EH36船用高強(qiáng)度鋼焊接工藝研究

王博

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 興城 125105）

EH36船用高強(qiáng)度鋼焊接工藝研究

王博

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 興城 125105）

EH36船用高強(qiáng)度鋼具有厚度大、強(qiáng)度高和低溫沖擊韌性好的特點(diǎn)，但同時(shí)存在焊接性較差的問題。通過采用CO2氣體保護(hù)焊工藝，選擇GFL-71Ni藥芯焊絲，對(duì)厚度為32 mm的EH36船用高強(qiáng)度鋼進(jìn)行焊接試驗(yàn)，并對(duì)焊接接頭進(jìn)行外觀檢驗(yàn)、無損檢測(cè)和力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明：焊接接頭能夠滿足相應(yīng)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，將該焊接工藝推廣并應(yīng)用于海洋工程船舶制造生產(chǎn)中將取得較大經(jīng)濟(jì)效益。

EH36船用高強(qiáng)鋼；焊接工藝；力學(xué)性能

某海洋工程船舶工作在寒冷的海洋環(huán)境中，為預(yù)防由于冷脆性而產(chǎn)生的裂紋，廣泛應(yīng)用了具有良好低溫沖擊韌性的大厚度船體高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。船體結(jié)構(gòu)鋼由于厚度大、強(qiáng)度高，因此在焊接時(shí)容易產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，導(dǎo)致焊縫中易產(chǎn)生缺陷，造成使用性能下降，甚至導(dǎo)致惡性事故發(fā)生。通過對(duì)船用高強(qiáng)度鋼焊接工藝的研究可以解決上述問題，本文將對(duì)EH36船用高強(qiáng)度鋼CO2氣體保護(hù)焊的焊接工藝進(jìn)行研究。

1 母材金屬的化學(xué)成分及力學(xué)性能

EH36船用高強(qiáng)度鋼屬于400 MPa級(jí)的低合金結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的強(qiáng)度、低溫沖擊韌性和厚度方向性能。EH36船用高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1和表2所示。

表1 EH36船用高強(qiáng)度鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％）

表2 EH36船用高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能

2 母材金屬的焊接性分析

根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（IIW）推薦的碳當(dāng)量估算公式：

EH36船用高強(qiáng)度鋼的碳當(dāng)量為0.42％。由碳當(dāng)量與冷裂紋敏感性的關(guān)系可知，當(dāng)CE= 0.40～0.60％時(shí)，鋼的淬硬傾向逐漸增加，此外EH36船用高強(qiáng)度鋼對(duì)低溫沖擊性能要求較高。由此分析得出：EH36船用高強(qiáng)度鋼淬硬傾向較大、焊接性較差，焊接時(shí)易產(chǎn)生冷裂紋。

3 焊接工藝

3.1 焊接方法選擇

CO2氣體保護(hù)焊具有熔敷效率高，焊縫抗裂性好，抗銹能力強(qiáng)，焊接應(yīng)力和變形小等特點(diǎn)。針對(duì)EH36船用高強(qiáng)度鋼淬硬傾向較大、焊接性較差的焊接特點(diǎn)，對(duì)板厚為32 mm的EH36船用高強(qiáng)度鋼進(jìn)行焊接時(shí)，選用CO2氣體保護(hù)焊。

3.2 焊接材料選擇

為滿足高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)的“等強(qiáng)度”原則，選用熔敷金屬?gòu)?qiáng)度高、低溫沖擊韌性好的藥芯焊絲，焊絲牌號(hào)為GLF-71Ni，焊絲直徑為1.2 mm，CO2氣體的純度不低于99.5％。藥芯焊絲GLF-71Ni的熔敷金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能如表3和表4所示。

表3 藥芯焊絲GLF-71Ni的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％）

表4 藥芯焊絲GLF-71Ni的力學(xué)性能

3.3 焊前準(zhǔn)備

3.3.1 試板制備

試板尺寸為800 mm×200 mm×32 mm，2塊，試板的長(zhǎng)度方向與鋼板的軋制方向相同。采用氧乙炔焰氣割開坡口，坡口角度為45°，不留鈍邊，裝配間隙為6 mm，反面加襯墊，如圖1所示。

圖1 試板的坡口形式

3.3.2 焊件清理

采用角向磨光機(jī)對(duì)坡口及坡口兩側(cè)20～30 mm的區(qū)域進(jìn)行清理，清除鐵銹、油污和其他氧化物，直至露出金屬光澤。

3.3.3 裝配

裝配間隙為6 mm，在試板兩端加裝100 mm×100 mm×32 mm的引弧板和引出板，材質(zhì)為EH36船用高強(qiáng)度鋼。必須在坡口內(nèi)或引弧板上引弧，防止劃傷工件表面。為了預(yù)防定位焊縫開裂，定位焊縫長(zhǎng)度不小于30 mm。

3.3.4 粘貼陶質(zhì)襯墊

將陶質(zhì)襯墊緊貼在鋼板背面，使襯墊中心對(duì)準(zhǔn)接縫坡口中心線。

3.4 焊接工藝參數(shù)

采用CO2氣體保護(hù)焊方法，具體的焊接工藝參數(shù)如表5所示。對(duì)試板進(jìn)行多層多道焊接時(shí)，焊接順序如圖2所示。施焊過程中，應(yīng)采用小電流施焊，焊接速度也不能過慢，嚴(yán)格控制焊接線能量在5 KJ/mm以下，防止合金元素?zé)龘p及焊縫、熱影響區(qū)晶粒粗大，要求層間的焊渣及飛濺物要徹底清除。

表5 CO2氣體保護(hù)焊工藝參數(shù)

圖2 焊接順序示意圖

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 外觀質(zhì)量檢查

試件焊接好后進(jìn)行目視檢查，未發(fā)現(xiàn)焊縫表面裂紋、氣孔、未熔合、咬邊和弧坑等表面缺陷。

4.2 無損檢測(cè)

焊接結(jié)束24小時(shí)后，使用250EG-S3型X射線探傷機(jī)，進(jìn)行拍片探傷；使用CDX-IV型磁粉探傷儀，進(jìn)行磁粉探傷。

按照《ABS船體焊接無損檢測(cè)指導(dǎo)（2012）》的檢測(cè)程序進(jìn)行無損檢測(cè)。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行ABS-NDT-2012A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)結(jié)果顯示，焊接接頭合格。

4.3 力學(xué)性能試驗(yàn)

焊接試板按常規(guī)取樣后，試樣經(jīng)機(jī)械加工，按GB/T2651-2008、GB/T2653-2008、GB/T2650-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行橫向拉伸、側(cè)向彎曲和沖擊試驗(yàn)，橫向拉伸試驗(yàn)結(jié)果、側(cè)向彎曲試驗(yàn)結(jié)果和沖擊試驗(yàn)結(jié)果分別如表6、表7和表8所示。

表6 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

表7 彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表8 沖擊試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

對(duì)厚度為32 mm的EH36船用高強(qiáng)度鋼進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：使用藥芯焊絲GFL-71Ni進(jìn)行多層多道焊接，并控制層間溫度，能夠獲得綜合力學(xué)性能良好的焊接接頭。將該工藝應(yīng)用于某船廠建造的30 000噸多用途重吊船，未發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量問題，后期的跟蹤檢查也未發(fā)現(xiàn)問題，說明該方案是切實(shí)可行的。

[1]方克.EH36船用高強(qiáng)度鋼的焊接工藝[J].機(jī)電技術(shù),2003 (2):44-46.

[2]路寶學(xué).船用高強(qiáng)鋼FCAW焊接工藝研究[J].熱加工工藝,2014(23):199-200.

[3]潘新民.EH36高強(qiáng)鋼的焊接[J].焊接,2005(4):41-43.

[4]黃增忠.船體EH36高強(qiáng)度鋼焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)[J].機(jī)電技術(shù),2007(2):77-78.

［責(zé)任編輯：劉月］

Study on Welding Process of EH36 Marine High Strength Steel

WANG Bo
(Bohai Shipbuilding Vocational College,Xingcheng 125105,China)

EH36 marine high strength steel has the characteristics of large thickness,high strength and low temperature impact toughness,but also has the problem of poor weld ability.Through using CO2gas arc shielded welding,selecting GFL-71Ni flux cored wire,the writer carries out the welding test with EH36 ship high strength steel with thickness of 32 mm,conducts welding joints by visual inspection,nondestructive detection and mechanical properties test.The results show that the welding joint can meet the corresponding evaluation criterion,the promotion and application of welding technology in the ocean engineering shipbuilding production will achieve great economic benefits.

EH36 marine high strength steel;welding technology;mechanical properties

TG457.11

A

2095-5928（2017）01-59-03

10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2017.01.015

2016-12-11

王博（1981-），男，黑龍江海林人，講師，碩士，研究方向：焊接工藝及焊接模擬仿真。