疏浚船用Dp6鋼焊接工藝性能研究

郭云飛， 包　孔， 周弋琳， 嚴　峰

(1.上海振華重工(集團)股份有限公司， 上海 200125； 2.上海海工裝備智能焊接制造工程技術研究中心， 上海 200125)

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疏浚船用Dp6鋼焊接工藝性能研究

郭云飛1,2， 包孔1,2， 周弋琳1,2， 嚴峰1

(1.上海振華重工(集團)股份有限公司， 上海 200125； 2.上海海工裝備智能焊接制造工程技術研究中心， 上海 200125)

摘要根據疏浚船舶性能要求，首先對Dp6鋼的力學性能進行試驗研究，結果證明其具有良好的焊接性能及抗冷裂紋性。然后根據項目情況采用手工電弧焊、藥芯焊絲氣體保護焊、埋弧自動焊三種焊接方法。對所選焊條CHE50、藥芯焊絲SQJ501L、埋弧焊絲CHW-S3/焊劑CHF102進行性能試驗，結果證明其力學性能與Dp6相匹配。然后進行三種焊接方法的工藝評定試驗，結果證明手工電弧焊，焊接線能量控制在1.4～1.7 kJ/mm；CO2藥芯焊絲氣體保護焊，焊接線能量控制在1.3～1.8 kJ/mm；埋弧自動焊，焊接線能量控制在1.6～2.0 kJ/mm，均可獲得良好的焊接接頭性能。

關鍵詞疏浚船舶Dp6焊接力學性能

0引言

21世紀是海洋資源開發的新世紀，世界各國把開發海洋、發展海洋經濟和海洋產業作為國家發展的戰略目標。近年來我國海油的勘探開發工作取得突飛猛進的發展。為了遠離大陸的海上施工，提高施工效率是首先應考慮的事情，我國目前能適應南海工況的大型抓斗疏浚船很少，目前已有的較大抓斗疏浚船抓斗容積為30 m3，這些船舶設計都是按照沿海作業，近海調遣來設計的，能否在南海開敞水域作業，也需要分析考證，而且受到抓斗容積限制，船舶的施工效率顯然也不能適應南海建設的需要。

目前國內在大型抓斗疏浚船的技術理論研究及產業化開發程度都十分有限，對于特大型疏浚抓斗的相關技術研發更是處于空白，有關技術理論研究十分薄弱。由于大型抓斗長期被日本等少數國家壟斷，抓斗長期依靠進口，所以價格一直居高不下，且交貨期長，售后服務難以跟上。為實現我國南海發展戰略，南?；亟ㄔO迫在眉睫，需要一批擁有自主研發產權的海上大型抓斗疏浚船，自主設計和開發大型抓斗疏浚船和大型疏浚抓斗，形成自主知識產權，打破西方發達國家對此領域的壟斷，是十分必要的。

作為疏浚船舶的重要組成部分結構人字架、轉盤結構、圓筒體結構等的技術制作成為關鍵技術之一，對此我公司經設計采用船舶高強鋼Dp6作為制造材料，降低產品自重，保證焊接制造質量。同時針對不同結構的設計要求需要采用不同的焊接方法進行焊接工藝研究，以滿足現場生產需求。

1Dp6鋼的化學成分及力學性能

選擇南京鋼鐵生產的Dp6作為試驗材料，其化學成分與力學性能如表1、表2所示。

表1　Dp6鋼的化學成分

表2　Dp6鋼的力學性能

由表1、表2可知本次試驗所選鋼材的化學成分和力學性能完全滿足CCS的標準要求。該鋼的P、S含量控制的比較低，并添加了Nb、V等微合金元素。鋼板的屈服強度σs、抗拉強度σb都有較大的富余量，良好的屈強比保證鋼板有一定的韌性儲備。板材沖擊功在170 J左右，遠大于標準平均沖擊功34 J的要求。鋼板的優良性能為焊接接頭力學試驗取得理想的結果奠定了基礎[1,2]。

2Dp6鋼的斜Y型坡口焊接裂紋敏感性試驗

2.1焊接試驗方法及過程斜Y型坡口焊接裂紋試驗是一種拘束程度較為苛刻的冷裂紋試驗方法，其焊縫根部的應力集中系數高達4.7，主要考慮焊接熱影響區的根部裂紋情況。根據GB 4675.1-84《斜Y型坡口焊接裂紋試驗方法》，對Dp6鋼進行了該項焊接性試驗[3,4]。試驗在室溫，60℃，90℃，120℃四種不同的預熱溫度條件下進行，每組試驗一副試板，分別進行表面裂紋率與斷面裂紋率檢測。試板焊接完成48 h以后對焊縫進行外觀檢查，然后對試板進行機械加工，對4個橫斷面進行裂紋率檢查。具體試驗計劃以及試驗參數如表3所示。

表3　斜Y型坡口焊接冷裂紋試驗

焊接材料選用按照等強匹配的原則，同時考慮疏浚船舶低溫的作業環境對沖擊韌性要求較高，選擇上海大西洋公司生產的CHE50電焊條，由于其含碳量，S、P含量均較低，保證了良好的焊接性，不易產生裂紋與氣孔。且該焊條的低溫沖擊韌性值為47 J大于鋼板要求的34 J，保證了焊縫的良好性能。焊條規格采用直徑Φ4.0 mm，焊前經350℃約1～2 h烘干，后保溫于100℃左右，隨取隨用，焊接采用直流反接。采用該種匹配方式，對于焊接Dp6鋼來說，具有冷裂紋傾向小，預熱溫度低的優點。

斜Y型坡口焊接冷裂紋敏感性試驗需按照GB 4675.1-84標準規定進行，其尺寸與裝配圖如圖1所示。采用手工電弧焊進行焊接試驗，先焊拘束焊縫，再焊試驗焊縫如圖2所示。

圖1　試件形狀和尺寸裝配圖

圖2　采用手工焊時試驗焊縫位置

2.2表面裂紋率與斷面裂紋率檢查

(1) 表面裂紋率的檢查按照GB 4675.1-84標準規定，在焊后48 h后進行，采用著色法測量焊縫表面裂紋(見圖3)，按下式計算表面裂紋率。

式中：L為試驗焊縫長度(mm)；Cf為表面裂紋率(%)；∑Lf為表面裂紋長度之和(mm)。

圖3　表面裂紋長度測量與計算

圖4　斷面裂紋長度測量與計算

(2) 斷面裂紋率的檢查，按照GB 4675.1-84標準規定，在試驗焊縫上切出同樣厚度的4塊試樣(按試驗焊縫寬度開始均勻處與焊縫弧坑中心之間的距離三等分而確定)，檢測4個橫斷面上的裂紋深度(見圖4)，按下式對4個橫斷面計算斷面裂紋率，然后求其平均值。

式中：Cs為斷面裂紋率(%)；Hs為斷面裂紋的深度(mm)；H為試驗焊縫的最小厚度(mm)。

2.3斜Y型坡口焊接裂紋敏感性試驗結果

表面裂紋率與斷面裂紋率檢測結果如表4所示?？梢?0 mm厚Dp6鋼常規條件下焊接沒有冷裂紋傾向，可以很好地應用于疏浚船舶相關結構。

表4　斜Y型坡口焊接裂紋試驗結果

3Dp6鋼焊接工藝評定試驗

3.1焊接材料的選擇

針對疏浚船舶Dp6鋼的應用范圍較廣，且需滿足不同的結構形式，故計劃完成不同焊接方法的焊接工藝評定試驗，焊接方法包括：(1)手工電弧焊，焊材選用CHE50；(2)CO2藥芯焊絲氣體保護焊，焊材選用SQJ501L；(3)埋弧自動焊，焊材采用CHW-S3/CHF102(采用SQJ501L藥芯焊絲氣體保護焊打底)。為保證所需焊材滿足Dp6鋼與項目的應用要求，首先進行焊接材料力學性能試驗，具體試驗計劃如表5所示。

表5　焊接材料力學性能試驗計劃

焊接材料力學性能試驗主要進行焊縫縱向拉伸試驗與低溫沖擊試驗，具體試驗結果如表6所示?？梢娝x焊接材料力學性能完全可以滿足試驗需要。

表6　焊接材料性能試驗結果

3.2焊接工藝評定試驗

針對疏浚船舶對Dp6鋼板的應用，同時根據中國船級社《材料與焊接規范》選擇25 mm厚Dp6鋼板，X型坡口形式進行焊接工藝評定試驗，可覆蓋大部分項目板厚范圍，具體的焊接工藝評定試驗方案與焊接參數如表7所示[5]。

表7　焊接工藝評定試驗方案

(1) 彎曲試驗。根據中國船級社《材料與焊接規范》的要求進行側彎試驗。每次評定4個試樣，試樣規格：10 mm×25 mm×260 mm，彎心直徑d=4 t，彎心角為180°，彎曲結果全部合格，表現出良好的低溫塑性。

(2) 宏觀試驗。每個評定試驗做兩個宏觀試樣，經10%硝酸酒精腐蝕，未見缺陷，結果合格，表明焊接工藝可行。

(3) 硬度試驗。每個評定進行一組硬度試驗，根據相關標準要求，硬度值HV10≤350，試驗結果均合格。

(4) 拉伸試驗與沖擊試驗。拉伸試驗每次評定兩個試樣；沖擊試驗每次評定進行5個位置的沖擊，每個位置3個試樣，具體結果如表8所示。力學性能結果均合格。

表8　力學性能試驗結果

經焊接工藝評定試驗表明Dp6焊縫的綜合力學性能良好，也表明采用的焊接材料及焊接工藝參數合理，可以滿足生產需要。

4結論

(1) 斜Y型坡口焊接冷裂紋敏感性試驗證明，Dp6鋼不需要預熱就可以獲得良好的抗冷裂紋能力。

(2) 焊接材料性能試驗證明，試驗選用的焊條CHE50，藥芯焊絲SQJ501L，埋弧焊絲CHW-S3(焊劑CHF102)三種焊材可以滿足Dp6鋼的性能要求。

(3) 采用焊條CHE50，焊接線能量控制在1.4～1.7 kJ/mm，Dp6鋼可獲得良好的焊接接頭性能。

(4) 采用藥芯焊絲SQJ501L，焊接線能量控制在1.3～1.8 kJ/mm，Dp6鋼可獲得良好的焊接接頭性能。

(5) 采用埋弧焊CHW-S3(焊絲)/CHF102(焊劑)，焊接線能量控制在1.6～2.0 kJ/mm，Dp6鋼可獲得良好的焊接接頭性能。

參考文獻

[1]鄭英杰, 薛東妹, 柴鋒. 大線能量焊接Dp6鋼焊接熱影響區組織與性能研究[J]. 上海金屬, 2010，32(2):30-33.

[2]郭文帥, 覃擁清, 潘麗艷. 柳鋼Dp6高強船板焊接性能試驗與分析[J]. 柳鋼科技, 2015(1):14-16.

[3]李敏,李旺生. A516Gr70鋼焊接性試驗及焊接工藝評定[C]. 山東金屬學會壓力加工學術交流會2008年論文集, 2008:329-332.

[4]刑相勤. Dp6級高強度造船板的試驗研究[C]. 山東金屬學會壓力加工學術交流會2008年論文集, 2008:34-41.

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制船可以節省板材成本約33.2萬元，后續單船可以節省板材成本40.2萬元。

② 焊材。76 000 t散貨船裝焊8 000塊馬板大約需消耗焊材372 kg，折合人民幣2 250元。

38 000 t化學品船上裝焊6 000塊不銹鋼馬板大約需要消耗焊材274 kg，折合人民幣27 400元；裝焊5 700塊普通馬板大約需消耗焊材265 kg，折合人民幣1 600元。

(2) 人工成本的降低。

以裝配工27元/h的成本計算，76 000 t散貨船每船可節省人工成本大約6.6萬元，38 000 t化學品船可節省人工成本每船大約8.3萬元。

(3) 動能成本的降低。

按照公司綜合動能使用成本6.8元/h統計，76 000 t散貨船上使用“活動馬板”可節約動能1.7萬元，38 000 t化學品上單船可以節約動能2.1萬元。

4.1.3綜合經濟效益

綜上所述，使用“活動馬板”后，76 000 t散貨船單船可節約成本16.5萬元，38 000 t化學品船單船可以節約成本53.5萬元。

4.2社會效益

“活動馬板”的應用及推廣，對船舶制造而言，可以提高造船效率和船舶建造質量，同時縮短造船周期；對施工人員而言，能大幅降低施工人員的勞動強度、改善現場施工環境；對公司而言，提升公司造船管理水平及競爭力，更為公司實現降本增益打下基礎。

Research of the Dp6 Steel’s Welding Performance on Dredging Vessel

GUO Yun-fei1,2, BAO Kong1,2, ZHOU Yi-lin1,2, YAN Feng1

(1. Shanghai Zhenhua Heavy Industries Co., Ltd., Shanghai 200125, China;

2. Shanghai Engineering Research Center of Marine Equipment Intelligent Welding,

Shanghai 200125, China)

AbstractFirstly, according to the performance requirement of dredging vessel,mechanical property tests on the Dp6 steel were carried out, the results show that welding performance and resistance to cold cracking of Dp6 steel is very well. Subsequently, welding processes of GMAW, SMAW, SAW were adopted to conducting mechanical property tests of welding electrode CHE50, flux-cored wire SQJ501L, submerged arc welding wire CHW-S3/ flux CHF102. Mechanical performance similar with Dp6 was acquired. Finally, the welding procedure qualification tests of three kinds of welding methods were conducted. The results show that welding linear energy controlled between 1.4 and 1.7 kJ/mm(SMAW), the welding line energy controlled between 1.3 and 1.8 kJ/mm(FCAW), welding linear energy controlled between 1.6 and 2.0 kJ/mm(SAW), good welding joint performance can be obtained.

KeywordsDredging vesselDp6WeldingMechanical property

中圖分類號U671

文獻標志碼A

作者簡介：郭云飛(1985-)，男，碩士研究生。

基金項目：工信部高技術船舶科研項目計劃資助(工信部聯裝[2012]539號)。