基于陶制襯墊的DH36高強度船用厚板焊接性能研究

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西九江332007）

0 前言

克令吊是船舶裝卸貨物的一種甲板機械。隨著船舶制造業(yè)的發(fā)展，克令吊結(jié)構(gòu)正朝著大型化、復(fù)雜化的方向發(fā)展，克令吊基座結(jié)構(gòu)處于船舶應(yīng)力集中的部位，面臨的危害性較大，所以提高和保證克令吊基座系統(tǒng)的焊接質(zhì)量成為船舶建造中的關(guān)鍵問題[1]。

克令吊基座區(qū)域的焊接一般以對接焊縫和角接焊縫為主，在12 500 t多用途船的建造中，采用船用DH36厚板，最大厚度達80 mm。為提高克令吊基座的整體結(jié)構(gòu)強度、解決焊接根部未焊透及裝配間隙難以控制的問題，提出將圓棒襯墊結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高強度船用DH36鋼厚板的工藝，通過研究應(yīng)用并進行工藝試驗，為工程實際應(yīng)用和理論研究提供試驗依據(jù)，同時能有效地促進高強度厚板的焊接技術(shù)。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為DH36鋼，是一種低合金高強度鋼，其化學(xué)成分如表1所示。DH36鋼中除含碳外，還有一定量的 Si、Mn、Ti、Mo、Cr、V 等合金元素，不僅提高了DH36鋼的強度、硬度、韌性和塑性，同時還具有較高的低溫沖擊韌性和較好的抗腐蝕性能。但是，DH36鋼的合金元素含量較高，厚度大，有一定淬硬傾向，焊接時易出現(xiàn)冷裂紋，必須采用一定的焊接工藝措施才能保證焊接質(zhì)量[2-3]。DH36鋼機械性能如表2所示。

表1 高強度船用鋼DH36化學(xué)成分 %

表2 DH36船體結(jié)構(gòu)鋼的機械性能

根據(jù)DH36鋼特點，按照中國船級社CCS焊接要求，選用與母材相匹配的H10MnAφ1.2實心焊絲。

1.2 試驗方法

1.2.1 母材坡口加工

采用X型坡口，將圓棒襯墊結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高強度船用DH36鋼80 mm厚板對接焊縫，按圖1所示采用數(shù)控切割機進行加工[4]，坡口面保證光滑。加工后及時清理鐵銹及氧化皮。

圖1 母材坡口加工

1.2.2 焊接工藝

由于DH36板材的淬硬傾向較大，焊接時容易出現(xiàn)裂紋，焊前用氧乙炔火焰預(yù)熱待焊區(qū)域，預(yù)熱溫度120℃；預(yù)熱寬度約為板厚的4倍，預(yù)熱應(yīng)使材料的整個厚度方向受熱均勻，避免局部過熱。層間溫度控制在120～250℃，焊接過程連續(xù)，保證熱輸入量和層間溫度的穩(wěn)定。焊后進行熱處理，控制焊接應(yīng)力。焊接示意如圖2所示，80 mm厚DH36鋼焊接工藝參數(shù)如表3所示。

圖2 DH36板材焊接接頭示意

2 試驗結(jié)果分析

2.1 焊接接頭力學(xué)性能

根據(jù)船級社標(biāo)準(zhǔn)要求，在焊接試板上分別制取拉伸和彎曲試樣，如圖3、圖4所示。

表3 80mm厚DH36鋼焊接工藝參數(shù)

圖3 焊接接頭拉伸試樣

圖4 焊接接頭側(cè)彎試樣

拉伸試驗和側(cè)彎試驗結(jié)果分別如表4、表5所示，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。焊接接頭力學(xué)性能良好，且與母材性能一致，拉伸斷裂位置在母材部位；焊接接頭側(cè)彎試驗均未出現(xiàn)開裂，表明焊接接頭具有良好的塑性。

表4 DH36級船板焊接接頭拉伸試驗結(jié)果

表5 DH36級船板焊接接頭側(cè)彎試驗結(jié)果

2.2 焊接接頭沖擊性能

按船級社標(biāo)準(zhǔn)要求取沖擊試樣，沖擊試驗結(jié)果如表6所示。焊縫和熱影響區(qū)沖擊性能良好，其沖擊吸收功均大于最低沖擊功要求（≥47 J）。

2.3 焊接接頭硬度試驗

船板焊接接頭硬度試驗取樣如圖5所示，取樣位置分別在焊縫、熱影響區(qū)、母材，共9個位置一組，共3組。

表6 DH36級船板焊接接頭沖擊試驗結(jié)果 /J

圖5 船板焊接接頭硬度試驗取樣

DH36級船板焊接接頭硬度試驗結(jié)果如表7所示。

表7 DH36級船板焊接接頭硬度試驗結(jié)果（HV5）

由表7可知，焊縫、熱影響區(qū)硬度均勻，焊縫硬度接近母材硬度。硬度數(shù)值無較大起伏，數(shù)值在正常范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

試驗針對克令吊基座系統(tǒng)中80 mm厚DH36船用鋼，研制了采用圓棒陶瓷襯墊進行船用高強度DH36鋼厚板焊接的新工藝，著重解決了DH36厚板焊接根部未焊透及裝配間隙難以控制的問題。焊后焊縫表面成形美觀，焊縫質(zhì)量好。接頭拉伸彎曲試驗、沖擊試驗和硬度試驗結(jié)果均為合格。對于高強度鋼材厚板焊接具有較好的借鑒作用。