化學品船修理中的不銹鋼復合板焊接探討

薛江山，楊 輝，任韶琦

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

化學品船修理中的不銹鋼復合板焊接探討

薛江山，楊 輝，任韶琦

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

不銹鋼復合板是化學品船中常用的一種材料，其焊接是化學品船修理的關鍵技術之一。通過分析不銹鋼復合板的焊接特點、焊接注意事項和主要焊接參數的選取，探討了化學品船舶修理中的不銹鋼復合板焊接工藝。

不銹鋼復合板；焊接；化學品船

0 引言

化學品船是一類重要的運輸船舶，化學品船液貨艙區域的主甲板、邊縱壁和內底板等多選用不銹鋼復合板，不銹鋼復合板既能達到結構所需的強度，又能滿足裝載化學品的要求，同時也降低了船舶建造成本。

目前，不銹鋼復合板焊接已經廣泛應用于化學品船修理中，并成為其中的關鍵技術。上海中遠船務有多年化學品船修理經驗，在不銹鋼復合板焊接方面也積累了較豐富的經驗，以此為基礎，本文對不銹鋼復合板焊接作了介紹和探討。

1 復合鋼板簡介

復合鋼板包括基層（base metal）和覆層（cladding metal）兩部分，復合方法主要有軋制復合和爆炸復合兩種［1］。根據覆層位置，又分為單面復合板和雙面復合板。基層材料通常為珠光體鋼（如碳鋼或普通低合金高強度鋼），以保證結構的力學性能，厚度一般在40mm以內；覆層材料根據功能需要常選用不銹鋼、鋁及其合金、銅及其合金等，厚度一般為1mm～5mm，覆層主要滿足耐腐蝕和導電性等特殊性能要求。圖1是不銹鋼復合板的剖面圖。

化學品船上使用較多的是不銹鋼復合板，液貨艙區域的不銹鋼復合板常作為船體結構的一部分，其基層材料為船用鋼板，如船用碳鋼（如A級鋼）或者船用高強度鋼（如AH32、AH36等），不銹鋼覆層多為奧氏體不銹鋼，如304、316L等，鋼板的力學性能要滿足船級社規范的要求，覆層厚度應取得船級社認可。

不銹鋼復合板的基層多面向船體的壓載艙，腐蝕較快，經過一定年限的使用，鋼板的厚度低于腐蝕要求時需要更換。因此，化學品船修理中常遇到不銹鋼復合板換新工程。

圖1 不銹鋼復合板剖面圖

2 焊接工藝

2.1 不銹鋼復合板焊接性

復合板的焊接可以分為三個部分：基層焊接、覆層焊接以及基層與覆層之間過渡層的焊接。基層和覆層焊接屬于同種鋼焊接，焊接工藝和單獨焊接兩種材料的工藝相同。過渡層焊接屬于異種鋼焊接，容易出現焊縫金屬稀釋、碳的擴散遷移、熱應力等問題，雖然過渡層的范圍很小，但是對整個焊縫的焊接性能影響卻很大，過渡層的焊材選擇和焊接工藝由基層和覆層材料決定。

2.2 焊接方法和焊接材料的選擇

基層的碳鋼或低合金高強度鋼都具有良好的焊接性，可采用焊條電弧焊、CO2氣體保護焊、埋弧焊等；覆層不銹鋼的焊接可選用焊條電弧焊、氬弧焊；過渡層的焊接應考慮異種鋼焊接特點，選用熔合比小，稀釋率低的焊接方法，如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊等［1］。鎢極氬弧焊的熔合比最低能達到10%，手工電弧焊和熔化極氣體保護焊的熔合比為20%～30%。

基層材料主要是保證結構的力學性能，所以基層焊材一般按等強度原則選用；覆層的焊接材料一般選用與覆層材質相同或接近的，以保證焊縫區域的抗腐蝕能力；過渡區的焊接材料按異種鋼的焊接特點選用，要綜合考慮焊接熔合比及基層和覆層的材質，焊接奧氏體不銹鋼過渡層時，可選用含高鉻、鎳的奧氏體鋼或鎳基合金等類型的焊材，可減少過渡層脆化、碳的擴散遷移等問題。當覆層為含鉬的奧氏體不銹鋼時，應當選用含鉬的焊材。表1和表2中列出了部分常用的焊接材料。

表1 基層常用焊接材料

表2 覆層常用填充材料（奧氏體不銹鋼）

2.3 焊接坡口

坡口角度對焊接熔合比也有很大影響，為減小熔合比，應當加大坡口角度。不銹鋼復合板焊接時，可選用V型、X型、U型等坡口，坡口的選擇還要考慮基層、覆層和過渡層焊接施工便利，減少第一焊道的稀釋問題。為防止第一層焊縫滲碳，也可先將接頭附近的覆層金屬加工掉一部分。

不銹鋼復合板的切割和坡口的加工可采用等離子切割或機械切割，盡量不要使用碳刨，以避免出現滲碳，如果使用碳刨，坡口表面必須打磨干凈，清除缺陷和滲碳。圖2和圖3為不銹鋼復合板常用對接接頭和角接接頭。

在船舶局部換板修理時，會遇到采用純不銹鋼板替代不銹鋼復合板的情況，即出現不銹鋼復合板與純不銹鋼的焊接，這時可先在不銹鋼復合板坡口

圖2 不銹鋼復合板對接接頭

圖3 不銹鋼復合板角接接頭

表面堆焊隔層，焊接方向沿焊縫長度方向，一般堆焊三層，然后再進行焊接，如圖4所示。

圖4 堆焊隔層

2.4 焊接要點及注意事項

正式焊接前應當根據船級社規范制作相應的焊接工藝評定，并取得船級社認可。除常規焊接注意事項外，不銹鋼復合板的焊接還需注意以下幾點：

1）焊前應檢查不銹鋼復合板是否有分層情況，如果發現分層，則不允許直接焊接。如果分層范圍較小，可以先徹底鏟除分層后進行堆焊，修補后再正式焊接。

2）不銹鋼層的坡口打磨可選用無碳打磨片（剛玉類）。焊接坡口及兩側的油污等可采用丙酮清除。

3）不銹鋼復合板對接裝配時，以基層為基準，裝配平齊。

4）為減少焊接飛濺影響，焊接前應在坡口兩邊的不銹鋼板表面噴涂防飛濺液。

5）定位焊要選在基層一側，定位焊選用與實際焊接時相同的焊材，定位焊中如有缺陷，必須在正式焊接前清除。裝配用的臨時加強馬板和吊裝時的耳板應焊在基層一側。

6）嚴禁在焊接區域外及不銹鋼表層引弧，不銹鋼覆層表面不允許焊接臨時工裝，以免破壞不銹鋼的耐腐蝕性。

7）采用手工電弧焊時，焊條應嚴格按規定進行焊前烘焙，焊接時工人需隨身攜帶保溫筒。

8）焊接順序：先焊基層，背面清根處理后焊接過渡層，最后焊接覆層焊縫。

9）不銹鋼復合板焊前焊后一般不做熱處理。若珠光體鋼冷裂性大，必須預熱，預熱溫度應低于同種鋼焊接；若焊后需消除焊接應力，可采用變形法或噴丸處理。

10）為提高抗腐蝕能力，不銹鋼焊縫可在焊后做鈍化、拋光等表面處理。

2.5 焊接參數選用

減少焊接熱量輸入可降低熔合比，不銹鋼復合板焊接時應選用較小的熱輸入量的焊接參數，多層多道焊，并采用小直徑焊條，較短的電弧電壓，縮短高溫停留時間。采用手工電弧焊時，不銹鋼焊條焊接時不易擺動，層間溫度不高于100℃。

上海中遠船務承接過幾十艘化學品船的修理，最大單船不銹鋼復合板更換面積達200m2，表3至表5是化學品船修理時，常用的不銹鋼復合板焊接參數，打底焊和蓋面焊的電流取下限。

表3 焊接工藝參數（橫焊）

表4 焊接工藝參數（立焊）

表5 焊接工藝參數（平焊）

3 檢驗與修復

焊縫外觀要做100%檢查，外觀尺寸應符合焊縫設計要求。焊縫及熱影響區表面不得有裂紋、未焊透、未熔合、氣孔以及超過容許極限度的咬邊、弧坑、夾渣等缺陷。除外觀檢驗外，焊縫內部質量檢驗，還應根據船級社的要求做無損探傷。

如果出現超過規定要求的缺陷，需要對焊縫修復，可先用打磨方法去除缺陷，然后再修復。對氣孔、焊縫超差等缺陷，可采用TIG熔修補焊返修。TIG補焊時可使用直徑2.0mm或2.4mm不銹鋼焊絲，返修時嚴格控制層間溫度，對氣孔缺陷及焊趾缺陷部位進行TIG重熔，層間溫度控制在100℃以下。返修后的焊縫必須重新檢驗，以確認質量合格。

4 結束語

本文探討了化學品船修理中的不銹鋼復合板焊接，不銹鋼復合板的焊接難點是過渡層的焊接，根據不同的基層和覆層材質，選擇合適的焊材和焊接參數，做好焊接過程的控制，是保證不銹鋼復合板焊接質量的關鍵。

［1］ 陳祝年. 焊接工程師手冊［M］. 北京： 機械工業出版社， 2002.

［2］ 史耀武. 中國材料工程大典 第23卷 材料焊接工程（下）［M］. 北京： 化學工業出版社， 2006.

［3］ 中國船級社. 材料與焊接規范［S］. 2006.

［4］ AWS D1.6 Structural Welding Code - Stainless Steel［S］. 2007.

Discussion of Stainless Steel Clad Plate Welding in Chemical Tanker Repairing

Xue Jiang-shan， Yang Hui， Ren Shao-qi
（COSCO （Shanghai） Shipyard Co.， Ltd.， Shanghai 200231， China）

Stainless steel clad plate is a material for chemical tankers in common use， the welding procedure of which is one of the key technologies for chemical tanker repairing. Through the analysis of the welding characteristics of stainless steel clad steel， the welding notices and the selection of main welding parameters， it discusses the welding produce of stainless steel clad plate in chemical tanker repairing.

stainless steel clad plate； welding； chemical tanker

U672.1

A

10.14141/j.31-1981.2016.01.009

薛江山（1981—），男，工程師，研究方向：船舶與海洋工程設計。