船用鑄鋼件的焊接修補(bǔ)施工工藝探討

鄧志強(qiáng)，胡順克，曹 海

(上海華潤大東船務(wù)工程有限公司，上海 202155)

1 母材材料及焊接材料介紹

1.1 母材材料

母材為鑄鋼(ZG230-450)，此材料焊接性能較好，類似于熱軋鋼，但由于鑄鋼的固有特性：熔點較高、冷卻時收縮量大且容易出現(xiàn)雜質(zhì)，故而容易在焊接過程中或焊接之后出現(xiàn)夾渣、氣孔、焊縫硬化、裂紋等缺陷，其中最應(yīng)該注意防范和避免裂紋的產(chǎn)生。

1.2 焊接材料

1)手工焊條電弧焊使用J507焊條，直徑4 mm，焊條使用前要在350 ℃的溫度下烘干2 h，并在100～150 ℃進(jìn)行保溫，使用時焊條需放在保溫桶內(nèi)，且焊工一次領(lǐng)用的焊條不得超過4 h的使用量。

2)CO2氣體保護(hù)半自動焊使用藥芯焊絲HTW-711，直徑1.2 mm，焊絲不得有鐵銹和水汽，若當(dāng)日無法使用完畢，需使用帆布或者塑料紙等將其包裹，以防止受潮生銹。保護(hù)氣體使用CO2(純度≥99.9%)氣體。

2 焊前準(zhǔn)備工作

1)參與焊接施工的焊工必須具有船級社或其他有效機(jī)構(gòu)發(fā)放的焊工資格證書，證書等級需滿足相應(yīng)產(chǎn)品要求。

2)先用無損探傷檢測出相關(guān)裂紋的具體位置和尺寸，并在裂紋兩端打止裂孔(圓形，D≥10 mm)，以防止裂紋及焊接時裂紋再次延伸；再根據(jù)裂紋具體情況，可使用碳刨、打磨、火焰切割等方式將裂紋進(jìn)行移除，移除后再次用無損探傷確認(rèn)裂紋已移除干凈。

3)裂紋刨除后按工藝文件加工成平滑過渡的坡口，坡口內(nèi)部及兩邊20 mm范圍內(nèi)須打磨干凈，不得有水、鐵銹、氧化皮、油漆等雜質(zhì)。

4)根據(jù)裂紋及鑄鋼件大小可選擇使用火焰加熱或電陶瓷加熱等方法進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度150～200 ℃，預(yù)熱寬度為板厚的2倍且不大于100 mm。

5)CO2氣體保護(hù)半自動焊焊接時，若風(fēng)力大于四級，需做好防風(fēng)措施。

3 焊接過程應(yīng)注意的問題

具體焊接參數(shù)見表1和表2。

表1 手工焊條電弧焊焊接參數(shù)

表2 CO2氣體保護(hù)半自動焊焊接參數(shù)

1)嚴(yán)格控制層間溫度，層間溫度不得低于預(yù)熱溫度150 ℃且不高于200 ℃，其測量范圍是焊點所有方向上不小于工件的最大厚度值，或不小于75 mm，取兩者中較大值。

2)當(dāng)焊縫長度超過500 mm，可考慮采用分段退焊或?qū)ΨQ焊的方法來減小應(yīng)力和變形，每一道焊道的起弧和熄弧位置必須錯開。

3)每道焊縫焊完之后必須要使用小榔頭、鋼絲刷等工具清理干凈，之后再進(jìn)行下一道焊接。

4)規(guī)定區(qū)域溫度低于預(yù)熱溫度時，可通過適當(dāng)調(diào)整焊接速度來保持相關(guān)區(qū)域溫度，或使用其他加熱措施重新預(yù)熱保持焊接區(qū)域溫度。

4 焊后熱處理及消應(yīng)力處理

1)對于局部修補(bǔ)的小裂紋焊縫，焊后進(jìn)行保溫和緩冷處理。

2)對于尺寸較大的裂紋修補(bǔ)(深度≥1/4板厚或25 mm，取兩者中最小值)，需在焊后進(jìn)行消應(yīng)力處理，按相關(guān)船級社要求，消應(yīng)力處理應(yīng)在不低于550 ℃的溫度下進(jìn)行，且不高于其回火溫度，保溫1 h，之后緩冷；緩冷時在550～300 ℃降溫區(qū)間內(nèi)需控制降溫速度，一般為50 ℃/h，所采用熱處理方式取決于鑄鋼件的化學(xué)成分和尺寸。

5 焊后檢驗及試驗

1)焊縫完成并經(jīng)過熱處理和消應(yīng)力處理后，需將焊縫打磨光順并與母材平齊。

2)按相關(guān)船級社標(biāo)準(zhǔn)對修補(bǔ)焊縫進(jìn)行100%UT和100%MT檢測。

3)按照以上工藝流程，分別進(jìn)行焊接工藝評定試驗，且試驗過程及結(jié)果已取得日本船級社(NK)簽字認(rèn)可，試驗結(jié)果如表3。

表3 ZG230-350焊接工藝評定試驗參數(shù)

6 技術(shù)要點

1)通過以上鑄鋼ZG230-450的焊接試驗表明：手工焊條電弧焊及CO2氣體保護(hù)半自動焊2種焊接方法均可應(yīng)用于鑄鋼的焊接，且能滿足其使用性能和使用壽命的要求。

2)由于CO2氣體保護(hù)半自動焊電流密度大、焊接速度快且熱量集中，故而熱影響區(qū)小于手工焊條電弧焊焊接，試驗結(jié)果表明，CO2氣體保護(hù)半自動焊焊接的焊縫整體力學(xué)性能及焊接效率優(yōu)于手工焊條電弧焊；且手工焊條電弧焊在焊接過程中換焊條熄弧引弧時易出現(xiàn)缺陷，脫渣難度高于CO2氣體保護(hù)半自動焊，故而在條件允許的情況下，鑄鋼的修補(bǔ)焊接可優(yōu)先選用CO2氣體保護(hù)半自動焊。

3)手工焊條電弧焊具有設(shè)備簡單、操作方便靈活且能適應(yīng)各種焊接位置，故而在條件比較簡陋的情況下(如航修等)，可選擇此焊接方法。

4)大型鑄件的焊接，需安排合理的焊接順序，且焊完后須立即進(jìn)行消應(yīng)力處理，我們生產(chǎn)中曾出現(xiàn)過大型鑄件焊接完未及時進(jìn)行消應(yīng)力處理而出現(xiàn)大量裂紋的嚴(yán)重焊接事故。