傾斜角度的垂直氣電焊焊接技術及其應用

摘" " 要：我司承接的散貨船和天然氣水合物鉆采船，底邊艙和頂邊艙斜壁板傳統上采用CO2焊，存在效率低和質量容易波動問題。相對傳統的90°垂直氣電焊接技術，開展多角度的垂直氣電焊接技術應用研究，實現了多個傾斜角度垂直氣電焊接，提高了焊接效率及質量。本文對該項技術試驗過程、使用特點和技術要求等進行介紹。

關鍵詞：傾斜角度；氣電焊；焊接技術

中圖分類號：GT442" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A

Welding Technology and Application for Vertical Electro-Gas"Welding with Inclined Angle

DAI Xiaoming，" ZHENG Dengyong，" YU Huixian，" SUN Guangjie

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited，" Guangzhou 510715 ）

Abstract： The inclined wall panels of the bottom and top side compartments of bulk cargo ships and natural gas hydrate drilling and production ships undertaken by our company have traditionally been welded with CO2， which has problems of low efficiency and easy quality fluctuations. In response to the traditional 90° vertical electro-gas welding technology， research on the application of multi-angle vertical electro-gas welding technology has been carried out， achieving multiple inclined angle vertical electro-gas welding， and improving welding efficiency and quality. This article will introduce key points such as the experimental process， usage characteristics and technical requirements of this technology.

Key words： inclination angle;" electro-gas welding;" welding technology

1" " "前言

船舶或鋼結構建造過程中，焊縫焊接工時占據整個建造工時的50%以上，焊接效率的高低直接影響船舶建造的生產效率。垂直氣電焊是在船舶總組搭載的垂直立縫焊接的一種高效焊接設備和工藝，此焊接工藝一次成型美觀，焊接缺陷小，自動化程度高，效率是普通手工CO2焊接的3～4倍，被各大船廠廣泛應用于平行舯體大合攏外板垂直焊縫焊接。目前我司在外板垂直焊縫上，一般也是使用垂直氣電焊的焊接方法，但覆蓋范圍相對較小，對于特殊角度的斜坡板，一般還是使用傳統的手工CO2焊接。

針對以上問題，為了提高垂直氣電焊的使用范圍，通過研究垂直氣電焊接的技術特點，開發應用45°～60°等多個傾斜角度的垂直氣電焊技術，以提高垂直氣電焊的覆蓋范圍，提高船舶建造過程中高效焊的使用比例，提高生產效率，節約施工成本。

2" " 現狀分析

傳統的垂直氣電焊適用于垂直基面90°左右對接立焊縫，以我司承接的散貨船和天然氣水合物鉆采船為例。垂直氣電焊原主要用于貨艙區總組階段的甲板立縫和搭載外板立縫。根據工藝方案統計，垂直氣電焊單船物量為：總組甲板立縫310 m，搭載外板立縫550 m，總計860 m。

由于存在較大傾斜度的總組上斜板（與基面成60°）450 m和總組搭載下斜板（與基面成45°）250 m，總計700 m無法使用垂直氣電焊，只能采用傳統的手工CO2焊進行焊接，如圖1所示。

為了提高散貨船和天然氣水合物鉆采船高效焊覆蓋的范圍，針對垂直氣電焊的設備性能特點以及現場實際的施工環境，研究開發45°、60°等傾斜角度的氣電焊工藝。

3" " "45°、60°垂直氣電焊模擬試驗

3.1" "垂直氣電焊設備性能及焊接參數

影響垂直氣電焊焊接性能的主要焊接參數有：焊接坡口角度和間隙；焊接電流和電壓；焊絲的伸出長度；焊絲擺動和焊絲停留時間等。通常垂直氣電焊適用于垂直于基面90°的對接立焊板縫，當對接板縫的板材向后傾斜45°和30°，即與基面成45°和60°角時，垂直氣電焊的各項焊接參數也會隨之發生變化，因此需要結合垂直氣電焊焊接設備的性能參數，通過采用各種焊接參數組合，研究與45°和60°垂直氣電焊相匹配的焊接參數，以確保多傾斜角度垂直氣電焊的焊接性能、焊接效率以及焊接質量。

垂直氣電焊焊接設備性能參數，見表1。

3.2" "焊接坡口形式和坡口間隙

90°垂直氣電焊坡口型式為V型，坡口角度為36°，坡口間隙為4～8 mm，具體坡口形式見圖2所示：當傾角為45°和60°對接縫焊接時，使用垂直氣電焊，由于傾斜角度增加，原有的坡口間隙和坡口角度不能滿足金屬溶液熔透的需求，需要將焊接坡口間隙、坡口角度適當增大，但焊接間隙過大，會導致襯墊無法完全覆蓋，金屬溶液外流產生焊瘤，因此選取6～8 mm、8～10 mm及10～12 mm三個坡口間隙進行試板焊接，坡口角度為45°和60°。

3.3" "焊接電流、電壓

45°和60°作業面相對90°作業面的熔池液面有較大的區別，成型難度較大，因此焊接電流和電弧電壓有所增加。但是過大的焊接電流和電弧電壓會導致焊縫表面成型出現咬邊甚至焊穿的情況，因此在試驗板件焊接過程中，需要選取多組焊接電流、電壓進行試驗，以保證焊接過程穩定和焊縫成型質量。

3.4" "焊絲伸長長度

垂直氣電焊的角度傾斜后，熔池液面隨之傾斜，坡口根部的熔池液面幾乎與銅滑塊的出氣口持平，焊絲伸出長度過長，電阻熱增大，熔化速度快，易發生過熱而燒斷，造成嚴重飛濺及保護效果差，影響焊接過程的穩定性，使焊縫成形變差；焊絲伸出長度太短，容易導致保護氣體出氣口堵塞，導致氣體保護不良而影響焊接質量；選取伸出長度為25～40 mm進行試驗，確定與傾斜角度的垂直氣電焊匹配的焊絲伸出長度。

3.5" "焊絲擺動和停留時間

傾斜板的焊接造成熔池變長，如果焊槍不擺動，根部和面部熱量可能不足，會成形焊縫表面熔合不良，因此對于45°和60°傾斜角度的垂直氣電焊，需要通過試驗確定合適的擺動幅度和焊絲停留時間。

3.6" "試板模擬焊接過程及結果

根據公司承建的散貨船和天然氣水合物鉆采船（大洋鉆探船）板厚及材質情況，模擬試驗準備了3種板厚規格試板進行4組焊接模擬試驗，試板規格分別為：

1）45°試板組a（板厚20 mm）；

2）45°試板組b（板厚24 mm）；

3）60°試板組a（板厚14 mm）；

4）60°試板組b（板厚20 mm）。

1）模擬試驗一

按照表2所列舉的工況參數組合，對45°試板組a進行模擬焊接試驗；焊接完成后，對焊接試板進行焊縫正反面成型檢查及探傷檢測，綜合對比得出20 mm板厚的最佳工況為5、6和7，如表2所示。

2）模擬試驗二

按照表3所列舉的工況參數組合，對45°試板組b進行模擬焊接試驗；焊接完成后，對焊接試板進行焊縫正反面成型檢查及探傷檢測，綜合對比得出24 mm板厚的最佳工況為工況4、5、6和7，如表3所示。

3）模擬試驗三

按照表4所列舉的工況參數組合，對60°試板組a進行模擬焊接試驗；焊接完成后，對焊接試板進行焊縫正反面成型檢查及探傷檢測，綜合對比得出14 mm板厚的最佳工況為工況5、7，如表4所示。

4）模擬試驗四

按照表5所列舉的工況參數組合，對60°試板組b進行試板焊接；焊接完成后，對焊接試板進行焊縫正反面成型檢查及探傷檢測，綜合對比得出20 mm板厚的最佳工況為6、7，如表5所示。

5）模擬試驗結論

通過模擬試驗證明， 45°及60°傾斜作業面的垂直氣電焊焊接技術可行，焊接完成的試板進行無損檢測及理化試驗均合格，焊接質量滿足要求。總結傾斜角度45°和60°的垂直氣電焊工藝參數，如表6、表7所示。

4" " "實船應用

根據橫擬焊接試驗結果，編制了45°/60°夾角作業面垂直氣電焊專項焊接工藝，重新策劃了散貨船貨艙和天然氣水合物鉆采船氣電焊工藝應用方案；增加了散貨船貨艙頂邊艙斜板、底邊艙斜板和天然氣水合物鉆采船橫艙壁斜板等應用范圍，相對于之前建造的120000 DWT散貨船，垂直氣電焊增加了約700 m，相對于傳統的手工CO2焊，效率提高了3倍以上，單船節約綜合成本約10萬元；天然氣水合物鉆采船，垂直氣電焊增加了約300 m，經濟效益顯著。

通過組織施工人員進行專項培訓，使人員熟悉各工序的操作流程，固定傾斜角度垂直氣電焊焊接人員，焊縫成形質量良好。

5" " 結束語

通過對傾斜角度的垂直氣電焊焊接技術研究，探索出45°和60°傾斜角垂直氣電焊工藝，在公司建造的散貨船和天然氣水合物鉆采船得到了逐步推廣和應用，使公司的垂直氣電焊實現了從45°～90°多個角度應用，有效提高了產品船高效焊覆蓋范圍，提高了產品焊接質量和效率，對縮短產品船塢建造周期和節約建造成本發揮了重要作用。

參考文獻

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