大型机械设备中特厚高强度板焊接施工技术初探

徐恒

（中交二航局结构工程有限公司，湖北 武汉 430416）

随着现代工程机械设备日益向大型化、超大型化发展，一般厚度、强度钢材已不能满足其使用性能要求，特厚高强度钢得到日益广泛化的应用，如大型、超大型起重机基座和臂杆、海洋作业平台桩腿、其他工程机械设备要求高强度的关键区域部件等，但这类特厚高强度钢的焊接难度较大，焊缝无损探伤一次性合格率低，返修率高，质量隐患较大，甚至可能导致产品报废，因此实验摸索出一套适合此类钢材的焊接工艺流程既是重点也是难点。

1 主要施工条件以及施工特点

以此次承建的深水三用多功能工程船RS4578上旋转吊

机建造为例，特厚高强度板(厚度100mm)的焊接施工技术是保证设备建造质量、工期的关键之一。特厚高强度板的焊接施工有如下几个特点：（1）没有具体的规范、案例可依。（2）母材厚度达100mm,焊缝填满焊接量大，且焊缝的长度超长。（3）现场环境复杂，焊接不确定性因素多，质量保障难度增加。（4）母材碳含量高，敏感性强极易出现冷裂纹。（5）焊接冷却后收缩量大，焊接残余应力与变形不易控制。（6）钢板厚度达到100mm，出现层状撕裂隐患大。在焊接施工过程中要充分考虑其材料特性以及焊接工艺特点，选择适合的焊接技术方法以及工艺，规避对超厚板焊接不利因素，从而保证焊接质量，满足工程机械设备使用性能要求。

2 焊接工艺方法

为满足焊缝低温冲击韧性要求，焊接采用多层多道焊焊接方法，不能采用单面焊一次成型焊接方法，单面焊一次成型这种大线能量的焊接方法，高效率的热输入集中进行或者母材和焊缝的冷却速度较慢，金属组织软化或脆化现象就极易出现在焊接热影响区域；若是母材和焊缝冷却速度快，金属组织淬硬现象又比较容易出现在焊接热影响区，金属组织冷裂纹和韧性又有下降的趋势，故而借助多层多道焊的施焊方法来加强层间温度的控制，严格控制好焊接线能量的输入，焊后还需进行消氢处理。其次，针对超厚度的焊接的结构内施焊和结构大接头处的施焊的区别，焊接工艺也不尽相同，对于大接头处的焊接工艺要充分考虑分段区域以及具体加工厂的建造方法和建造顺序以及焊接设备技术和焊工水平，从而选择与之相适应的焊接方法。

2.1 焊接材料的选取

焊接质量能否达标，焊接材料的选择是否正确是先决条件。对于特厚高强度结构钢的焊接材料的选取，在满足各类行业规范同时，还要考虑要以下因素：首先，超厚板特殊的焊剂性能及成焊特点，基本原则是选择高韧性、低氢焊接材料。其二，经济成本要考虑的重要因素，因为焊接材料成本占建造成本相当大一部分，故价廉物美是选材的重要标准之一，还要考虑考虑焊材采购周期，焊接材料采购根据工期要求适当提前，最后是要对焊接材料进行随机取样送检认证。结合上述几方面，此次选取焊丝：H08Mn2E；焊剂：SJ101。并提交相关第三方检验机构认证认可。

2.2 焊前准备

焊前准备是工程机械设备高强度特厚板焊接的常规工作，同时也是非常重要的工作，主要分两个方面：

下料处理：首先对钢板进行均匀加热，加热方式电加热片、加热枪均可，加热至120~150℃后进行切割下料，火焰切割边缘产生的氧化皮、弧坑均要去除直至露出金属光泽，处理方式可采用打磨或者机械加工，确保切割边缘无可能影响焊接质量的缺陷，如：裂纹、缺口、弧坑等，另外边缘还需平整光顺。钢板进行预处理时钢板矫平的程序不能省略，母材的平整度超范围也是不允许的。

焊前预热：预热分三个阶段：焊接前加热、层间温度控制、焊接后加热及保温，每个阶段都要严格一步一个脚印的执行预热工艺要求。焊前预热是通过马氏体自回火作用提高抗裂性来防止焊接裂纹的，降低马氏体转变时的冷却速度，预热温度控制在120～150℃区间，火焰加热器或者电加热毯是常用的预热措施。层间温度控制是为使热影响区的韧性下降出现脆性混合组织，使冷却速度（500～800℃间）低于临界冷却速度，因此应避免层间温度过高，层间温度最高不能高于200℃。后热处理是为降低焊接接头扩散氢含量，提高接头的总体性能指标，减弱焊缝脆性，要对焊缝两侧150mm范围内进行后热处理，使用电脑控制的电加热毯，温度控制在220～250℃，保温时间2h，处理完后，对焊缝区域正反面采取包裹措施进行缓冷。三个阶段温度控制检测位置均为焊道两侧至少75mm的范围，工业测温枪是常用的测量工具，需使用定期校验合格的测温枪。另外培养合格高水平有工匠精神的焊接操作人员也至关重要。

2.3 坡口形式

坡口的选择主要是从两个方面考虑：（1）板材厚度；（2）施焊位置。因超厚板焊接收缩量大的特性，宜结合设计文件要求，选择不对称的坡口形式（如：1/3t，2/3t）并采取适当反变形措施，先一面焊接，然后反面碳刨、再焊接，如果与设计要求有冲突，提前与设计沟通确认，具体角度以焊接工艺评定最终结果为准，同时选用合理的节点，保障Z向性能。

2.4 焊接过程控制措施

由于工程机械设备高强度要求关键部位结构复杂，不同部位具体焊接控制要求也不尽相同，终极目的是控制焊接收缩变形，减小结构内应力。控制要点如下：（1）起弧前在焊接试板上调试电流，不能在焊缝或者母材上面调试焊接参数，焊接时引弧熄弧在引熄弧板（坡口内）进行，严禁在非坡口区域母材表面引弧。（2）定位焊接区域预热也应该严格按照工艺要求执行，母材上尽量避免非必要的临时点焊。（3）保证施焊的连续性，中途不能随意停止，要保证熔敷的金属厚度与母材厚度比大于2/3。（4）施焊过程中，焊道要控制好厚度，既要避免太厚，也要避免太薄，焊道宽度也要严格控制，严格控制在焊材直径的2.5倍范围以内。（5）起熄弧点因出现突变，易出现应力集中，每层焊道断点位置要避免重合，应间隔50mm以上，焊道边角处后再开始焊接下一道焊缝，把夹渣、咬边及气孔等缺陷隐患提前消除掉。（6）焊接过种中每名焊工需配一名打磨工，完成一道焊缝后需进行外观检查，出现不规整的部位及时打磨处理，然后焊接下一道焊缝，施焊完成后，焊缝临近表面飞溅及不规整光顺的地方要整改清理好。

2.5 焊接工艺参数

决定焊缝质量的至关重要因素之一是焊接热输入量大小、效率，直接决定了焊接接头成型后相组织特点和性能，要控制好焊接热输入量就应选择合适的电流、电压、焊接速度等工艺参数。根据不同的焊接方法制备具体的焊接实验试件，从而确定与现场环境一致情况下的焊接工艺参数。

3 质量保证体系

在进行焊接质量控制时，坚持TQC(Total quality control)的基本思想，进行全员、全方位、全过程质量控制，产品质量的保证关键在过程控制，严禁不合格产品流入到下一道工序，加强检验停止点的落实控制，加强过程巡检记录，及时总结纠偏，不断完善改进质量管理体系，重点从以下几个方面着手：（1）完善体系文件，促进质量管理体系健康有序运行，尽量消除职能实施、过程接口不协调的现象，让质量要求和管理过程标准化、清晰化，减少人为主观因素的影响，为质量法治环境奠定基础。 （2）提高全员综合素质，全员学习体系文件，应知应会体系文件，保证质量管理体系文件有效实施。（3）让管理人员成为完全执行体系文件的典范，实现质量管理体系自主管理。（4）建立企业管理的长效机制，不断提高企业的凝聚力，控制技术骨干人才的流失。

4 结语

通过对EH36超厚度钢板焊焊接工艺的分析总结，结合金属工艺、焊接理论知识及生产实践经验依据，摸索出了一套简单易行、高效、焊接质量可靠的工艺方法。焊接方法也是一门试件科学，影响构件焊接结果的因素、参数很多，需充分理论联系实际，在日常工作中需要做好各类焊接情况记录，每季度总结分析一次，不断纠偏，找出规律，寻求改善的工艺方法，进而提高焊接质量和生产效率。