大型機械設備中特厚高強度板焊接施工技術初探

徐恒

（中交二航局結構工程有限公司，湖北 武漢 430416）

隨著現代工程機械設備日益向大型化、超大型化發展，一般厚度、強度鋼材已不能滿足其使用性能要求，特厚高強度鋼得到日益廣泛化的應用，如大型、超大型起重機基座和臂桿、海洋作業平臺樁腿、其他工程機械設備要求高強度的關鍵區域部件等，但這類特厚高強度鋼的焊接難度較大，焊縫無損探傷一次性合格率低，返修率高，質量隱患較大，甚至可能導致產品報廢，因此實驗摸索出一套適合此類鋼材的焊接工藝流程既是重點也是難點。

1 主要施工條件以及施工特點

以此次承建的深水三用多功能工程船RS4578上旋轉吊

機建造為例，特厚高強度板(厚度100mm)的焊接施工技術是保證設備建造質量、工期的關鍵之一。特厚高強度板的焊接施工有如下幾個特點：（1）沒有具體的規范、案例可依。（2）母材厚度達100mm,焊縫填滿焊接量大，且焊縫的長度超長。（3）現場環境復雜，焊接不確定性因素多，質量保障難度增加。（4）母材碳含量高，敏感性強極易出現冷裂紋。（5）焊接冷卻后收縮量大，焊接殘余應力與變形不易控制。（6）鋼板厚度達到100mm，出現層狀撕裂隱患大。在焊接施工過程中要充分考慮其材料特性以及焊接工藝特點，選擇適合的焊接技術方法以及工藝，規避對超厚板焊接不利因素，從而保證焊接質量，滿足工程機械設備使用性能要求。

2 焊接工藝方法

為滿足焊縫低溫沖擊韌性要求，焊接采用多層多道焊焊接方法，不能采用單面焊一次成型焊接方法，單面焊一次成型這種大線能量的焊接方法，高效率的熱輸入集中進行或者母材和焊縫的冷卻速度較慢，金屬組織軟化或脆化現象就極易出現在焊接熱影響區域；若是母材和焊縫冷卻速度快，金屬組織淬硬現象又比較容易出現在焊接熱影響區，金屬組織冷裂紋和韌性又有下降的趨勢，故而借助多層多道焊的施焊方法來加強層間溫度的控制，嚴格控制好焊接線能量的輸入，焊后還需進行消氫處理。其次，針對超厚度的焊接的結構內施焊和結構大接頭處的施焊的區別，焊接工藝也不盡相同，對于大接頭處的焊接工藝要充分考慮分段區域以及具體加工廠的建造方法和建造順序以及焊接設備技術和焊工水平，從而選擇與之相適應的焊接方法。

2.1 焊接材料的選取

焊接質量能否達標，焊接材料的選擇是否正確是先決條件。對于特厚高強度結構鋼的焊接材料的選取，在滿足各類行業規范同時，還要考慮要以下因素：首先，超厚板特殊的焊劑性能及成焊特點，基本原則是選擇高韌性、低氫焊接材料。其二，經濟成本要考慮的重要因素，因為焊接材料成本占建造成本相當大一部分，故價廉物美是選材的重要標準之一，還要考慮考慮焊材采購周期，焊接材料采購根據工期要求適當提前，最后是要對焊接材料進行隨機取樣送檢認證。結合上述幾方面，此次選取焊絲：H08Mn2E；焊劑：SJ101。并提交相關第三方檢驗機構認證認可。

2.2 焊前準備

焊前準備是工程機械設備高強度特厚板焊接的常規工作，同時也是非常重要的工作，主要分兩個方面：

下料處理：首先對鋼板進行均勻加熱，加熱方式電加熱片、加熱槍均可，加熱至120~150℃后進行切割下料，火焰切割邊緣產生的氧化皮、弧坑均要去除直至露出金屬光澤，處理方式可采用打磨或者機械加工，確保切割邊緣無可能影響焊接質量的缺陷，如：裂紋、缺口、弧坑等，另外邊緣還需平整光順。鋼板進行預處理時鋼板矯平的程序不能省略，母材的平整度超范圍也是不允許的。

焊前預熱：預熱分三個階段：焊接前加熱、層間溫度控制、焊接后加熱及保溫，每個階段都要嚴格一步一個腳印的執行預熱工藝要求。焊前預熱是通過馬氏體自回火作用提高抗裂性來防止焊接裂紋的，降低馬氏體轉變時的冷卻速度，預熱溫度控制在120～150℃區間，火焰加熱器或者電加熱毯是常用的預熱措施。層間溫度控制是為使熱影響區的韌性下降出現脆性混合組織，使冷卻速度（500～800℃間）低于臨界冷卻速度，因此應避免層間溫度過高，層間溫度最高不能高于200℃。后熱處理是為降低焊接接頭擴散氫含量，提高接頭的總體性能指標，減弱焊縫脆性，要對焊縫兩側150mm范圍內進行后熱處理，使用電腦控制的電加熱毯，溫度控制在220～250℃，保溫時間2h，處理完后，對焊縫區域正反面采取包裹措施進行緩冷。三個階段溫度控制檢測位置均為焊道兩側至少75mm的范圍，工業測溫槍是常用的測量工具，需使用定期校驗合格的測溫槍。另外培養合格高水平有工匠精神的焊接操作人員也至關重要。

2.3 坡口形式

坡口的選擇主要是從兩個方面考慮：（1）板材厚度；（2）施焊位置。因超厚板焊接收縮量大的特性，宜結合設計文件要求，選擇不對稱的坡口形式（如：1/3t，2/3t）并采取適當反變形措施，先一面焊接，然后反面碳刨、再焊接，如果與設計要求有沖突，提前與設計溝通確認，具體角度以焊接工藝評定最終結果為準，同時選用合理的節點，保障Z向性能。

2.4 焊接過程控制措施

由于工程機械設備高強度要求關鍵部位結構復雜，不同部位具體焊接控制要求也不盡相同，終極目的是控制焊接收縮變形，減小結構內應力。控制要點如下：（1）起弧前在焊接試板上調試電流，不能在焊縫或者母材上面調試焊接參數，焊接時引弧熄弧在引熄弧板（坡口內）進行，嚴禁在非坡口區域母材表面引弧。（2）定位焊接區域預熱也應該嚴格按照工藝要求執行，母材上盡量避免非必要的臨時點焊。（3）保證施焊的連續性，中途不能隨意停止，要保證熔敷的金屬厚度與母材厚度比大于2/3。（4）施焊過程中，焊道要控制好厚度，既要避免太厚，也要避免太薄，焊道寬度也要嚴格控制，嚴格控制在焊材直徑的2.5倍范圍以內。（5）起熄弧點因出現突變，易出現應力集中，每層焊道斷點位置要避免重合，應間隔50mm以上，焊道邊角處后再開始焊接下一道焊縫，把夾渣、咬邊及氣孔等缺陷隱患提前消除掉。（6）焊接過種中每名焊工需配一名打磨工，完成一道焊縫后需進行外觀檢查，出現不規整的部位及時打磨處理，然后焊接下一道焊縫，施焊完成后，焊縫臨近表面飛濺及不規整光順的地方要整改清理好。

2.5 焊接工藝參數

決定焊縫質量的至關重要因素之一是焊接熱輸入量大小、效率，直接決定了焊接接頭成型后相組織特點和性能，要控制好焊接熱輸入量就應選擇合適的電流、電壓、焊接速度等工藝參數。根據不同的焊接方法制備具體的焊接實驗試件，從而確定與現場環境一致情況下的焊接工藝參數。

3 質量保證體系

在進行焊接質量控制時，堅持TQC(Total quality control)的基本思想，進行全員、全方位、全過程質量控制，產品質量的保證關鍵在過程控制，嚴禁不合格產品流入到下一道工序，加強檢驗停止點的落實控制，加強過程巡檢記錄，及時總結糾偏，不斷完善改進質量管理體系，重點從以下幾個方面著手：（1）完善體系文件，促進質量管理體系健康有序運行，盡量消除職能實施、過程接口不協調的現象，讓質量要求和管理過程標準化、清晰化，減少人為主觀因素的影響，為質量法治環境奠定基礎。 （2）提高全員綜合素質，全員學習體系文件，應知應會體系文件，保證質量管理體系文件有效實施。（3）讓管理人員成為完全執行體系文件的典范，實現質量管理體系自主管理。（4）建立企業管理的長效機制，不斷提高企業的凝聚力，控制技術骨干人才的流失。

4 結語

通過對EH36超厚度鋼板焊焊接工藝的分析總結，結合金屬工藝、焊接理論知識及生產實踐經驗依據，摸索出了一套簡單易行、高效、焊接質量可靠的工藝方法。焊接方法也是一門試件科學，影響構件焊接結果的因素、參數很多，需充分理論聯系實際，在日常工作中需要做好各類焊接情況記錄，每季度總結分析一次，不斷糾偏，找出規律，尋求改善的工藝方法，進而提高焊接質量和生產效率。