EH36钢中厚板焊接焊缝表面成型控制研究

EH36钢中厚板焊接焊缝表面成型控制研究

石勇     ,陈鹤

大连，海装沈阳局驻大连地区军事代表室 ，116000

大连，大连船用阀门有限公司，116000

摘要：

由于以往承建的舰船主要是由较薄的钢板焊接而成，对中厚板焊接经验不足，特别是焊缝成型控制不理想。本文通过对18mm厚的EH36钢进行焊接工艺评定试验，为将来承建的外板厚度为18mm～35mm的中厚板的船舶焊接施工提供技术支持。在焊接工艺评定试验实施过程中由于坡口类型选择问题，致使焊接试样的焊缝表面成型质量总是不符合《船体焊缝表面质量检验要求》的相关规定。经对焊缝表面缺陷进行分析，选择与板厚相适应的坡口类型，改善了表面成型质量，达到了标准要求。

关键词：EH36；中厚板；表面成型；坡口；焊接；

一、引言

本文通过对厚度为18mm的EH36级钢的焊接评定过程中产生的表面成型缺陷的问题进行分析，经过详细论证主要是因为坡口类型选取不适当，在查找出原因后，对中厚板焊接选择相适应的坡口类型进行优化，改正了此类缺陷。

二、造成焊缝表面成型不美观原因分析

在此次焊评试验中出现的问题，主要是部分平对接试板和立对接试板焊缝表面出现焊缝波纹较粗、焊缝金属滴落形成焊瘤、两边焊缝熔合线弯曲不齐、焊缝焊道表面呈现出类似于哑铃状形态等问题。由于焊缝表面成型不美观由很多原因引起，现将所有原因进行汇总，使用排除法找出这两种焊接试板发生这种情况的原因。

（一）试板坡口清洁度原因

在焊评试验开始前已经使用砂轮机将所有焊接试板的坡口面和坡口两侧30mm范围进行打磨至见金属光泽，完全清除了表面污物和车间底漆，故而排除了表面清洁度对表面成型的影响。

（二）焊接规范的选用

焊接正式试板前，在其它检验试板上进行了焊接规范的调整，焊接电流、焊接电压都已达到比较好的相互适应效果，在实际的焊接操作过程中，盖面时针对不同位置的焊接都采用了相同的电流、电压，所以排除焊接规范对表面成型的影响

（三）焊接角度的原因 

焊接平对接焊缝盖面层时，焊枪与焊接试样表面形成的夹角约为70°～75°；焊接立对接焊缝盖面层时，焊枪与焊接试样表面形成的夹角约为100°～105°。焊接同等位置焊缝使用的角度均保持一致，所以排除了焊接角度对表面成型的影响。

（四）焊接人员技术水平原因

担任本次焊评试验项目的，均是车间选拔出的责任心强，技术过硬，参与过多型船舶焊接工作的工人，在工厂内代表了比较高的焊接技术水平，因此排除了此项原因。

（五）坡口类型的选取原因

在此次焊接试验中，采用的坡口型式为带陶质衬垫的单面焊双面成型V型坡口（以下简称V型坡口），选用此种坡口主要考虑到它具有如下几种优点：坡口加工方便，且只需加工一次即可；焊接单面焊缝就能达到双面焊的效果，确保焊透；在实际建造焊接的过程中，可将坡口朝向有利于焊接的环境，降低施工难度和对施焊人员健康的危害。

根据相关标准要求，V型坡口的坡口角度为40°～60°之间，平对接坡口间隙为7±1mm，立对接坡口间隙为5±1mm，在实际的试板对接定位焊时，严格控制平对接坡口间隙为7mm，立对接坡口间隙为6mm。焊缝宽度应为坡口宽度两侧各增加2mm，在使用测量工具对焊缝实际宽度进行测量后，得出平对口焊缝宽度与立对口焊缝宽度均为24mm～32mm之间，均处于设计焊缝尺寸范围内。

但在焊接过程中通过观察发现，由于个别焊接试板坡口边缘宽度过宽，在焊接盖面层时，焊丝与母材熔化所形成的熔池极难控制，在由坡口一端移动到另一端时，如果速度稍快就会产生焊缝波纹粗劣的现象，移动速度稍慢，在重力作用下就会产生焊瘤。当熔池移动到坡口边缘时，为使此处完全熔合，焊接速度稍慢，并且护目镜在焊接过程中视野狭小，造成了焊缝熔合线弯曲不齐，而且呈现出两边坡口边缘焊肉大，中间焊肉小的哑铃状形态。所以初步认定本次焊评试验所造成的焊缝表面缺陷主要是由于在板厚较厚的情况下，V型坡口边缘距离过大，导致焊接坡口的盖面层时对焊接工人的技术要求极高，焊接难度过大。

为最终确定此次焊评焊缝表面缺陷是坡口选型不当造成的原因，采用相同的母材材质、焊接人员、焊接角度、焊接规范参数和坡口处理型式，分别对14mm、15mm、16mm厚度各两组试板进行现场焊接试验，均显示焊缝表面成型良好。

通过对现场所有的焊接试板进行测量对比，发现当最大焊缝宽度在25mm～26mm时，还是能够保证比较好的焊缝成型质量的，但是当焊缝宽度超过此范围后，焊缝表面成型质量下降幅度很大，而且在焊接大于18mm厚的板材同时根据工厂平均技术水平的情况分析，这种缺陷会表现的更加显著。

三、解决的方法

为消除这种表面成型缺陷，并在相同的条件下相对的提高工厂焊接工人的整体焊接技术水平或者说降低中厚板的焊接难度，就需要减小焊缝的表面宽度即减小坡口边缘的净距离。对此我提出了两种方法，均能有效的改善焊缝表面成型质量。

（一）对V型坡口参数进行控制

在使用V型坡口焊接18mm厚度的焊接试样时，严格控制坡口角度，参照相关标准规范的要求，将试板的坡口角度尽量限制在40°～45°范围内，即可控制坡口边缘最大净距离为22mm(45°时)，则焊缝的最大宽度为26mm，对工厂的焊接工人技术水平来说，也是有一定质量保证的。

选用其它型式的坡口

通过对所有坡口型式的认真研究，确定了使用单面焊接背面清根后焊接的非对称X型坡口（以下简称X型坡口）。它主要有以下几种优点：加工方便，可采用与V型坡口相同的加工方法和加工设备；因为采用了双面坡口，大幅缩短了坡口边缘的净距离，降低了焊接施工的难度；减少了粘贴陶制衬垫的过程，降低了生产成本和焊接辅料管理的难度。

采用X型坡口，在实际的船舶建造过程中可将小坡口朝向船内侧，大坡口朝向船外侧的布置方式，在具体施焊时先焊接小坡口，背面使用砂轮机或碳弧气刨进行清根，再进行背面焊的焊接方式，采用这种焊接顺序，减少了焊接工人在船体内部相对封闭空间的焊接作业时间，避免了气刨工在船体内部的碳弧气刨作业，而且船体外部空间空气流通，能有效减少焊接和气刨产生的有害气体对健康的危害。

在后续的焊接评定试验中，分别选用了三组X型坡口焊接试板进行焊接，焊后检验显示表面成型良好，焊缝波纹均匀致密，无焊瘤产生和哑铃状缺陷，两侧熔合线完全熔合且处于一条直线上，达到了改善焊缝表面成型质量的目的。

四、对中厚板厚度范围的应用

通过对本次焊接评定结果的逆向测算，得出工厂现有焊接技术工人可以在焊接36mm厚板时也能够保证焊缝表面成型质量的技术水平，见图1。在今后的实际施工焊接过程中，当板厚不大于20mm时（坡口角度取最小值），可使用任意一种坡口型式进行对接焊焊接施工，但考虑到坡口加工方式和实际焊接需要，一般可采用V型坡口。而当进行大于20mm 且小于36mm厚度板材的对接焊焊接施工时，最好采用X型坡口。

图1

五、焊缝表面缺陷的返修

在焊接施工过程中即使坡口类型符合要求，也会在特殊情况下出现表面成型缺陷，如焊接工人技术水平较低，焊接机器出现问题，坡口边缘加工不整齐等等。当焊缝表面出现缺陷时，也要进行一定程度的返修处理。当焊缝表面存在焊瘤时，使用砂轮机或气刨将其清除；焊缝两边熔合线弯曲不齐或产生哑铃状形态时，应使用砂轮机对熔合线进行打磨光顺，但应注意不要在打磨处产生凹型缺陷，降低焊缝强度。当焊缝表面产生凹槽，且深度大于1.5mm时，可使用砂轮机打磨后补焊，再进行打磨光顺处理。

六、结论

本文通过EH36级钢中厚板的焊缝表面成型控制情况，对焊接时选用的坡口进行分析，对不同厚度的中厚板焊接选用不同的坡口类型，达到了改善焊缝表面成型的目的，为将来工厂承接此厚度范围的钢材建造的船舶焊接提供有力支持。

参考文献

1  中国船级社.《材料与焊接规范 2012》

2  CB/T 3190-1997.  《船体结构焊接坡口型式及尺寸》

3  GB/T 3802-1997.  《船体焊缝表面质量检验要求》