±10mm。

优选地，所述待焊结构面板的板厚为38mm-84mm。

优选地，根据待焊结构面板的板厚设定垂直气电立焊机的焊接参数时，

若待焊结构面板的板厚为38mm～50mm时，背面焊丝的焊接电流为320±30A，电压为35±2V,正面焊丝的焊接电流为320±30A，电压为35±2V；

若待焊结构面板的板厚为50mm～75mm时，背面焊丝的焊接电流为360±20A，电压为38±2V,正面焊丝的焊接电流为360±20A，电压为38±2V；

若待焊结构面板的板厚为75mm～84mm时，背面焊丝的焊接电流为380±20A，电压为40±2V,正面焊丝的焊接电流为380±20A，电压为38±2V。

优选地，步骤S2中根据待焊结构面板的板厚调整垂直气电立焊机的正面焊丝和背面焊丝在焊缝坡口中的位置时，

若待焊结构面板的板厚为38mm～50mm，则使背面焊丝与焊缝坡口底部之间保持15mm-20mm，背面焊丝与正面焊丝之间保持13mm-18mm，焊接时正面焊丝不摆动；

若待焊结构面板的板厚为50mm～75mm，则使背面焊丝与焊缝坡口底部之间保持18mm-25mm，背面焊丝与正面焊丝之间保持15mm-20mm，焊接时正面焊丝摆动幅度为20±5mm；

若待焊结构面板的板厚为75mm～84mm，则使背面焊丝与焊缝坡口底部之间保持20mm-30mm，背面焊丝与正面焊丝之间保持16mm-22mm，焊接时正面焊丝摆动幅度为20±5mm。

优选地，若待焊结构面板的板厚为38mm～50mm，焊接时正面焊丝的摆动停留时间为0；

若待焊结构面板的板厚为50mm～75mm，焊接时正面焊丝的摆动停留时间为0.5-1.6秒；

若待焊结构面板的板厚为75mm～84mm，焊接时正面焊丝的摆动停留时间为1.0-2.0秒。

优选地，焊接之前，应确认焊缝坡口间隙是否满足要求，

若焊缝坡口间隙为7mm～10mm，则可直接启动垂直气电立焊机进行焊接；

若焊缝坡口间隙为5mm～7mm，则先采用将焊缝坡口根部打磨至7mm～10mm，再启动垂直气电立焊机进行焊接；

若焊缝坡口间隙为0mm～5mm，则先将焊缝坡口根部修割至7mm～10mm，再启动垂直气电立焊机进行焊接。

本发明的有益效果是：

1、本申请的焊接方法能够对38mm-84mm厚的钢板进行单道高效焊接，一次成型的焊缝能够满足相关技术指标要求，能够有效缩短超大厚度高强度钢板的焊接周期，提高建造效率和质量。

2、由于立焊位置劳动强度非常大，需要通过手势摆动才能实现良好成形，尤其是夏天在预热150℃的情况下进行焊接，焊工作业劳动强度非常大，本申请的这种焊接方法不但有效地提高了工作效率，劳动强度也得到了极大缓解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是焊缝坡口的示意图。

图2是马板的安装示意图。

图3是马板的结构示意图。

图4是正面焊丝与背面焊丝在焊缝坡口中的位置的俯视图。

图5是正面焊丝与背面焊丝在焊缝坡口中的位置的侧视图。

图6是待焊结构面板上冲击取样位置示意图。

图7是75mm厚待焊结构面板上成形焊缝的一个断面示意图。

图8是75mm厚待焊结构面板上成形焊缝的另一断面示意图。

图9是85mm厚待焊结构面板上成形焊缝的一个断面示意图。

图10是85mm厚待焊结构面板上成形焊缝的另一断面示意图。

图中标号的含义为：

1为待焊结构面板，2为马板，3为外板，4为甲板，5为纵骨，6为焊接衬垫，7为铜滑块，8为焊缝，9为熔池，10为背面焊丝，11为正面焊丝。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明给出一种船体结构面板一次成型焊接方法，该焊接方法采用双丝垂直气电焊技术对38mm-84mm厚的船体结构面板1的焊缝进行焊接。

双丝垂直气电焊技术是在单丝焊的基础上增加一根丝形成双丝单熔池的焊接方法，它是一种强迫熔池冷却成形的焊接方法。本焊接方法是在立焊位置采用V形坡口，在V形坡口的背面有陶质衬垫，正面有带冷却水的铜滑块，于是形成了半封闭的空间。在敞开的上部通入CO2保护气体和焊丝，焊丝和母材之间产生电弧，在CO2气体保护下，融化焊丝和坡口边缘的母材金属共同建立起熔池，随着熔池液面的上升，熔池的底部受冷却水滑块的降温，逐步冷凝构成焊缝。焊缝正面的形状取决于铜滑块的表面成形槽，而焊缝反面的形状取决于陶质衬垫的成形槽。

本发明的船体结构面板一次成型焊接方法，具体包括以下步骤：

S1，焊前预处理：

安装垂直气电立焊机和焊接辅件。

具体地，首先，将两个待焊结构面板1竖直相对放置，焊缝坡口两侧50mm范围内的钢板表面应用砂轮清除气割毛刺、马脚、金属飞溅物以及纵向接缝的焊缝余高，确保正面水冷铜滑块7顺利滑移和反面衬垫6贴紧。在焊缝坡口8背面安装多个与待焊结构面板1相垂直的马板2，多个马板2的底部共同构成一道卡槽。

然后，根据两个待焊结构面板1之间的焊缝坡口位置固定轨道，轨道与焊缝坡口之间的距离设置为200±10mm。将垂直气电立焊机安装在轨道上，在垂直气电立焊机上安装铜滑块7并使铜滑块7与焊缝坡口8正面贴合。

然后，将焊接衬垫6塞入多个马板2构成的卡槽内并与焊缝坡口8背面相贴合。

本实施例中，马板2的底部开设有U形槽；由于采用双丝气电立焊技术焊接厚度高达84mm的钢板时，焊接热输入可高达500～600KJ/cm，因此马板2板厚至少为20mm，该厚度的马板可以避免根部间隙发生明显收缩。

为了保证大线能量板焊接过程中，不出现因焊接收缩，导致焊缝间隙缩小，以至于反面无法成型的情况，马板2除了需要达到厚度要求以外，还必须保证一定的数量和尺寸要求。原则上，相邻两块马板2的间距不超过300mm，至少一根焊接衬垫对应2块马板，马板2尺寸可设计为200mm*120mm，必要时可增加马板大小，可将其尺寸设计为500*200mm。

若焊缝坡口根部间隙太小，容易导致未焊透；若焊缝坡口根部间隙太大，则会使焊缝填充量大大增加，对于双丝气电立焊工艺，更意味着焊接热输入大大增加，无法保证焊缝的力学性能。因此，本申请的焊接方法针对的焊缝坡口间隙为7mm～10mm，坡口角度为20°±2°。

最后，根据待焊结构面板1的板厚t设定垂直气电立焊机的焊接参数。

若待焊结构面板1的板厚t为38mm～50mm时，背面焊丝的焊接电流为320±30A，电压为35±2V,正面焊丝的焊接电流为320±30A，电压为35±2V；

若待焊结构面板1的板厚t为50mm～75mm时，背面焊丝的焊接电流为360±20A，电压为38±2V,正面焊丝的焊接电流为360±20A，电压为38±2V；

若待焊结构面板1的板厚t为75mm～84mm时，背面焊丝的焊接电流为380±20A，电压为40±2V,正面焊丝的焊接电流为380±20A，电压为38±2V，如下表所示：

S2，将两支焊枪固定在垂直气电立焊机上，一支焊枪上安装正面焊丝11，另一支焊枪上安装背面焊丝10，正面焊丝11与背面焊丝10均倾斜设置，倾斜角度为10°左右，且两个焊丝伸长均为30mm～35mm。

根据待焊结构面板1的板厚调整垂直气电立焊机的正面焊丝11和背面焊丝10在焊缝坡口8中的位置，使其背面焊丝10与焊缝坡口8根部保持第一距离、正面焊丝11与背面焊丝10之间保持第二距离。

背面焊丝10与焊缝坡口8根部保持第一距离有利于熔敷金属铺展熔化根部，实现焊缝反面成形。当背面焊丝10距离坡口根部太远时，根部位置温度太低，熔渣将在此析出，填满根部间隙，阻碍焊缝反面成形。当背面焊丝10距离坡口根部太近时，一方面喷嘴可能与坡口发生导电，阻碍正常焊接，另一方面当喷嘴粘附熔渣时，可能因为间隙太小而阻碍行走机构向上爬行。

因此，若待焊结构面板1的板厚t为38mm～50mm，则使背面焊丝10与焊缝坡口8底部之间保持15mm-20mm，背面焊丝10与正面焊丝11之间保持13mm-18mm；

若待焊结构面板1的板厚t为50mm～75mm，则使背面焊丝10与焊缝坡口8底部之间保持13mm-18mm，背面焊丝10与正面焊丝11之间保持15mm-20mm；

若待焊结构面板1的板厚t为75mm～84mm，则使背面焊丝10与焊缝坡口8底部之间保持20mm-30mm，背面焊丝10与正面焊丝11之间保持16mm-22mm，如下表所示：

焊接之前，应确认焊缝坡口间隙是否满足要求，

若焊缝坡口8间隙为7mm～10mm，则可直接启动垂直气电立焊机进行焊接；

若焊缝坡口8间隙为5mm～7mm，则先采用将焊缝坡口根部打磨至7mm～10mm，再启动垂直气电立焊机进行焊接；也可直接采用垂直气电立焊机焊接，反面成型差的地方扣槽修补；

若焊缝坡口8间隙为0mm～5mm，则先将焊缝坡口根部修割至7mm～10mm，再启动垂直气电立焊机进行焊接；也可直接采用双丝垂直气电立焊机焊接，反面没有成型的地方扣槽修补(凡大线能量板区域修割，都必须使用自动割刀)。

S3，启动垂直气电立焊机，正面焊丝11沿着焊缝深度方向往复摆动，背面焊丝10不作运动，正面焊丝11与背面焊丝10同时熔化形成熔池从而使焊缝一次成型。

正面焊丝11需与背面焊丝10之间保持第二距离，并在焊接时保持适当摆幅、在距离焊缝正面合适的距离处做适当停留才能确保板厚中心的熔合及正面焊缝的成形。实际焊接过程中必须保证正面焊丝足够的停留时间，尤其摆动到靠近板厚中心位置时，停留时间太短很容易导致板厚中心出现夹渣、未熔合缺陷。而摆动距离不能太小，太小则正面坡口边缘处温度太低，析出熔渣阻碍焊缝与母材熔合；摆动距离太大，则正面焊丝与背面焊丝距离太远，板厚中心温度不够，同样会导致未熔合缺陷。

若待焊结构面板1的板厚t为38mm～50mm，则背面焊丝10与正面焊丝11之间保持13mm-16mm，焊接时正面焊丝11不摆动，正面焊丝11的摆动停留时间为0；

若待焊结构面板1的板厚t为50mm～75mm，则背面焊丝10与正面焊丝11之间保持15mm-18mm，焊接时正面焊丝11摆动幅度为20±5mm，正面焊丝11的摆动停留时间为0.5-1.6秒；

若待焊结构面板1的板厚t为75mm～84mm，则背面焊丝10与正面焊丝11之间保持17mm-20mm，焊接时正面焊丝11摆动幅度为20±5mm，正面焊丝11的摆动停留时间为1.0-2.0秒，如下表所示：

焊接板厚t(mm)	FACE停留时间(sec)
		38-50	-
50-75	0.5-1.6
		75-84	1.0-2.0

下面通过举例具体说明本发明的具体实施方式。

假设待焊结构面板选用的是鞍钢厂家的EH40(TMCP)超大线能量焊接用钢板，该钢板可以承受线能量600KJ/cm大热输入。

焊丝选用的是经过有关船级社认可的专用药芯焊丝：ROOT焊丝和FACE焊丝，两种焊丝的直径均为1.6mm，ROOT焊丝的牌号为DW-S50GTR、FACE焊丝的牌号为DW-S50GTF，两个焊丝也可替换为其他等效焊材。

焊接衬垫选用的是陶质衬垫，型号为TC-F6。安装焊接衬垫时，应使衬垫中心的红线处于焊缝中心位置，并使用铁砧将衬垫压紧。

通过利用本发明的焊接方法分别对75mm和84mm厚的鞍钢厂家的EH40(TMCP)超大线能量焊接用钢板进行焊接时，得到以下表格的试验数据：

表3焊接参数(t＝75mm)

表4焊接参数(t＝84mm)

表5力学性能检测(t＝75mm)

表6力学性能检测(t＝84mm)

表7力学性能检测(t＝75mm)

表8力学性能检测(t＝84mm)

表9硬度检测(t＝75mm)(类型：HV10)

表10硬度检测(t＝84mm)(类型：HV10)

通过对上述表格中的试验数据进行分析发现：

1)焊接性

操作性能良好，焊缝表面成形优良。

2)拉伸强度

试验的试样，其焊接接头的抗拉强度均能满足EH40(TMCP)钢的拉伸力学性能要求。

3)弯曲试验

4组侧弯试验均合格，焊接接头各位置均没有出现任何裂纹。

4)硬度检测

热影响区硬度最高，最高硬度达到250HV。两侧热影响区基本呈现对称状态。焊缝金属的硬度分别在206～260HV(t＝75mm)和144～198HV(t＝84mm)。

5)冲击韧性

试验试样均满足BV船级社规范中的焊接接头冲击韧性要求AKJ(-20℃)≥39J，并且只允许一个冲击值小于规定平均值(最小不能低于平均值的70％)。

6)宏观检测

同时，对试验焊缝还进行了宏观项目的检测，未发现气孔、裂纹、夹渣、未熔合及未焊透等焊接缺陷。图7、图8为75mm厚待焊结构面板上成形焊缝的两个断面示意图，图9、图10为75mm厚待焊结构面板上成形焊缝的两个断面示意图。

因此，本申请的焊接方法能够对38mm-84mm厚的钢板进行单道高效焊接，焊接接头满足相关技术指标要求，能够有效缩短超大厚度高强度钢板的焊接周期，提高建造效率和质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种船体结构面板一次成型焊接方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1，焊前预处理：

安装垂直气电立焊机和焊接辅件；

S2，根据待焊结构面板的板厚调整垂直气电立焊机的正面焊丝和背面焊丝在焊缝坡口中的位置，使其背面焊丝与焊缝坡口根部保持第一距离、正面焊丝与背面焊丝之间保持第二距离；

S3，启动垂直气电立焊机，正面焊丝沿着焊缝深度方向往复摆动，背面焊丝不作运动，正面焊丝与背面焊丝同时熔化形成熔池从而使焊缝一次成型。

2.根据权利要求1所述的船体结构面板一次成型焊接方法，其特征在于，所述步骤S1中安装垂直气电立焊机和焊接辅件的具体步骤为：

首先，将两个待焊结构面板竖直相对放置，在焊缝坡口背面安装多个与待焊结构面板相垂直的马板，多个马板的底部共同构成一道卡槽；

根据两个待焊结构面板之间的焊缝坡口位置固定轨道，将垂直气电立焊机安装在轨道上，在垂直气电立焊机上安装铜滑块并使铜滑块与焊缝坡口正面贴合；

然后，将焊接衬垫塞入卡槽并与焊缝坡口背面相贴合；

然后，根据待焊结构面板的板厚设定垂直气电立焊机的焊接参数。

3.根据权利要求2所述的船体结构面板一次成型焊接方法，其特征在于，所述马板的底部开设有U形槽。

4.根据权利要求2所述的船体结构面板一次成型焊接方法，其特征在于，所述轨道与焊缝坡口之间的距离为200±10mm。

5.根据权利要求2所述的船体结构面板一次成型焊接方法，其特征在于，所述待焊结构面板的板厚为38mm-84mm。

6.根据权利要求5所述的船体结构面板一次成型焊接方法，其特征在于，根据待焊结构面板的板厚设定垂直气电立焊机的焊接参数时，

若待焊结构面板的板厚为38mm～50mm时，背面焊丝的焊接电流为320±30A，电压为35±2V,正面焊丝的焊接电流为320±30A，电压为35±2V；

若待焊结构面板的板厚为50mm～75mm时，背面焊丝的焊接电流为360±20A，电压为38±2V,正面焊丝的焊接电流为360±20A，电压为38±2V；

若待焊结构面板的板厚为75mm～84mm时，背面焊丝的焊接电流为380±20A，电压为40±2V,正面焊丝的焊接电流为380±20A，电压为38±2V。

7.根据权利要求5所述的船体结构面板一次成型焊接方法，其特征在于，步骤S2中根据待焊结构面板的板厚调整垂直气电立焊机的正面焊丝和背面焊丝在焊缝坡口中的位置时，

若待焊结构面板的板厚为38mm～50mm，则使背面焊丝与焊缝坡口底部之间保持15mm-20mm，背面焊丝与正面焊丝之间保持13mm-18mm，焊接时正面焊丝不摆动；

若待焊结构面板的板厚为50mm～75mm，则使背面焊丝与焊缝坡口底部之间保持18mm-25mm，背面焊丝与正面焊丝之间保持15mm-20mm，焊接时正面焊丝摆动幅度为20±5mm；

若待焊结构面板的板厚为75mm～84mm，则使背面焊丝与焊缝坡口底部之间保持20mm-30mm，背面焊丝与正面焊丝之间保持16mm-22mm，焊接时正面焊丝摆动幅度为20±5mm。

8.根据权利要求7所述的船体结构面板一次成型焊接方法，其特征在于，若待焊结构面板的板厚为38mm～50mm，焊接时正面焊丝的摆动停留时间为0；

若待焊结构面板的板厚为50mm～75mm，焊接时正面焊丝的摆动停留时间为0.5-1.6秒；

若待焊结构面板的板厚为75mm～84mm，焊接时正面焊丝的摆动停留时间为1.0-2.0秒。

9.根据权利要求1所述的船体结构面板一次成型焊接方法，其特征在于，焊接之前，应确认焊缝坡口间隙是否满足要求，

若焊缝坡口间隙为7mm～10mm，则可直接启动垂直气电立焊机进行焊接；

若焊缝坡口间隙为5mm～7mm，则先采用将焊缝坡口根部打磨至7mm～10mm，再启动垂直气电立焊机进行焊接；

若焊缝坡口间隙为0mm～5mm，则先将焊缝坡口根部修割至7mm～10mm，再启动垂直气电立焊机进行焊接。

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