極地重載甲板運輸船立角焊縱向裂紋的研究和預防

吳磊磊+陳華+劉博+王超

摘 要： 極地重載甲板運輸船的甲板區域的縱骨與壁板的材質為EH36，厚度較厚，在生產過程中出現立角焊的縱向裂紋。作者針對本船的該類裂紋進行檢驗和分析，并進行相關試驗，通過分析得出角焊間隙、焊接參數、擺動寬度對于焊縫的力學性能有重要影響。

關鍵詞：極地重載甲板運輸船；立角焊；縱向裂紋

中圖分類號：U671.8 文獻標識碼：A

Abstract： The main structure material of longitudinal bars and frames in the polar class heavy transport deck carrier is of grade EH36 with the thickness much more than the normal vessel. The longitudinal cracks were found in the vertical fillet welds on the site. This paper makes tests for this problem， analyses the result and concludes that the gap of T joints， parameters and the range of the width will affect the result of mechanics capability.

Key word： Polar class heavy transport deck carrier；Vertical fillet weld； Longitudinal cracks；

1 前言

本公司承接的極地重載甲板運輸船，其水線以上部分基本上都采用了EH36級別鋼。該船的甲板縱骨和壁板厚度較厚，特別是縱骨厚度達到了35 mm，在生產過程中發現縱骨與壁板的立角焊縫出現了縱向裂紋的情況。為保證產品質量和后續生產的可行性，需對該情況進行分析，并研究裂紋的預防措施。

2 現場情況及初步分析

由于本船的壁板和縱骨明顯偏厚，其裝配、焊接后所產生的內部應力較大，部件的裝配難度也加大。在內場甲板段縱骨與壁板的拉入裝配過程中，出現了少量的壁板修割量，隨后在個別修割后焊接的焊縫上出現了縱向裂紋，裂紋集中在焊縫的趾端靠近壁板一側。

經過碳刨和現場調查，發現存在以下問題：

（1）未熔合。個別位置經過碳刨發現明顯的角焊縫根部未熔合，主要原因為焊工焊槍角度錯誤，同時出現擺動不足的問題，如圖1所示；

（2）弧坑裂紋。部分縱向裂紋的始端有明顯的弧坑裂紋，此應為弧坑裂紋在應力作用下出現的擴展；

（3）間隙過大。由于拉入壁板進行裝配時對個別位置的壁板進行了修割，而一旦修割不當就會出現該處的角焊縫間隙過大的情況。由于部分操作人員沒有按照要求進行加焊或開設坡口，同時間隙過大后現場人員會選擇加大焊接參數、放大焊接擺動的幅度進行操作。

根據上述分析，未熔合和弧坑裂紋是導致縱向裂紋的直接原因，屬于人員操作不當，可對現場進行檢查和糾正。而接頭間隙過大、參數過大和擺動過大，尚沒有直接證據證明其是直接原因，需要進行進一步的試驗研究。

3 試驗及分析

主觀分析，由于間隙增大會引起以下問題：

（ 1 ） 使焊縫填充量增大，加大焊接工作量，增大風險；

（ 2 ） 使角焊縫的表面寬度增大，當表面沒有分道時容易產生擺動寬度過大。

為此，對間隙過大進行試驗，檢驗其對焊接量和角變形的影響：

針對現場出現的典型間隙數據2 mm、5 mm、10 mm進行計算和試驗，發現不同的間隙情況下，如果只是采取加焊使焊腳加大，則不同間隙的金屬填充量如下表1所列。

從表1可以發現，間隙過大時填充量直線上升，焊接線能量增大。

我們制作了三個對比參照組，分別裝配三組工件，在使用一定的卡碼固定的情況下檢驗不同的T型接頭單面焊的變形情況，結果如圖2所示。

從圖2的角變形情況來看，一旦間隙過大時接頭的收縮變形量大，而本船由于板較厚限制了其自由變形，使得接頭存在較大的應力。由此可見間隙對于立角焊產生裂紋起到重要作用。

在正常情況下，此處角焊縫的焊腳高度為9.5 mm左右，焊縫的表面寬度為14 mm左右，不需要進行擺動。而如果焊腳分別加大至12.5 mm及17.5 mm時，焊縫的表面寬度變為18 mm及25 mm左右。由于立焊的線能量一般較大，沖擊韌性值較其它位置偏低。針對此種情況，我們分別進行沖擊試驗，試驗工件為對接形式，試驗焊材相同，母材為EH36，板材厚度為20 mm，取得的試驗數據如表2所列。

從表2可以發現，一旦擺動過寬，焊縫金屬的沖擊韌性值會嚴重下降，影響焊縫金屬的性能，所以必須嚴格控制焊接時的擺動寬度。

4 預防和改進措施

從以上所述情況可知，極地甲板運輸船由于結構較特殊、強度較大，如現場操作控制不嚴會產生立角焊縫縱向裂紋。間隙過大是造成裂紋的根源，將形成一系列的不良影響，最終由于結構應力及焊縫內部缺陷導致出現開口裂紋。所以裂紋產生的主要原因歸結于T型接頭的間隙過大及人員操作不當，未嚴格按照工藝要求執行。

預防和糾正措施如下：

（ 1 ） 不得隨意修割，盡量保證接頭的間隙上限不要過大；

（ 2 ） 當間隙為3 mm≤g≤5 mm時，要加大焊腳，同時注意擺動寬度不超過16 mm；

（ 3 ） 當間隙>5 mm時，要求開設坡口進行全焊透，注意擺動寬度不得超過16 mm；

（ 4 ） 需注意焊槍的擺動角度和避免出現弧坑裂紋，立焊上口包角位置應注意包角良好，并可適當加大焊腳。

經過后續的跟蹤和檢查，發現現場改進明顯，沒有新增裂紋出現。

5 結語

（1）極地重載甲板運輸船由于結構強度高、板材型材較厚，對于厚板的立角焊應保證角焊縫的間隙，避免出現修割過量，對于間隙偏大的情況應開設坡口進行焊接。

（2）焊接參數過大、擺動寬度過大，將導致角焊的力學性能嚴重下降，應嚴格限制操作者的參數選取和擺動幅度，并加強監控。endprint