焊接工艺认可及其应用

焊接工艺认可及其应用郝鑫西北造船厂甘肃省731600【摘要】近几年,随着航运业和造船业的迅猛发展,世界造船业向中国的产业转移,在我国沿海沿江地区引发了较大规模的造船热。各类规模不等的民营造船企业遍布在经济较为发达的沿海沿江地区。船舶开工建造前,造船厂应根据自身的技术条件和生产设备等因素,同时结合批准图纸中的钢材使用型号制定详细的工艺规程。工艺规程因钢材等级或焊接方式而不同。按钢材等级可分为一般强度钢和高强度钢的焊接工艺规程,一般强度钢按韧性分为A、B、D、E4个等级,高强度钢按其最小屈服强度划分强度等级,其中每一个强度等级又按其冲击韧性的不同分为A、D、E、F4级【关键词】焊接、发展、认可、工艺中图分类号:P755.1文献标识码:A文章编号The welding procedure qualification and its application( Abstract I In recent years, with the rapid development of the shipping industry and shipbuilding, the worldshipbuilding industry to China's industrial transfer, led to large-scale shipbuilding heat in coastal areas along theYangtze River in China. Of all sizes, ranging from private shipbuilding enterprises throughout the moreeconomically developed coastal areas along the Y angtze River. Emerging private shipbuilding enterprises to applyfor the construction of CCs-class ship, the welding process is one of the necessary conditions for recognition as hebegan to build the shipyard and surveyor attaches great importance to the reasonable development of the weldingprocess and the implementation of the construction process welding process directly affects thethe quality of theconstruction of the ship(Key words] Welding, development, approval, proces近几年,随着航运业和造船业的迅猛发展,世界造船业向中国的产业转移,在我国沿海沿江地区引发了较大规模的造船热。各类规模不等的民营造船企业遍布在经济较为发达的沿海沿江地区。新兴的民营造船企业申请建造CCS级船舶时,焊接工艺认可作为开工建造的必要条件之一受到船厂和验船师的高度重视,焊接工艺的合理制定和建造过程中焊接工艺的执行程度直接影响着船舶的建造质量。焊接工艺规程的制定船舶开工建造前,造船厂应根据自身的技术条件和生产设备等因素,同时结合批准图纸中的钢材使用型号制定详细的工艺规程。中国煤化工CNMHG工艺规程因钢材等级或焊接方式而不同。按钢材等级可分为一般强度钢和高强度钢的焊接工艺规程,一般强度钢按韧性分为A、B、D、E4个等级,高强度钢按其最小屈服强度划分强度等级,其中每一个强度等级又按其冲击韧性的不同分为A、D、E、F4级。通常情况韧性级别高的材料焊接工艺试验通过后,可将此工艺用于韧性级别较低的材料中。按焊接方式可分为:对接焊工芑、角接焊工艺、T型全焊透工艺等,对接焊又可细分为埋弧自动焊、手工对接焊(平、立、横、仰)、C02气体保护对接焊(平、立、横、仰)等;角接焊可细分为手工角接焊(平、立、横、仰)、CO2气体保护角接焊(平、立、横、仰)等;T型全焊透工艺在船舶建造中一般使用在高应力区,如主甲板和舷顶列板、主甲板和舱口围板、双层底旁桁材和内底板斜坡板的折角处的角焊缝。焊接工艺因钢材等级和焊接方式的不同而名目繁多,因此船厂要结合自身的生产设备、生产经验和技术条件制定一套适合自身发展的工艺规程尤为重要。通常中小型船厂最常用的板材焊接工艺规程包括以下几种(钢材等级按船厂需要)a、埋弧自动平板对接焊(焊接位置为平焊;焊接材料有一般强度钢焊丝如HOδMnA,髙强度焊丝如H0Mn2A等)b、手工对接焊(焊接位置分平、立、横、仰;焊接材料有钛钙型焊条如J422,低氢型碱性焊条如J507。)c、CO2气体保护对接焊(焊接位置分平、立、横、仰;焊丝有一般强度钢焊丝如HO8MnA高强度钢焊丝如H08Mn2A。)d、手工角接焊(焊接位置分平、立、横、仰;焊接材料有钛钙型焊条如J422,低氢型碱性焊条如J507。)e、CO2气体保护角接焊(焊接位置分平、立、横、仰;焊丝有一般强度钢焊丝如H8MnA高强度钢焊丝如H08Mn2A。)f、CO2气体保护单面焊双面成形对接焊(焊接位置多为平焊、立焊。)g、T型全焊透角接焊(因分段可翻身,焊接位置以平焊居多;焊接区域多为高应力区,以手工507和C02气体保护焊为主。)h、铸钢件对接焊(通常适用于尾柱焊接,尾柱多为铸钢件,一般釆用电渣焊,但中小型船厂通常无电渣焊设备,可采用手工507焊接。)编制整套焊接工艺规程时,每一种焊接工艺均应按αCS《材料与焊接规范》要求包括以下所适用的内容:1)钢材的牌号、级别和厚度2)焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体)的型号、等级和规格,尤其应该注意是否与焊接母材的等级相匹配:3)焊接设备的型号4)钢材焊接时的坡口型式;中国煤化工CNMHG5)焊接位置(如平、立、横、仰等)6)焊道布置和多道焊接顺序;7)焊接规范参数(焊接电流-交流或直流、电源极性-正极性或反极性、电压、焊接速率、保护气体流量等)8)焊前预热和道间温度、焊后热处理及焊后消除应力的措施9)焊接环境。、焊接参数的正确选择焊接参数是指焊接过程中的一些基本参数,因不同的焊接方式而不同,现分别以手工电弧焊、埋弧自动焊和CO2气体保护焊进行分析。Ⅰ、手工电弧焊焊接参数主要包括焊条直径、焊接电源极性、焊接电流强度、电弧电压焊接速度和焊接层数等。焊条直径的选择取决于钢材厚度、接头型式、焊接位置和焊接层数。厚度较大的焊件应选用较大直径的焊条,搭接、T型接头和平焊缝用焊条直径应大些、立焊次之、仰焊和横焊应最小,这主要是为了溶池的大小,仰焊和横焊时用较小的焊条可形成较小的溶池,减少熔化金属的下滴并便于操作。在多道焊时,为防止产生未焊透缺陷,第一道焊应采用直径较小的焊条(通常≤4m),以后各层可根据焊件厚度选用较大直径的焊条。焊接电源的极性是对直流焊杋而言,分直流正接和直流反接两种,规定用焊接重要构件的J507碱性低氢焊条时须直流反接;使用直流电焊接厚钢板时,一般采用正接,焊接薄板时一般采用直流反接。对于交流焊机而言,由于极性的交替变化,无需选择极性接法。焊接电流是影响焊接质量的重要因数之一。电流过小,电弧会不稳定,容易造成未焊透或夹渣等缺陷;电流过大,容易产生咬边或焊穿缺陷,同时増加飞溅,因此焊接电流需适当通常的电流选择原则:焊条越粗电流越大:酸性焊条所需电流比碱性焊条略大;焊件越厚所需电流越大,厚度相同时,不开坡口比开坡口所需电流大;平焊时大、横焊次之、仰焊和立焊较小。电弧电压即工作电压,由弧长而定。电弧长电压高,电弧短电压低。焊接时电弧不宜过长,否则会出现电弧不稳、减小溶深等缺陷,还会使空气成份侵入而使焊缝产生气孔。因此因尽量保持短弧焊接,尤其使用低氡碱性焊接吋更要采用短弧焊接焊接速度应根据实际情况而定,焊接电流大的焊接速度比电流小的快些,焊接薄板时比焊接厚板时快。焊接速度过慢容易造成溶深太深。电流、电压和焊接速度三者是密切联系,有合理的选择,才能使焊缝成形完美、质量良好。焊接层数应根据焊件厚度、焊条直径、焊接电流和焊接位置而定。若焊件厚度尺寸相同,在平焊时,采用较大直径焊条和较大电流,即可少焊层数;若立焊或仰焊时,用小焊条和小电流,则必须加多层数。通常每层焊缝厚度不超过4-5m。中国煤化工CNMHG2、埋弧自动焊应其生产效率高,焊缝成形美观、机械性能良好而被广泛应用于现代造船业,尤其是船底板、内底板、主甲板和舷侧外板等平直部位。其主要焊接参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度等焊接电流増加,电弧给母材的热量増多,同时对母材的吹力增大,焊缝溶深会相应增加但当电流过大时,会限制电弧的摇摆作用,溶深虽深,但溶宽减小,此时的焊缝中往往留有未能充分逸出的气体和夹杂物,容易使焊缝产生气孔、夹渣和裂缝等缺陷。增大电弧电压也即拉长电弧弧长,电弧的摇摆宽度増加,溶宽随之加宽,而溶深相应减小。单纯地提高电压,会使溶深变小,造成焊件未焊透。因此适当增大电压的同时,焊接电流也应相应加大,以获得良好的焊缝形状和尺寸焊接速度的变化将影响线能量的大小。随着焊接速度的増加,焊缝线能量减小,溶宽变窄。当焊接速度正常增加时,反而会使电弧对溶池金属的排岀力加强,溶深会有所增加。但过分加大焊接速度,会使线能量显著减小,造成未焊透缺陷,因此必须有效地控制焊接速度。3、CO2气体保护焊采用CO2气体作为保护介质,焊接时用CO2把电弧和溶池与外界空气有效地隔离,从而避免有害气体成分地侵入,获得良好的焊缝质量。同时因其抗裂性能好并适用于全位置焊接,被广泛应用于现代的造船业。其主要的焊接参数包括焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、CO2气体流量等焊丝直径应以焊件厚度、焊接位置为依据。对于4m以下的薄板进行全位置焊接时应采用直径0.5-1.2mm的细丝,当钢板厚度大于4mm时,应采用直径为1.5mm以上的焊丝焊接电流是αO2气体保护焊的重要参数,应根据母材厚度、坡口形状、焊丝直径来定通常直径为0.5-1.6mm的焊丝进行全位置焊接时,电流控制在250A以下。电弧电压影响到焊接过程的稳定性,对焊缝的成形、飞溅的多少有直接影响。要获得稳定的焊接过程和良好的焊缝成形,必须使电弧电压和焊接电流达到良好的匹配,并在焊接时加以准确和仔细地调整。焊接速度对焊缝形状尺寸有一定影响,随着焊接速度的増大,溶宽减小,溶深也有一定减小。当焊接速度过快时,气体保护作用受到破坏,焊接的冷却速度加快,降低了焊缝的塑性,并使成形不好。当焊接速度过慢时,溶宽加大,溶池变大,热能量集中,容易产生焊穿等缺陷。CO2气体半自动保护焊速度一般不超过0.5米/分钟C02气体的流量主要影响其保护性能。对焊接电流大、焊接速度快时应相应加大气流量但流量过大时,气体冲击溶池,容易使焊缝产生气孔:流量过小时,会降低对溶池的保护作用,使外界空气侵入,也容易产生气孔等缺陷、焊接工艺认可证明焊接试件焊接结束后,首先应对焊缝进行全面外观检査,再严格按照CCS《材料与焊接规范》中规定要求进行各项性能试验。中国煤化工CNMHG该项工艺应船厂实际需要焊接材料采用低氢药性焊丝、焊条,焊接方式为CO2手工平板对接双面焊及手工电弧焊。因母材较厚,必须开坡口,坡口型式为60wV型,留根2m,对接装配间隙2m,焊前将坡口清理干净,焊条烘焙保温,然后进行封底盖面,反面碳弧气刨清根、再封底盖面,焊缝焊接按Ⅰ类焊缝标准焊接,焊接结朿后按规范要求对焊缝进行外观检査,Ⅹ光拍片,超声波探伤检测等各项试验进行检测。四、常见的焊缝缺陷分析造船过程中,船舶结构焊接后须对焊缝进行外观检査和射线透视、超声波探伤,总会发现不同程度焊接缺陷的存在,其型式是多样性的。焊缝缺陷按存在位置可分为两类,即位于焊缝表面的外部缺陷和位于焊缝内部的内部缺陷。外部缺陷主要有:焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、焊穿、弧坑、表面气孔、表面裂缝等;内部缺陷主要有:未焊透、内部气孔、内部裂缝、夹渣等。就其原因,分析如下:缺陷产生原因1、板材坡口不当焊缝尺寸不符合要求2、装配间隙不均匀;1、焊缝成形粗劣;3、焊接电流过大或过小;2、焊缝过宽、过窄或不均匀;焊接速度不当3、焊缝过高或过低5、焊条(手工焊或半自动焊)角度不当4、角焊缝单边,焊脚尺寸不符要求6、埋弧自动焊主要是焊接参数选择不当1、焊接电流太大咬边角焊时焊条角度不当;3、埋弧焊时焊接速度过快。1、焊接电流过大,使焊条溶化太快焊瘤2、电弧过长或运条不当;3、焊接速度太慢。1、焊接电流过大焊穿焊接速度太慢。1、焊条收尾时得不到足够的焊接金属;弧坑2、焊接电流过大时更容易产生。1、焊件边缘和坡口不清洁夹渣2、焊条角度不当,使溶渣入溶油中国煤化工3、焊条性能不CNMHG4、多层多道焊层间清理不干净。1、焊件边缘和坡口不清洁未焊透2、电流过小或焊接速度太快1、根部未焊透3、坡口太小或间隙太小2、层间未焊透;4、焊条直径过大未能伸进根部;3、角焊缝边缘未焊透5、双面焊时反面清根不彻底。1、焊条受潮变质气孔2、焊丝生锈或焊剂受潮;部位:表面气孔和内部气孔;3、焊件坡口表面未清理干净分布:单个气孔和密集气孔;4、电弧电压过高或电压不稳5、电弧吹偏等裂缝产生常与焊后产生的应力和变形有关:、结构设计不合理,使焊缝过于集中裂缝:焊缝中最危险的缺陷2、焊件结构刚性过强,焊接收缩应力太大;3、焊接顺序不当产生焊接应力等。五、严格执行业经认可的焊接工艺综合上述各类不同的焊接缺陷,大多与焊接参数的选择不当有关。因此焊接工艺经CCS认可后,船厂在整个船舶建造过程中应当严格遵守,严格控制不同焊接方式中的焊接参数,从而有效避免和减少各类焊接缺陷的产生。对于具有一定范围区间的焊接参数(如:焊接电流、电弧电压、焊接速度、保护气体流量等)应当在不断地建造过程中加以正确和伃细地调整,以达到最佳的焊接效果和焊接质量,从而不断地提升船厂自身的造船能力和造船质量,杜绝低质量船舶的产出,减少船舶结构事故的发生。中国煤化工CNMHG