埋弧焊在汽車滾裝船薄板大合攏對接焊縫中的應用

■ 張芳杰，郭金翔

1. 概述

埋弧焊作為船舶建造中非常重要的焊接方法，被船廠廣泛應用于船體平直部分的內外底板、甲板板、縱/橫艙壁板的拼板；也可采取CO2打底+埋弧焊蓋面的混合焊接方式，用于船體大合攏的內底或甲板的合攏對接焊縫，以提高焊接質量，提升焊接效率，縮短建造周期。

隨著船舶市場的多元化發(fā)展，汽車滾裝船的需求逐年遞增。而車滾船因重量和平穩(wěn)性的控制要求，其主甲板以上的甲板多采用5.5～7mm薄板作為裝載車輛的甲板，由此帶來了大量薄板對接縫在船臺的中組立和大組立中產生。通常這類焊縫均采用CO2打底和蓋面的手工方式來完成，以控制薄板對接焊縫的焊后變形，減少焊后變形的矯正工作量。但這種方式的生產效率低，造成建造周期延長。

2. 薄板大合攏對接焊縫傳統的焊接方式

由于埋弧焊熱輸入大的特點，為防止焊接變形，在船臺中組立和大組立的搭載過程中，薄板的縱/橫向對接焊縫，通常普遍采用手工CO2氣體保護焊的焊接工藝來完成。由于焊工個人技能水平高低差距的限制，速度快慢的差異，以及個人主觀意識的隨意性，導致這種方法存在以下缺點：①焊縫外觀成形不美觀，焊后打磨量大，焊縫的質量不穩(wěn)定。②操作工人勞動強度大，生產效率低，船臺建造周期較長。

而與之形成鮮明對比的油輪、散貨船和箱船等船舶，其甲板、內底板等平面對接焊縫位置在中組立和大合攏階段的焊接，由于板厚大多是14mm以上的厚板，普遍采用采用CO2手工打底、填充，埋弧焊蓋面的焊接方法，使得焊縫的成形、質量均得到很大提升，焊后除個別接頭簡單處理外，幾乎無需打磨，焊接生產效率大幅提升。

如何讓埋弧焊在汽車滾裝船的大合攏縱、橫對接焊縫上發(fā)揮作用，既控制了焊接變形，又提高了焊接效率，正是我們需要摸索和探究的課題。

3. 薄板大合攏對接焊縫埋弧焊的試驗和實施

通常埋弧焊在船舶搭載階段多數運用于厚板，且使用φ4～φ5mm焊絲，焊接參數遠遠大于手工CO2的焊接參數；相對于薄板焊接而言，其焊接熱輸入大，焊接工藝難以控制，無法得到滿意的焊接結果。為此我們進行了深入研究，摸索其薄板埋弧焊參數。

對于薄板的焊接從效率、焊接質量及焊接變形上考慮，只有采用高速焊接，才有可能降低焊接熱輸入，控制焊接變形，提高生產效率。經過多次焊接試板試驗，找出了薄板埋弧細絲自動焊蓋面的焊接參數變化的規(guī)律，積累了一定的焊接參數數據。

結合試驗取得的工藝參數，我們在某Ⅰ型汽車滾裝船上采用CO2手工打底+埋弧細絲焊蓋面的焊接工藝，進行整船的大合攏縱/橫焊縫的焊接；并進行了設備電流/電壓、焊接速度、焊接變形和焊接質量等跟蹤記錄，以驗證試驗過程中工藝參數的正確性。

在實船實施過程中，采用焊機ZX7—630，焊接材料選用了φ3.2mm焊絲CHW—S3；焊劑CHF101，焊接母材厚度為5.5mm。

圖1

圖2

表1 某Ⅰ型汽車滾裝船第七/八甲板薄板大合攏縱橫焊縫埋弧焊跟蹤記錄

該Ⅰ型汽車滾裝船共九層裝載汽車甲板，其中六甲板為活動甲板，其余甲板板厚為：一甲板（內底板）10mm、二/三/四甲板6.5mm、五甲板14mm、七/八甲板5.5mm、九甲板7mm。我們重點對二/三/四/七/八/九甲板的薄板大合攏縱/橫焊縫的埋弧焊進行了跟蹤。表1為七/八甲板跟蹤記錄。

實施過程跟蹤圖片及最終效果如圖1所示。汽車滾裝船上采用CO2手工打底+埋弧細絲自動焊蓋面的實踐如圖2所示。

試驗和實施過程中應關注的幾個問題及解決方法：

第一，適當提高埋弧焊的焊接速度，可減小焊縫熱影響區(qū)，焊件受熱均勻，變形能得到較好的控制。

第二，焊接順序應按以下主要步驟進行控制，否則易造成焊接應力無法釋放，板縫間隙的變化和甲板的變形：①先焊甲板縱向對接板縫，再焊甲板環(huán)形對接板縫。②先船體結構的合攏對接焊縫，再焊船體結構的角接縫。

第三，若采用φ2.0mm焊絲，由于其焊絲直徑與手工CO2焊絲φ1.2mm相差0.8mm，其成形雖然優(yōu)于手工焊，由于填充金屬量有限（時常會出現焊縫不飽滿低于母材的現象，需人工進行二次修補），埋弧焊高效率未能體現；在綜合考慮焊接速度對單位時間內的焊接熱輸入的影響，與焊材填充量之間關系的前提下，故在實船實施中采用了φ3.2mm焊絲。

第四，若手工CO2打底焊過寬時，埋弧焊高速蓋面時，焊縫會出現未熔合（即單邊現象，需人工進行二次修補），故合攏焊縫的裝配間隙應控制好，最好在6mm左右，且板縫無需開坡口；另外，手工CO2打底焊的擺幅不宜過大，以控制焊縫的寬度。

第五，若手工CO2打底焊高度不夠時，埋弧焊蓋面焊接速度將降低，焊接熱輸入增加，則易造成焊穿，以及板材變形量隨之增加；而打底焊過高時，則易造成埋弧焊蓋面焊縫出現“凸”變形，焊后需要打磨處理，焊接效率將打折扣。

因此，在整個實施過程中，手工CO2打底焊的好壞，也決定了整道焊縫的成形和質量。

通過上述跟蹤圖表可以看出，其大合攏焊縫的變形是可控的，產品質量是可以保證的，其工效顯著提高。其母材板厚為5.5mm時，焊接電流250～300A，電弧電壓30～35V，焊接速度29～30cm/min。為后續(xù)的汽車滾裝船Ⅱ型（十一層甲板）、Ⅲ型（十三層甲板）大合攏薄板對接焊縫的焊接，采用埋弧焊蓋面的焊接方法奠定了基礎。

表2 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝船埋弧焊蓋面與手工CO2蓋面船臺周期的提升數據

表3 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝船手工焊焊后打磨成本比較

表4

4. 薄板大合攏對接焊縫埋弧焊運用的工效和成本提升

在上述Ⅰ型實船及后續(xù)的Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝船實踐過程中，同樣進行了詳細的工藝參數、變形控制和無損檢測等質量、工效和成本的跟蹤。以下重點簡述其船臺建造周期工效的提升和焊縫打磨的成本節(jié)約對比數據（見表2、表3）。

從表2、表3可以看出，埋弧焊在Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝上提升空間和節(jié)約的成本尤為明顯，該方法值得在大型車滾船上推廣運用。

根據跟蹤數據的匯總，埋弧焊用于船體大合攏焊縫的蓋面時，其工藝參數建議如表4所示。

5. 結語

經過上述試驗及實船上的焊接實踐與改進，在薄板大合攏焊縫的埋弧焊蓋面上，積累了一定的經驗和數據，解決了埋弧焊焊接熱輸入大，薄板焊后變形量大的問題，工效得到了大幅提高，船臺周期縮短，人工成本和材料成本都有了很大的節(jié)省。

就其應用有以下幾個優(yōu)勢：

（1）焊縫成形 由于埋弧焊是機械化控制，焊接過程連續(xù)、焊接參數穩(wěn)定，所以焊縫成形的美觀度優(yōu)于手工CO2蓋面。

（2）焊接效率 埋弧焊焊接時可連續(xù)送絲無需停歇，而手工CO2焊接無法做到連續(xù)作業(yè)，從船臺周期對比表格中就可以看出，此單項工程可為船臺周期爭取10天左右。

（3）焊接質量 由于埋弧焊連續(xù)焊接的特性，減少了焊接接頭的修補，從NDT的檢測結果也能看出其質量的穩(wěn)定性。

（4）成本節(jié)約 由于其外觀成形好，且焊縫連續(xù)、接頭少，焊后打磨幾乎可忽略不計，從而大大降低了后期打磨的工作量及砂輪片的損耗。僅砂輪片一項，全船可節(jié)約成本5221.59元（Ⅰ型）。

（5）焊后變形量 從甲板埋弧焊蓋面后的甲板變形數據跟蹤表，可以看出甲板焊縫凸、凹變形在可控范圍內；相比于手工CO2蓋面，焊縫的變形和收縮量，對甲板的平整度和艙容數據的影響也在可控范圍內。

綜上所述，埋弧焊在汽車滾裝船的薄板大合攏焊縫上得到了充分的發(fā)揮和運用，對船廠縮短船臺建造周期，提高工效，提升產品質量，起到了積極的作用。