艉軸腐蝕焊補修復工藝介紹

王繼平，鄭振寧

(湛江海濱船廠，廣東 湛江 524000)

艉軸腐蝕焊補修復工藝介紹

王繼平，鄭振寧

(湛江海濱船廠，廣東 湛江 524000)

文章以某艦為例介紹了對艉軸腐蝕進行焊補修復的工藝，該工藝的優點是修補層能與母材完全熔合，能恢復艉軸由于腐蝕而損失的承載強度等，難點在于如何控制焊接變形和確保焊接強度。

艉軸腐蝕修復；焊接；變形；工藝措施

某型艦的艉軸由海水潤滑和冷卻，密封裝置處的艉軸表面金屬直接與海水接觸，極易腐蝕，我廠曾用金屬噴涂法修復過此類腐蝕，即將腐蝕光車去掉，然后噴涂金屬層。金屬噴涂的優點是工藝簡單，不會造成艉軸變形等，但缺點是金屬噴涂層不能與艉軸熔合、易剝落、不能修復較深的腐蝕、不能恢復艉軸由于腐蝕而損失的承載強度等。

2010年，為了解決某艦艉軸的腐蝕修復問題，我廠與某焊接研究所合作，提出了焊補修復法，即用焊材將腐蝕部位焊補回來。焊補修復法的工藝較復雜，難度在于如何控制焊接變形和確保焊接強度，如果工藝措施得當，可以克服金屬噴涂法的所有缺點。我廠實踐證明這種方法是可行的，值得推廣，以下是該方法的基本思路(以某艦為例)。

1 艉軸腐蝕情況勘察

將艉軸腐蝕部位的鐵銹清除干凈，測量腐蝕部位的深度和寬度等，為后續工作提供決策依據。

某艦艉軸腐蝕情況：位于密封裝置處，離聯軸節(艉軸前端)約1.5 m，普遍腐蝕深約8 mm、寬約110～130 mm，屬環狀大面積腐蝕，部分腐蝕點深約10 mm。

該艦艉軸基本參數：長約23 m、密封裝置處直徑400 mm、空心壁厚55 mm、材料牌號為34CrMo1A鍛鋼、質量約為7.5 t。

2 艉軸材料性能分析

該艦艉軸材料的成分和力學性能分別見表1、表2。艉軸材料(34CrMo1A鍛鋼)的碳當量Ceq=0.796，調質高強度鋼，碳當量較高，焊接性能極差，近縫區極易出現淬火裂紋，局部不均勻加熱極易導致艉軸產生難于矯正的扭曲變形。焊接時應采取預熱緩冷措施來防止近縫區淬火裂紋的出現和馬氏體的形成，并采取嚴格的對稱焊來防止扭曲變形，否則可能造成艉軸報廢，焊接工藝必須滿足以下基本原則要求。

1) 焊前應預熱，確保焊縫區域的冷卻速度曲線避開馬氏體轉變區。

2) 焊接過程中始終用恒溫控制設備保證合理的層溫。

3) 采用氬弧焊(MAG)，有利于減小焊接變形和保證焊接質量。

4) 采取多層多道、分段、2人對稱焊接，單層焊縫厚3～5 mm。

5) 焊后采取回火處理，提高焊接區域的塑性，消除內應力。

6) 加熱時，溫升速度要慢、溫控精度要高、熱量分布應均勻。

表1 34CrMo1A鍛鋼的化學成分 %

表2 34CrMo1A鍛鋼的力學性能

3 焊接材料選擇

所選用的焊材應盡可能與母材強度相近、成分相近、有較高的抗裂能力。根據以上對艉軸材料性能的分析，可選用國產焊絲GB/T 8110-2008 ER69-G[1]，其化學成分和力學性能分別見表3、表4。

表3 ER69-G焊絲的化學成分[1] %

表4 ER69-G焊絲的力學性能[1]

4 施工工藝設計

為了滿足以上所述的基本原則要求和保證施工質量，我廠采購了專用的加熱設備，制作了專用工具，以及編制了嚴格的施工作業指導書，主要的工藝措施如下。

1)將艉軸放置在26 m車床工作臺上，尾端用車床盤夾夾緊，首端用頂針頂緊，中間用滾動支撐托住：離焊接區域約1 m范圍內必須有支撐，每個軸承位必須有支撐，最大支撐間距不超過6 m，應保證每個支撐與艉軸緊密接觸。

2)艉軸定位好后，檢測并記錄下艉軸重要部位的焊前徑向跳動量。

3)采用車床切削和手工打磨相結合的方法去除腐蝕部位的鐵銹，光車深度8 mm、寬度135 mm，未光車掉的深腐蝕點用手工打磨清除干凈，露出金屬光澤。加工好后，用磁粉探傷法檢測表面是否有裂紋，有則清除。

4)焊前應清除焊接區域及兩側20 mm范圍內的油、銹、水等有害物，將不規則溝槽加工成符合焊接要求的規則U形坡口。

5)焊前用履帶式紅外輻射加熱器對焊接區域的艉軸內外壁及兩端300 mm范圍進行預熱，預熱溫度為(300±10)℃，從室溫升到預熱溫度的時間不少于3 h。預熱過程中除加熱器自身的自動溫度控制外，還必須用人工測量方法對預熱溫度進行監測。

6)預熱溫度達到要求后，將外壁加熱設備往兩端移動，空出焊接位置，加熱設備繼續工作。焊縫的層間或道間溫度不小于260 ℃。如遇特殊原因需中斷焊接時，必須對焊接區域進行保溫。焊接期間應做好備用供電準備，一旦停電，應在20 min內自備供電。

7)在焊接區的前后端，即聯軸節后端和鄰近銅套處安裝艉軸變形監測儀表。艉軸基本處于直線狀態(小于0.02 mm)時，2人對稱同時施焊；有明顯彎曲變形(大于0.1 mm)時，1人在凸點最大區域施焊；有極小彎曲變形(小于0.04 mm)時，1人先在凸側施焊，焊接等分長度的一半時，另1人開始施焊；禁止任何情況下1人在變形大于0.1 mm的凹側施焊。

8)焊接過程中應隨時對焊接工藝參數進行監測，防止焊接工藝參數因外界干擾而發生變化，2人對稱焊接時所使用的工藝參數要基本一致，避免因為熱輸入不一致而引起艉軸變形。焊接工藝參數見表5。

表5 焊接工藝參數

9)焊接施工人員必須有氬弧焊(MAG)資質，具有豐富的焊接經驗，能夠嚴格執行焊接工藝紀律。

10)采取多層多道、分段2人對稱焊接，焊縫采取橫向多道排列的方式，每道均需做適當的橫向擺動，且在擺幅的兩側作適當停留。根部焊道用單層單道方式焊接，焊道之間應圓滑過渡避免形成狹窄的尖角溝槽，單層焊縫的厚度應控制在3～5 mm內。

11)焊接下一道焊縫前，應對前道焊縫的頭尾處、凹凸不平處、溝槽部位、飛濺物進行打磨清理。

12)焊接過程中應控制焊縫的外觀形狀，確保焊縫金屬與母材結合部位的圓滑過渡，禁止形成中間凸起、邊緣熔合不良的焊縫。

13)應將每段焊縫的起熄弧部位打磨成圓滑過渡的斜坡狀，并用5倍放大鏡對打磨部位進行宏觀檢查，確認無缺陷后再進行下道焊接。焊接過程中還應注意道之間、層之間的焊縫接頭相互錯開20 mm以上距離，以避免焊縫接頭重疊。

14)為防止艉軸焊接部位因受熱不均而產生變形，將焊接區域沿圓周分成8等分，由2人在艉軸左右兩側對稱施焊，并根據艉軸的實際變形情況隨時調整為第7)條的焊接順序。

15)焊前應檢查和調整保護氣體的壓力，氣體流量應滿足焊接工作的要求，瓶內的氣體壓力低于1 MPa時應及時更換氣瓶。

16)焊接過程中應注意對焊接區域的保護，避免穿堂風破壞氣體保護效果，避免產生氣孔等焊接缺陷。

17)焊接過程中應隨時檢查設備的狀況，并及時清理焊槍噴嘴內的飛濺物，確保焊接過程中各系統均處于正常運行狀態。

18)焊后立即對焊接區域進行(600±10) ℃/3 h的回火處理。回火過程中應檢查加熱器、溫控裝置的工作狀況是否正常，以及保溫效果是否良好，同時加強人工監測工作。回火工作結束后，應確保加熱區域在保溫狀態下緩慢冷卻至60 ℃以下才能拆除保溫材料進行空冷。

19)加熱和保溫期間，艉軸變形監測不能停止，并總是將凸點最大處盤車至最上方。

20)回火處理工作完成后，將焊縫表面光車平整，用磁粉探傷法檢查焊縫表面質量，用超聲波探傷法檢查焊縫內部質量。

21)若需局部返修和補焊時，應嚴格遵循上述焊接工藝要求，對焊接區域重新進行預熱和回火處理，同一位置返修次數不能超過3次。

22)腐蝕部位的修復全部完成且檢驗合格后，檢測艉軸的焊后徑向跳動量，若跳動量比焊前大，則需用火焰法進行矯正。矯后跳動量測量應在艉軸溫度降至室溫后進行。

23)火焰矯正時，在最凸點的母線上加熱，選用中性火焰，禁止用氧化焰和碳化焰；采用圓形點狀加熱，直徑約12 mm；加熱點數依據超標跳動量確定，可按跳動量每0.06 mm 1個點；多點加熱時，應在各點輪流進行，不允許在1個點900 ℃以上溫度區間停留較長時間；總加熱時間根據加熱膨脹量來確定，膨脹量約為超標跳動量的16倍。膨脹量測量表應在矯正前室溫狀態下安裝在距加熱中心約950 mm處，與加熱母線重合的母線上。火焰矯正前將艉軸全截面加熱至250 ℃。矯正量達到預定值后應立即進行回火處理并保溫15 min。

5 焊接工藝評定

焊接工藝評定的目的是驗證所選焊材和焊接工藝參數等的可行性。用34CrMo1A鍛鋼代替艉軸材料(母材)，按上述工藝要求進行焊接。分別檢測母材和焊接接頭的拉伸強度、焊縫中心和焊縫熔合線的室溫沖擊功(AKV)。某艦的試樣檢測結果見表6、表7。根據檢測結果可知，所選擇的焊材、焊接工藝參數等是合適的。

表6 拉伸強度檢測結果

表7 (室溫)沖擊功檢測結果

6 結束語

按照上述的工藝要求，我廠對某艦艉軸進行了修理，修理質量完全合格，達到了預期目標。艉軸腐蝕焊補修復法的成功實施使我廠艦船艉軸修理水平上了一個新臺階，積累了寶貴的經驗。

[1]GB/T 8110-2008，氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲[S].

In this paper,the technique on weld-mending for corrupted stern shaft is introduced,the virtue of which is the complete fusion of mending layer and the master material with the restore of the lost carrying strength of the shaft.The difficult point lies on how to control welding deformation and how to ensure welding strength.

repair of stern shaft corrosion;weld;deformation;technical measure

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.02.007

王繼平(1974-)，男，廣東湛江人，工程師，大學本科，主要從事船舶建造和修理工作。

2013-12-17