船用高强钢双丝埋弧焊工艺研究

2024年3月24日发(作者：最美钢笔行书书法欣赏)

焊接技术　

文章编号：２０３０／ＳＧ（２０１１）０４—０８　

船用高强钢双丝埋弧焊工艺研究　

刘海清徐雁飞吕德华胡建华汪亮　

摘要：造船业采用高效的　

上，其焊接速度比单丝焊快２５％　

围。　

双丝埋弧焊法，在焊接线能量一　以上，对厚板焊件快５０％一７０％。　

为尽可能提高焊接效率，满　

定的条件下，针对性很强地匹配　

（１］　

足大生产的需求，本认可试验拟　

各焊接参数以获得符合规范要求　

本课题选用２０ｒａｍ、３０ｒａｍ两种　

采用双面单道焊方式。焊接２０ｒａｍ　

的焊接接头，同时满足ＣＣＳ有关　厚度的船用高强钢ＤＨ３６，按ＣＣＳ　和３０ｍｍ厚度钢板，因而熔深应达　

焊接工艺认可要求。　

（中国船级社）《材料与焊接规　

到熔透的要求。众所周知，焊接　

关键词：双丝焊焊接参数　

范》的技术要求，开展双丝埋弧　电源的电特性、焊接电流密度、　

热循环结晶角度　．　

自动焊船厂焊接工艺认可试验研　

电弧的倾角等对熔深都是有较大　

究。　

影响的。根据双丝埋弧焊的特性，　

前言　

熔透性由前丝承担，而后丝主要　

现代造船业的发展对焊接技　

一

、

试验研究方案　

起到补充填充和改善成形的作　

术的要求越来越高，而各种新焊　据ＣＣＳ《材料与焊接规范》　用。前丝采用直流反极、大的焊　

接方法的不断出现和应用，极大　

２００９版第３篇第３章焊接工艺认　接电流密度和前倾的电弧角度均　

地提高了焊接质量和效率。其中，　可之３．１．４．３焊接工艺规程对钢　有利于增大熔深。其中，电流密　

双丝或多丝埋弧焊无疑是・种较　材的适用范围规定：　

度在焊接电流和焊丝直径一定的　

先进的高效焊接方法：　“（１）对每一强度级别的钢　条件下，电弧电压越小（弧长越　

１、单位时间熔敷金属量提　材，适用于与试验母材韧性等级　短），电流的密度越高，电弧的穿　

高，减少了焊接道次，不需清渣，　相同或较低的钢材　

越性越强。因此，采用较低的电　

清根工序，大幅度提高焊接效率。　

（２）对每一韧性等级的钢　弧电压便可在获得尽量大的焊缝　

在一定钢板厚度适用范围内均能　

材，规定屈服强度小于或等于　熔深时而焊接热输入量尽量小。　

实现双面单道焊。　

３９０Ｎ／ｍｍ。的钢，适用于与试验母　

后丝则选用较小的焊接电流　

－

２、通过合理的焊材和焊接规　

材强度级别相同或低两个等级的　与大的电弧电压相匹配。因为前　

范参数的匹配可获得成形优良、　钢材；……　丝用大的焊接电流，单位时间内　

性能满足技术要求的焊接接头。　

．

（３）当采用热输入大于　熔敷金属量也大，如果不控制后　

３、在大型船舶常用厚度范围　

５０ＫＪ／ｃｍ的焊接方法时，焊接工　丝的焊接电流则势必造成前、后　

的钢板对接接头可不需开坡口，　艺仅可覆盖于试验母材韧性等级　

丝熔敷金属量叠加致使焊缝成形　

大量地减少了钢板前期预处理的　

相同，强度低一个级别的钢材。”　

后余高过大，而不符合船舶焊缝　

工作量。　

因此，选择双丝在埋弧焊焊　

表面质量要求。（见ＣＢ／Ｔ３８０２《船　

据有关文献介绍：对于对接　

接参数的原则是：在热输入量小　

体焊缝表面质量检验要求》）同　

接头坡口焊缝，双丝埋弧焊的熔　于５０ＫＪ／ｃｍ的前提下，保证焊缝　

时，较大的后丝电弧电压可适当　

敷率比一般单丝埋弧焊高４０％以　

的内部和外观质量的同时，焊接　

增大焊缝宽度，改善焊缝成形，　

接头的力学性能满足ＣＣＳ规范对　

提高焊缝成型系数，减少焊接裂　

作者简介：刘海清，男，技师。　

接焊工艺认可试验的要求，以获　

纹产生的机率。　

研究方向：焊接工艺。　

得尽可能大的焊接工艺的适用范　

１、焊接速度的选择：　

２０１１／４科技与管理３３　

《科技与管理》２０１　１年第４期　

焊接电流和电弧电压一定的　效降低焊接线能量，增加熔深、　热输入量见表Ｉ。　

条件下适当提高焊接速度，可有　

提高焊接效率。试板焊接参数及　

表Ｉ试板焊接参数及热输入量　

试板厚度／咖　类别　电流／Ａ　电压／Ｖ　速度　线能量　备注　

前丝　７７０　３５　４４．９　Ｋｊ／ｃｍ　正面　

５＝２０　８２０　３５　７０　

ｃｍ／ｍｉｎ　

４６．４　Ｋｊ／ｃｍ　反面　

后丝　５２０　４８—５０　４４．９　Ｋｊ／ａｍ　正面　

５２０　４８—５０　４６．４　Ｋｊ／ｃｍ　反面　

前丝　９００　３６　５０．８　Ｋｊ／ｃｍ　正面　

５

＝３０　

１０５０　３６　

７０　ｃｍ／ｍｉｎ　

５４．２　Ｋｊ／ｃｍ　反面　

后幺幺　５５０　４８—５０　５０．８　Ｋｊ／ｃｍ　正面　

５２０　４８—５０　５４．２　Ｋｊ／ｃｍ　反面　

２、试验钢板　

钢板牌号：ＣＣＳ　ＤＨ３６　

钢板厚度：Ｔ＝２Ｏｍｍ、Ｔ＝３Ｏｍｍ　

试板尺寸：２００＊ｌＯ００＊Ｔ　

交货状态：控轧　

钢板按ＣＣＳ《材料与焊接规范》验收，验收结果如下表：　

、　

表ＩＩ材料力学性能（Ｔ＝２Ｏｍｍ）　

类别　ＲｅＨ　ＲＥ。　Ａ　Ｒｅ／Ｒｍ　ＫＶ２　

Ｎ／ｍｍ　Ｎ／ｍｍ　％　％　Ｊ（一２Ｏ℃）　

检测结果　４３５　５５５　２９　７８　２２７　２１７　２２３　

表Ⅲ材料化学成份（Ｔ＝２Ｏｍｍ）　

Ｃ　Ｓｉ　Ｍｎ　Ｐ　Ｓ　Ａ１Ｓ　Ｎｂ‘　Ｔｉ　Ｃｒ　

类别　，　

％　

　，

检测结果　Ｏ．１６　０．３０　１．４３　０．０ｌ９　０．００３　０．０３３　０．０２４　０．Ｏｌ５　０．０４０　

３、焊接材料　

焊丝、焊剂按ＧＢ５２９３《埋弧　见表Ｖ。　

焊丝ＨＩＯＭｎ２　４ｍｍ　

用碳焊丝和焊剂》验收，其熔敷金　

焊剂ＳＪｌ０１　属力学性能见表Ⅳ焊丝化学成分　

表Ⅳ熔敷金属力学性能（Ｔ＝２Ｏｍｍ）　

ＲｅＨ　Ｒｍ　Ａ　Ｒｅ／Ｒｍ　ＫＶ２　

类别　

Ｎ／ｎｕｎ２　Ｎ／ｒａｍ　％　｛　Ｊ（一２０￣Ｃ）　，　

●　

检测结果　４６０　５５０　２９　｜　１３５　Ｉ　１３９　ｌ４２　

表Ｖ熔敷金属力学性能（Ｔ＝２Ｏｍｍ）　

Ｃ　Ｓｉ　Ｍｎ　Ｐ　Ｓ　Ａ１Ｓ　Ｎｂ　Ｔｉ　Ｃｒ　

类别　

％　

检测结果　０．０６７　０．２６　１．６１　０．０１６　０．０１５　ｆ　ｆ　｝　｝　

●　

３４科技与管理２０１１／４　

焊接技术　

４、焊接设备　

前丝ＣＰＭＲ．１５００　直　

流焊机　

一　

Ｉ

Ｉ

后丝．ＫＲＶＭＬ一１５００　交　

２　当钢板厚度Ｔ＝３０ｍｍ　

流焊机　时，钝边１４ｍｍ，开Ｘ形对称　

５、焊缝坡口　９０。坡口，这样较大角度的坡　６、焊接调整前后焊丝调　

ｌ１当钢板厚度Ｔ＝２０ｍｍ　口，既有利于熔深又可减少焊　

整参数　

时，不开坡口、不需清根双面　缝余高，不需清根。　

对前后焊丝调整如下：　

单道焊。　

Ｌ：前焊丝　Ｔ：　后焊丝　

前倾８－９。，焊丝伸出长度３５ｍｍ　后倾ｌ５。，，焊丝伸出长度＂４０ｒａｍ，两丝间距　

３０ｒａｍ　

直流反极　’　交流　

７、焊接环境　

２）ＣＢ／Ｔ３９５８《船舶钢焊缝　

与焊接规范》第３篇、第３章３．２．４　

焊接试验在车问进行，环境　

磁粉检测、渗透检测工艺和质量　对接焊工艺试验项目执行，各项　

温度１８。，相对湿度７５—８２％。　分级》磁粉检测Ｉ级合格。　

试验数据合格，满足规范要求。　

二、试验结果　

３）ＣＢ／Ｔ３５５８《船舶钢焊缝　焊接接头性能试验结果见表　

１）焊接试板通过：ＣＢ／Ｔ３８０２　射线照相工艺和质量分级》Ｉ级　Ⅵ，硬度试验结果见表Ⅶ。　

《船体焊缝表面质量检验要求》　

合格。　

焊缝外观合格。　４）性能试验按ＣＣＳ《材料　

表Ⅵ焊接接头力学性能　

试样　Ｒｍ　ＫＶ　（０￣Ｃ）／Ｊ　弯曲　

编号　Ｎ／

ｍｍ　焊缝中心　熔合线　线外２ｍｍ　线外５ｍｍ　

Ｄ＝４ａ，

１８０。　

Ｅ１６５　５６０　３６

５４，４４　８４，７３０，１００　ｌ７０，ｌ７５，ｌ７６　２２９，２３４，２４５　

４件完　

，

Ｔ＝２０　５６０　好　

Ｅ１６６　５４５　４６

，

４３，４３　１０３，８３０，１０２　１０２，１６８，１３０　２０ｌ，ｌ７８，１９４　

４件完　

Ｔ＝３０　５３０　好　

表Ⅶ焊接接头硬度　

试样　ＨＶ１０　

编号　母材．　热影响区　焊缝中心　热影响区　母材　

ｌ７６　ｌ７８　１８０　２ｌ０　２０９　２０４　２２２　２１９

．

２２０　２０８　２１０　１９８　１７５　ｌ７５　ｌ７７　

Ｅ１６５　Ｔ＝２０　

１８０　１７２　１７２　２０５　２００　ｌ９７　２１６　２１２　２１８　２００　１９９　２０７　１７６　１７５　１７５　

ｌ７６　１６８　１７５　２ｌ３　２１６　２ｌ８　２２３　２２９　２２５　２１９　２１６　２ｌ５　１８０　１８５　１８４　

Ｅｌ６６　Ｔ＝３０　

１７２　ｌ７０　１７３　２０５　２ｌ５　２１３　２２１　２２３　２１９　２ｌ２　２１８　２１６　ｌ７３　１８０　１７２　

５）焊接接头宏观和微观组织：　

编号Ｅ１６５、板厚２０ｍｍ焊接接头宏观照片（图片Ｉ），微观照片（图片ＩＩ一图片Ｖ）。　

２Ｏｌ　１／４科技与管理’３５　

焊接技术　

难的。ｆ２］因为焊接线能量的影　

响除通过改变熔合比而影响焊缝　

的化学成分外，还可以改变熔池　

规范要求，焊接线能量选用的量　

化值是适度的。　

５、焊接接头韧性　

以佐证。　

四、结论　

本课题研究成果表明；利用　

国产常规配套焊接材料，采用双　

丝埋弧焊大线能量焊接船用高强　

钢，通过焊接规范参数合理匹配，　

过热程度和冷却速度使ｖ柱晶尺　

寸及Ｙ—ａ转变特性发生变化，过　

大的线能量使结晶时产生粗大的　

柱状晶，热影响区粗晶区扩大。　

同时，由于降低了冷却速度，可　

据表６可见，从母材一熔合线　

焊缝的韧性值的分布规律。其　

中，焊缝的韧性值相对最低，与　

单丝埋弧焊相比这个韧性值也是　

相对较低的，原因如前文所述。　

其焊缝质量和接头性能完全能够　

满足ＣＣＳ规范的技术要求。　

能得到较多的边界铁素体。在合　

金含量较高的焊缝会形成Ｍ—Ａ组　

元和上贝氏体，剧烈降低韧性。　

但是，无论一般强度钢还是高强　

钢的埋弧焊，据笔者积累的数据，　

本次双丝埋弧焊韧性数值的分布　

、

参考文献　

ｌ陈祝年．　焊接工程师手　

因而一般低合金高强钢均要求使　

用小的热输入量。（３）　

焊接参数的选用与匹配既要适应　

规律与单丝埋弧焊基本一致。　

比较相片３、４、５（Ｔ＝２０ｍｍ）　

册机械工业出版社２００２．１　

２史耀武　

２００５．８　

在实际生产中，线能量以及　

与相片７、８、９（Ｔ＝３０ｍｍ）因为　

两者的母材、焊材、焊接方法及　

有关条件一样，仅因板厚不同而　

热输入量略有差异（Ｔ＝２０ｍｍ　

４４．９／４６．４ＫＪ／ｃｍ　

中国材料工程　

大典（２２卷）化学工业出版社　

于车间流水线的生产节奏，保证　

焊缝的致密性与焊缝外形尺寸符　

合要求，同时更要求焊接接头的　

各项力学性能满足规范规定，这　

些都需要认真仔细、反复多次的　

３中国工程机械学会

出版社２００８．１　

焊接　

手册（第２卷）第３版机械工业　

４傅积和孙玉林

１　９９４．６　

Ｔ＝３０ｍｍ５０．８／５４．２ＫＪ／ｃｍ）所以微　

观组织基本相似，既然微观组织　

基本相似，那么它们的力学性能　

差异，从表６、表７的数据可得　

焊接数　

焊接工艺试验来确定。　

用厚度钢板的焊接质量同时满足　

据资料手册　机械工业出版社　

本试验结果显示：保证了适　特别是冲击韧性也就不会有大的　

（上接第２８页）　

钢结构深化设计任务，为生产制　

造的全面展开和顺利进行提供了　

强有力技术支持，而且通过索塔　

拼装在实际施工过程的应用和完　

北京：化学工业出版社，２００８．　

［２］顾纪清。实用钢结构施　

工手册。上海科学技术出版社，　

２００９．　

善，进一步验证了其技术方案正　

确性、可行性和可借鉴性，为该　

［３］刘吉士，李文琪。公路桥　

梁施工技术规范实用手册。北京：　

人民交通出版社，２００１．　类型的钢索塔制造技术提供宝贵　

６结语　，　

的经验，具有指导意义。　

［４］吴小莎，程同庆。安装　

工程施工组织设计实例应用手　

册。北京：中国建筑工业出版社，　

】９９４。　

目前宁波市外滩大桥已完成　

工地吊装Ｊｌ￣ｌＪ通车，通过对索塔　

设计拼装上的上述五个重难点技　

参考文献　

［１］朱兆华，罗顶瑞。大型　

术的研究、控制和应用，不仅准　

确而快速完成了宁波外滩大桥的　

吊装组织设计与方案实例分析。　

２０１１／４科技与管理３９