船用柴油機焊接部件更換焊材的理解和體會

魏寧，印英猛，劉洲

中國船舶重工集團柴油機有限公司 山東青島 266000

1 序言

機座、機架是船用二沖程柴油機的主要固定件，起著支撐和導向作用。機座、機架由B級船板焊接而成，B級船板屬于一般強度船體用鋼，其化學成分和力學性能分別見表1、表2。根據專利方溫特圖爾發動機有限公司（以下簡稱專利方）規范要求，應采用實芯焊絲打底，藥芯焊絲填充、蓋面。專利方推薦實芯焊絲型號為AWS A5.18：ER70S-6，推薦藥芯焊絲型號為AWS A5.20：E71T-1C。在生產過程中，由于質量、價格、交貨期等因素，制造單位會遇到更換焊材的情況，即在焊材型號不變的情況下，由某一種牌號的焊材更換成其他牌號。對于新焊材，制造單位是否可以直接使用，還是需要重新做焊接工藝評定，或是做某一特定試驗，ISO標準及各個船級社規范要求不盡相同[1]。

2 標準中關于焊材牌號變更主要技術要求

（1）ISO標準 專利方規范中，對焊材牌號變更沒有明確要求，故需遵循ISO標準及各船級社規范。ISO 15614-1《鋼的弧焊和氣焊，鎳及鎳合金的弧焊工藝評定試驗》關于焊材牌號變更要求：當在-20℃以下時有沖擊要求，對于ISO 4063中的焊接方法111、114、12、136和132，焊材有效使用范圍限定在評定所使用的焊材牌號。在這種條件下，可使用型號相同、牌號不同的其他焊接材料，前提是焊接工藝評定時采用最大的熱輸入焊接一塊試板，且僅做焊縫金屬沖擊試驗。該條款不適用于型號和化學成分相同的實芯焊絲。

表1 母材及焊絲化學成分（質量分數）① （%）

表2 母材及熔敷金屬力學性能①

（2）CCS（中國船級社）船規 CCS船規關于焊接材料適用范圍的規定：除熱輸入量超過5kJ/mm的工藝外，焊接材料的適用范圍是與焊接工藝評定所用的焊接材料相同等級者，包括后綴。

（3）DNV GL（挪威船級社與德國勞氏船級社）船規 DNV GL船規關于焊接材料變更的規定：當焊接工藝評定試驗要求的沖擊試驗溫度低于-20℃時，需要重新做焊接工藝評定。

（4）LR（英國勞氏船級社）船規 LR船規關于焊接材料牌號變更的規定：①對于手工焊和半自動焊，用于填充和蓋面的焊接材料允許改變牌號，前提是新焊接材料與焊接工藝評定試驗時使用的焊接材料相比，有相同或更高的認可等級，以及相同的藥皮、焊芯、焊劑種類。②單面焊全熔透的對接焊縫，其打底焊道的焊接材料牌號不允許改變。③對于熱輸入量超過5kJ/mm的焊接方法，不允許改變焊接牌號。

（5）ABS（美國船級社）船規 ABS船規關于焊材牌號變更的規定：除熱輸入量超過5kJ/mm的工藝外，焊接材料應與焊接工藝評定時所用的焊接材料具有相同等級，包括后綴。

3 焊材牌號變更示例

（1）焊接工藝評定說明 焊接工藝評定接頭形式為T形接頭對接焊縫，單面焊雙面成形，如圖1所示。焊接方法為半自動焊，采用實芯焊絲打底，焊絲牌號為MG50-6；藥芯焊絲填充、蓋面，焊絲牌號為V-71，保護氣體均為CO2。母材為B級船板，沖擊試驗適用的溫度為0℃；最大熱輸入量＜2kJ/mm。

圖1 焊接工藝評定接頭形式

（2）新舊焊材等級對比 實芯焊絲變更為CHW-50C6SM，藥芯焊絲變更為Weld71T-1。焊接工藝評定用新舊焊材等級對比見表3。

（3）標準分析 關于焊材牌號的變更，ISO 15614-1標準及各船級社規范有不同的要求，見表4。從表4中可以看出，預使用新焊材CHW-50C6SM、Weld71T-1，雖然藥芯焊絲無需做工藝評定，但原始工藝采用實芯焊絲打底，藥芯焊絲填充、蓋面的組合焊接方法，故需要使用新焊材焊制一塊試件，并按標準進行無損檢測及力學性能試驗。

（4）焊接試板 選用圖1的接頭形式，采用之前焊接工藝評定的參數重新焊接試板，焊接參數見表5。

焊接試板時，應注意如下細節：①由于采用單面焊雙面成形工藝，試板組對間隙需嚴格控制在2～4mm之間，以保證根部熔透。②試板鈍邊要求在1mm以內，保證根部熔透。③試板采用單邊V形坡口，留4～5mm反變形量，以免試板焊后變形過大造成取樣困難。④按專利方要求，B級船板焊前預熱60℃，且層間溫度不能超過250℃。

表3 焊接工藝評定用新舊焊材等級對比

表4 焊材變更標準分析

對試板進行無損檢測及力學性能試驗，結果見表6。從表6中可以看出，試件的各項力學性能均達到了標準的規定值。

表5 試板焊接參數

表6 力學性能試驗結果

4 結束語

1）焊材牌號變更試驗，實芯焊絲由MG50-6更換為CHW-50C6SM，藥芯焊絲由V-71更換為Weld71T-1，得到了專利方及各大船級社的一致認可。更換焊絲后，經歷了專利方歷次審核及船級社焊接工廠審核，均未對焊材的使用提出過疑義。

2）對于二沖程船用柴油機，焊接材料的變更涉及到專利方規范、ISO標準及各個船級社規范。分析標準要求時，可從焊接方法、焊材級別，以及焊接工藝評定中沖擊試驗溫度、熱輸入及接頭、焊縫形式入手，制定工作計劃，并上報專利方及船級社審批，可保證焊材更換順利進行。