船用鑄鋼件的焊接修補施工工藝探討

鄧志強，胡順克，曹 海

(上海華潤大東船務工程有限公司，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雜質，故而容易在焊接過程中或焊接之后出現夾渣、氣孔、焊縫硬化、裂紋等缺陷，其中最應該注意防范和避免裂紋的產生。

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 ℃進行保溫，使用時焊條需放在保溫桶內，且焊工一次領用的焊條不得超過4 h的使用量。

2)CO2氣體保護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。保護氣體使用CO2(純度≥99.9%)氣體。

2 焊前準備工作

1)參與焊接施工的焊工必須具有船級社或其他有效機構發放的焊工資格證書，證書等級需滿足相應產品要求。

2)先用無損探傷檢測出相關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；再根據裂紋具體情況，可使用碳刨、打磨、火焰切割等方式將裂紋進行移除，移除后再次用無損探傷確認裂紋已移除干凈。

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

4)根據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行焊前預熱，預熱溫度150～200 ℃，預熱寬度為板厚的2倍且不大于100 mm。

5)CO2氣體保護半自動焊焊接時，若風力大于四級，需做好防風措施。

3 焊接過程應注意的問題

具體焊接參數見表1和表2。

表1 手工焊條電弧焊焊接參數

表2 CO2氣體保護半自動焊焊接參數

1)嚴格控制層間溫度，層間溫度不得低于預熱溫度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)當焊縫長度超過500 mm，可考慮采用分段退焊或對稱焊的方法來減小應力和變形，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，之后再進行下一道焊接。

4)規定區域溫度低于預熱溫度時，可通過適當調整焊接速度來保持相關區域溫度，或使用其他加熱措施重新預熱保持焊接區域溫度。

4 焊后熱處理及消應力處理

1)對于局部修補的小裂紋焊縫，焊后進行保溫和緩冷處理。

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

5 焊后檢驗及試驗

1)焊縫完成并經過熱處理和消應力處理后，需將焊縫打磨光順并與母材平齊。

2)按相關船級社標準對修補焊縫進行100%UT和100%MT檢測。

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

表3 ZG230-350焊接工藝評定試驗參數

6 技術要點

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氣體保護半自動焊2種焊接方法均可應用于鑄鋼的焊接，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，故而熱影響區小于手工焊條電弧焊焊接，試驗結果表明，CO2氣體保護半自動焊焊接的焊縫整體力學性能及焊接效率優于手工焊條電弧焊；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缺陷，脫渣難度高于CO2氣體保護半自動焊，故而在條件允許的情況下，鑄鋼的修補焊接可優先選用CO2氣體保護半自動焊。

3)手工焊條電弧焊具有設備簡單、操作方便靈活且能適應各種焊接位置，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，且焊完后須立即進行消應力處理，我們生產中曾出現過大型鑄件焊接完未及時進行消應力處理而出現大量裂紋的嚴重焊接事故。