埋弧焊在汽車滾裝船薄板大合攏對接焊縫中的應用

■ 張芳杰，郭金翔

1. 概述

埋弧焊作為船舶建造中非常重要的焊接方法，被船廠廣泛應用于船體平直部分的內外底板、甲板板、縱/橫艙壁板的拼板；也可采取CO2打底+埋弧焊蓋面的混合焊接方式，用于船體大合攏的內底或甲板的合攏對接焊縫，以提高焊接質量，提升焊接效率，縮短建造周期。

隨著船舶市場的多元化發展，汽車滾裝船的需求逐年遞增。而車滾船因重量和平穩性的控制要求，其主甲板以上的甲板多采用5.5～7mm薄板作為裝載車輛的甲板，由此帶來了大量薄板對接縫在船臺的中組立和大組立中產生。通常這類焊縫均采用CO2打底和蓋面的手工方式來完成，以控制薄板對接焊縫的焊后變形，減少焊后變形的矯正工作量。但這種方式的生產效率低，造成建造周期延長。

2. 薄板大合攏對接焊縫傳統的焊接方式

由于埋弧焊熱輸入大的特點，為防止焊接變形，在船臺中組立和大組立的搭載過程中，薄板的縱/橫向對接焊縫，通常普遍采用手工CO2氣體保護焊的焊接工藝來完成。由于焊工個人技能水平高低差距的限制，速度快慢的差異，以及個人主觀意識的隨意性，導致這種方法存在以下缺點：①焊縫外觀成形不美觀，焊后打磨量大，焊縫的質量不穩定。②操作工人勞動強度大，生產效率低，船臺建造周期較長。

而與之形成鮮明對比的油輪、散貨船和箱船等船舶，其甲板、內底板等平面對接焊縫位置在中組立和大合攏階段的焊接，由于板厚大多是14mm以上的厚板，普遍采用采用CO2手工打底、填充，埋弧焊蓋面的焊接方法，使得焊縫的成形、質量均得到很大提升，焊后除個別接頭簡單處理外，幾乎無需打磨，焊接生產效率大幅提升。

如何讓埋弧焊在汽車滾裝船的大合攏縱、橫對接焊縫上發揮作用，既控制了焊接變形，又提高了焊接效率，正是我們需要摸索和探究的課題。

3. 薄板大合攏對接焊縫埋弧焊的試驗和實施

通常埋弧焊在船舶搭載階段多數運用于厚板，且使用φ4～φ5mm焊絲，焊接參數遠遠大于手工CO2的焊接參數；相對于薄板焊接而言，其焊接熱輸入大，焊接工藝難以控制，無法得到滿意的焊接結果。為此我們進行了深入研究，摸索其薄板埋弧焊參數。

對于薄板的焊接從效率、焊接質量及焊接變形上考慮，只有采用高速焊接，才有可能降低焊接熱輸入，控制焊接變形，提高生產效率。經過多次焊接試板試驗，找出了薄板埋弧細絲自動焊蓋面的焊接參數變化的規律，積累了一定的焊接參數數據。

結合試驗取得的工藝參數，我們在某Ⅰ型汽車滾裝船上采用CO2手工打底+埋弧細絲焊蓋面的焊接工藝，進行整船的大合攏縱/橫焊縫的焊接；并進行了設備電流/電壓、焊接速度、焊接變形和焊接質量等跟蹤記錄，以驗證試驗過程中工藝參數的正確性。

在實船實施過程中，采用焊機ZX7—630，焊接材料選用了φ3.2mm焊絲CHW—S3；焊劑CHF101，焊接母材厚度為5.5mm。

圖1

圖2

表1 某Ⅰ型汽車滾裝船第七/八甲板薄板大合攏縱橫焊縫埋弧焊跟蹤記錄

該Ⅰ型汽車滾裝船共九層裝載汽車甲板，其中六甲板為活動甲板，其余甲板板厚為：一甲板（內底板）10mm、二/三/四甲板6.5mm、五甲板14mm、七/八甲板5.5mm、九甲板7mm。我們重點對二/三/四/七/八/九甲板的薄板大合攏縱/橫焊縫的埋弧焊進行了跟蹤。表1為七/八甲板跟蹤記錄。

實施過程跟蹤圖片及最終效果如圖1所示。汽車滾裝船上采用CO2手工打底+埋弧細絲自動焊蓋面的實踐如圖2所示。

試驗和實施過程中應關注的幾個問題及解決方法：

第一，適當提高埋弧焊的焊接速度，可減小焊縫熱影響區，焊件受熱均勻，變形能得到較好的控制。

第二，焊接順序應按以下主要步驟進行控制，否則易造成焊接應力無法釋放，板縫間隙的變化和甲板的變形：①先焊甲板縱向對接板縫，再焊甲板環形對接板縫。②先船體結構的合攏對接焊縫，再焊船體結構的角接縫。

第三，若采用φ2.0mm焊絲，由于其焊絲直徑與手工CO2焊絲φ1.2mm相差0.8mm，其成形雖然優于手工焊，由于填充金屬量有限（時常會出現焊縫不飽滿低于母材的現象，需人工進行二次修補），埋弧焊高效率未能體現；在綜合考慮焊接速度對單位時間內的焊接熱輸入的影響，與焊材填充量之間關系的前提下，故在實船實施中采用了φ3.2mm焊絲。

第四，若手工CO2打底焊過寬時，埋弧焊高速蓋面時，焊縫會出現未熔合（即單邊現象，需人工進行二次修補），故合攏焊縫的裝配間隙應控制好，最好在6mm左右，且板縫無需開坡口；另外，手工CO2打底焊的擺幅不宜過大，以控制焊縫的寬度。

第五，若手工CO2打底焊高度不夠時，埋弧焊蓋面焊接速度將降低，焊接熱輸入增加，則易造成焊穿，以及板材變形量隨之增加；而打底焊過高時，則易造成埋弧焊蓋面焊縫出現“凸”變形，焊后需要打磨處理，焊接效率將打折扣。

因此，在整個實施過程中，手工CO2打底焊的好壞，也決定了整道焊縫的成形和質量。

通過上述跟蹤圖表可以看出，其大合攏焊縫的變形是可控的，產品質量是可以保證的，其工效顯著提高。其母材板厚為5.5mm時，焊接電流250～300A，電弧電壓30～35V，焊接速度29～30cm/min。為后續的汽車滾裝船Ⅱ型（十一層甲板）、Ⅲ型（十三層甲板）大合攏薄板對接焊縫的焊接，采用埋弧焊蓋面的焊接方法奠定了基礎。

表2 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝船埋弧焊蓋面與手工CO2蓋面船臺周期的提升數據

表3 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝船手工焊焊后打磨成本比較

表4

4. 薄板大合攏對接焊縫埋弧焊運用的工效和成本提升

在上述Ⅰ型實船及后續的Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝船實踐過程中，同樣進行了詳細的工藝參數、變形控制和無損檢測等質量、工效和成本的跟蹤。以下重點簡述其船臺建造周期工效的提升和焊縫打磨的成本節約對比數據（見表2、表3）。

從表2、表3可以看出，埋弧焊在Ⅱ、Ⅲ型汽車滾裝上提升空間和節約的成本尤為明顯，該方法值得在大型車滾船上推廣運用。

根據跟蹤數據的匯總，埋弧焊用于船體大合攏焊縫的蓋面時，其工藝參數建議如表4所示。

5. 結語

經過上述試驗及實船上的焊接實踐與改進，在薄板大合攏焊縫的埋弧焊蓋面上，積累了一定的經驗和數據，解決了埋弧焊焊接熱輸入大，薄板焊后變形量大的問題，工效得到了大幅提高，船臺周期縮短，人工成本和材料成本都有了很大的節省。

就其應用有以下幾個優勢：

（1）焊縫成形 由于埋弧焊是機械化控制，焊接過程連續、焊接參數穩定，所以焊縫成形的美觀度優于手工CO2蓋面。

（2）焊接效率 埋弧焊焊接時可連續送絲無需停歇，而手工CO2焊接無法做到連續作業，從船臺周期對比表格中就可以看出，此單項工程可為船臺周期爭取10天左右。

（3）焊接質量 由于埋弧焊連續焊接的特性，減少了焊接接頭的修補，從NDT的檢測結果也能看出其質量的穩定性。

（4）成本節約 由于其外觀成形好，且焊縫連續、接頭少，焊后打磨幾乎可忽略不計，從而大大降低了后期打磨的工作量及砂輪片的損耗。僅砂輪片一項，全船可節約成本5221.59元（Ⅰ型）。

（5）焊后變形量 從甲板埋弧焊蓋面后的甲板變形數據跟蹤表，可以看出甲板焊縫凸、凹變形在可控范圍內；相比于手工CO2蓋面，焊縫的變形和收縮量，對甲板的平整度和艙容數據的影響也在可控范圍內。

綜上所述，埋弧焊在汽車滾裝船的薄板大合攏焊縫上得到了充分的發揮和運用，對船廠縮短船臺建造周期，提高工效，提升產品質量，起到了積極的作用。