艉軸腐蝕焊補(bǔ)修復(fù)工藝介紹

王繼平，鄭振寧

(湛江海濱船廠，廣東 湛江 524000)

艉軸腐蝕焊補(bǔ)修復(fù)工藝介紹

王繼平，鄭振寧

(湛江海濱船廠，廣東 湛江 524000)

文章以某艦為例介紹了對艉軸腐蝕進(jìn)行焊補(bǔ)修復(fù)的工藝，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是修補(bǔ)層能與母材完全熔合，能恢復(fù)艉軸由于腐蝕而損失的承載強(qiáng)度等，難點(diǎn)在于如何控制焊接變形和確保焊接強(qiáng)度。

艉軸腐蝕修復(fù)；焊接；變形；工藝措施

某型艦的艉軸由海水潤滑和冷卻，密封裝置處的艉軸表面金屬直接與海水接觸，極易腐蝕，我廠曾用金屬噴涂法修復(fù)過此類腐蝕，即將腐蝕光車去掉，然后噴涂金屬層。金屬噴涂的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，不會造成艉軸變形等，但缺點(diǎn)是金屬噴涂層不能與艉軸熔合、易剝落、不能修復(fù)較深的腐蝕、不能恢復(fù)艉軸由于腐蝕而損失的承載強(qiáng)度等。

2010年，為了解決某艦艉軸的腐蝕修復(fù)問題，我廠與某焊接研究所合作，提出了焊補(bǔ)修復(fù)法，即用焊材將腐蝕部位焊補(bǔ)回來。焊補(bǔ)修復(fù)法的工藝較復(fù)雜，難度在于如何控制焊接變形和確保焊接強(qiáng)度，如果工藝措施得當(dāng)，可以克服金屬噴涂法的所有缺點(diǎn)。我廠實(shí)踐證明這種方法是可行的，值得推廣，以下是該方法的基本思路(以某艦為例)。

1 艉軸腐蝕情況勘察

將艉軸腐蝕部位的鐵銹清除干凈，測量腐蝕部位的深度和寬度等，為后續(xù)工作提供決策依據(jù)。

某艦艉軸腐蝕情況：位于密封裝置處，離聯(lián)軸節(jié)(艉軸前端)約1.5 m，普遍腐蝕深約8 mm、寬約110～130 mm，屬環(huán)狀大面積腐蝕，部分腐蝕點(diǎn)深約10 mm。

該艦艉軸基本參數(shù)：長約23 m、密封裝置處直徑400 mm、空心壁厚55 mm、材料牌號為34CrMo1A鍛鋼、質(zhì)量約為7.5 t。

2 艉軸材料性能分析

該艦艉軸材料的成分和力學(xué)性能分別見表1、表2。艉軸材料(34CrMo1A鍛鋼)的碳當(dāng)量Ceq=0.796，調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼，碳當(dāng)量較高，焊接性能極差，近縫區(qū)極易出現(xiàn)淬火裂紋，局部不均勻加熱極易導(dǎo)致艉軸產(chǎn)生難于矯正的扭曲變形。焊接時(shí)應(yīng)采取預(yù)熱緩冷措施來防止近縫區(qū)淬火裂紋的出現(xiàn)和馬氏體的形成，并采取嚴(yán)格的對稱焊來防止扭曲變形，否則可能造成艉軸報(bào)廢，焊接工藝必須滿足以下基本原則要求。

1) 焊前應(yīng)預(yù)熱，確保焊縫區(qū)域的冷卻速度曲線避開馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。

2) 焊接過程中始終用恒溫控制設(shè)備保證合理的層溫。

3) 采用氬弧焊(MAG)，有利于減小焊接變形和保證焊接質(zhì)量。

4) 采取多層多道、分段、2人對稱焊接，單層焊縫厚3～5 mm。

5) 焊后采取回火處理，提高焊接區(qū)域的塑性，消除內(nèi)應(yīng)力。

6) 加熱時(shí)，溫升速度要慢、溫控精度要高、熱量分布應(yīng)均勻。

表1 34CrMo1A鍛鋼的化學(xué)成分 %

表2 34CrMo1A鍛鋼的力學(xué)性能

3 焊接材料選擇

所選用的焊材應(yīng)盡可能與母材強(qiáng)度相近、成分相近、有較高的抗裂能力。根據(jù)以上對艉軸材料性能的分析，可選用國產(chǎn)焊絲GB/T 8110-2008 ER69-G[1]，其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表3、表4。

表3 ER69-G焊絲的化學(xué)成分[1] %

表4 ER69-G焊絲的力學(xué)性能[1]

4 施工工藝設(shè)計(jì)

為了滿足以上所述的基本原則要求和保證施工質(zhì)量，我廠采購了專用的加熱設(shè)備，制作了專用工具，以及編制了嚴(yán)格的施工作業(yè)指導(dǎo)書，主要的工藝措施如下。

1)將艉軸放置在26 m車床工作臺上，尾端用車床盤夾夾緊，首端用頂針頂緊，中間用滾動支撐托?。弘x焊接區(qū)域約1 m范圍內(nèi)必須有支撐，每個軸承位必須有支撐，最大支撐間距不超過6 m，應(yīng)保證每個支撐與艉軸緊密接觸。

2)艉軸定位好后，檢測并記錄下艉軸重要部位的焊前徑向跳動量。

3)采用車床切削和手工打磨相結(jié)合的方法去除腐蝕部位的鐵銹，光車深度8 mm、寬度135 mm，未光車掉的深腐蝕點(diǎn)用手工打磨清除干凈，露出金屬光澤。加工好后，用磁粉探傷法檢測表面是否有裂紋，有則清除。

4)焊前應(yīng)清除焊接區(qū)域及兩側(cè)20 mm范圍內(nèi)的油、銹、水等有害物，將不規(guī)則溝槽加工成符合焊接要求的規(guī)則U形坡口。

5)焊前用履帶式紅外輻射加熱器對焊接區(qū)域的艉軸內(nèi)外壁及兩端300 mm范圍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為(300±10)℃，從室溫升到預(yù)熱溫度的時(shí)間不少于3 h。預(yù)熱過程中除加熱器自身的自動溫度控制外，還必須用人工測量方法對預(yù)熱溫度進(jìn)行監(jiān)測。

6)預(yù)熱溫度達(dá)到要求后，將外壁加熱設(shè)備往兩端移動，空出焊接位置，加熱設(shè)備繼續(xù)工作。焊縫的層間或道間溫度不小于260 ℃。如遇特殊原因需中斷焊接時(shí)，必須對焊接區(qū)域進(jìn)行保溫。焊接期間應(yīng)做好備用供電準(zhǔn)備，一旦停電，應(yīng)在20 min內(nèi)自備供電。

7)在焊接區(qū)的前后端，即聯(lián)軸節(jié)后端和鄰近銅套處安裝艉軸變形監(jiān)測儀表。艉軸基本處于直線狀態(tài)(小于0.02 mm)時(shí)，2人對稱同時(shí)施焊；有明顯彎曲變形(大于0.1 mm)時(shí)，1人在凸點(diǎn)最大區(qū)域施焊；有極小彎曲變形(小于0.04 mm)時(shí)，1人先在凸側(cè)施焊，焊接等分長度的一半時(shí)，另1人開始施焊；禁止任何情況下1人在變形大于0.1 mm的凹側(cè)施焊。

8)焊接過程中應(yīng)隨時(shí)對焊接工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，防止焊接工藝參數(shù)因外界干擾而發(fā)生變化，2人對稱焊接時(shí)所使用的工藝參數(shù)要基本一致，避免因?yàn)闊彷斎氩灰恢露痿狠S變形。焊接工藝參數(shù)見表5。

表5 焊接工藝參數(shù)

9)焊接施工人員必須有氬弧焊(MAG)資質(zhì)，具有豐富的焊接經(jīng)驗(yàn)，能夠嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝紀(jì)律。

10)采取多層多道、分段2人對稱焊接，焊縫采取橫向多道排列的方式，每道均需做適當(dāng)?shù)臋M向擺動，且在擺幅的兩側(cè)作適當(dāng)停留。根部焊道用單層單道方式焊接，焊道之間應(yīng)圓滑過渡避免形成狹窄的尖角溝槽，單層焊縫的厚度應(yīng)控制在3～5 mm內(nèi)。

11)焊接下一道焊縫前，應(yīng)對前道焊縫的頭尾處、凹凸不平處、溝槽部位、飛濺物進(jìn)行打磨清理。

12)焊接過程中應(yīng)控制焊縫的外觀形狀，確保焊縫金屬與母材結(jié)合部位的圓滑過渡，禁止形成中間凸起、邊緣熔合不良的焊縫。

13)應(yīng)將每段焊縫的起熄弧部位打磨成圓滑過渡的斜坡狀，并用5倍放大鏡對打磨部位進(jìn)行宏觀檢查，確認(rèn)無缺陷后再進(jìn)行下道焊接。焊接過程中還應(yīng)注意道之間、層之間的焊縫接頭相互錯開20 mm以上距離，以避免焊縫接頭重疊。

14)為防止艉軸焊接部位因受熱不均而產(chǎn)生變形，將焊接區(qū)域沿圓周分成8等分，由2人在艉軸左右兩側(cè)對稱施焊，并根據(jù)艉軸的實(shí)際變形情況隨時(shí)調(diào)整為第7)條的焊接順序。

15)焊前應(yīng)檢查和調(diào)整保護(hù)氣體的壓力，氣體流量應(yīng)滿足焊接工作的要求，瓶內(nèi)的氣體壓力低于1 MPa時(shí)應(yīng)及時(shí)更換氣瓶。

16)焊接過程中應(yīng)注意對焊接區(qū)域的保護(hù)，避免穿堂風(fēng)破壞氣體保護(hù)效果，避免產(chǎn)生氣孔等焊接缺陷。

17)焊接過程中應(yīng)隨時(shí)檢查設(shè)備的狀況，并及時(shí)清理焊槍噴嘴內(nèi)的飛濺物，確保焊接過程中各系統(tǒng)均處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

18)焊后立即對焊接區(qū)域進(jìn)行(600±10) ℃/3 h的回火處理。回火過程中應(yīng)檢查加熱器、溫控裝置的工作狀況是否正常，以及保溫效果是否良好，同時(shí)加強(qiáng)人工監(jiān)測工作?；鼗鸸ぷ鹘Y(jié)束后，應(yīng)確保加熱區(qū)域在保溫狀態(tài)下緩慢冷卻至60 ℃以下才能拆除保溫材料進(jìn)行空冷。

19)加熱和保溫期間，艉軸變形監(jiān)測不能停止，并總是將凸點(diǎn)最大處盤車至最上方。

20)回火處理工作完成后，將焊縫表面光車平整，用磁粉探傷法檢查焊縫表面質(zhì)量，用超聲波探傷法檢查焊縫內(nèi)部質(zhì)量。

21)若需局部返修和補(bǔ)焊時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循上述焊接工藝要求，對焊接區(qū)域重新進(jìn)行預(yù)熱和回火處理，同一位置返修次數(shù)不能超過3次。

22)腐蝕部位的修復(fù)全部完成且檢驗(yàn)合格后，檢測艉軸的焊后徑向跳動量，若跳動量比焊前大，則需用火焰法進(jìn)行矯正。矯后跳動量測量應(yīng)在艉軸溫度降至室溫后進(jìn)行。

23)火焰矯正時(shí)，在最凸點(diǎn)的母線上加熱，選用中性火焰，禁止用氧化焰和碳化焰；采用圓形點(diǎn)狀加熱，直徑約12 mm；加熱點(diǎn)數(shù)依據(jù)超標(biāo)跳動量確定，可按跳動量每0.06 mm 1個點(diǎn)；多點(diǎn)加熱時(shí)，應(yīng)在各點(diǎn)輪流進(jìn)行，不允許在1個點(diǎn)900 ℃以上溫度區(qū)間停留較長時(shí)間；總加熱時(shí)間根據(jù)加熱膨脹量來確定，膨脹量約為超標(biāo)跳動量的16倍。膨脹量測量表應(yīng)在矯正前室溫狀態(tài)下安裝在距加熱中心約950 mm處，與加熱母線重合的母線上?；鹧娉C正前將艉軸全截面加熱至250 ℃。矯正量達(dá)到預(yù)定值后應(yīng)立即進(jìn)行回火處理并保溫15 min。

5 焊接工藝評定

焊接工藝評定的目的是驗(yàn)證所選焊材和焊接工藝參數(shù)等的可行性。用34CrMo1A鍛鋼代替艉軸材料(母材)，按上述工藝要求進(jìn)行焊接。分別檢測母材和焊接接頭的拉伸強(qiáng)度、焊縫中心和焊縫熔合線的室溫沖擊功(AKV)。某艦的試樣檢測結(jié)果見表6、表7。根據(jù)檢測結(jié)果可知，所選擇的焊材、焊接工藝參數(shù)等是合適的。

表6 拉伸強(qiáng)度檢測結(jié)果

表7 (室溫)沖擊功檢測結(jié)果

6 結(jié)束語

按照上述的工藝要求，我廠對某艦艉軸進(jìn)行了修理，修理質(zhì)量完全合格，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。艉軸腐蝕焊補(bǔ)修復(fù)法的成功實(shí)施使我廠艦船艉軸修理水平上了一個新臺階，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]GB/T 8110-2008，氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲[S].

In this paper,the technique on weld-mending for corrupted stern shaft is introduced,the virtue of which is the complete fusion of mending layer and the master material with the restore of the lost carrying strength of the shaft.The difficult point lies on how to control welding deformation and how to ensure welding strength.

repair of stern shaft corrosion;weld;deformation;technical measure

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.02.007

王繼平(1974-)，男，廣東湛江人，工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶建造和修理工作。

2013-12-17