某集装箱船螺旋浆浆叶损伤焊补工艺

黄俊晖 罗彪

摘    要：本文介绍了通过MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）对损伤的螺旋桨叶片进行外部损伤修复，修复后的浆叶外形尺寸、硬度、粗糙度、螺距等各项参数，均满足厂家新造浆叶的使用要求。

关键词：固定浆;MIG;G-CuAI10NiF650/Grade Cu3

中图分类号：U661.34                               文献标识码：A

MIG Welding for Repair of Propeller Blade of Container Ship

HUANG Junhui， LUO Biao

（ Guangzhou Wenchong Shipyard Co.， Ltd.， Guangzhou 510727 ）

Abstract： This paper introduces the repair of the damaged blade of the fixed-pitch propeller by metal inert gas （MIG） welding， and the parameters of the repaired blade， such as dimension， hardness， roughness and pitch， met the requirements of the manufacturer's new blade.

Key words： Fixed-pitch propeller; MIG Welding; G-CuAI10NiF650/Grade Cu3

1    概述

螺旋桨是航行船舶必备的推进部件，其在船舶航行中起到推动船舶前进或后退的作用。螺旋桨性能的好坏对船舶航速起关键作用，在新船建造或航行过程中，经常会因为各种原因产生碰撞损伤（如：运输过程、安装过程中产生碰撞损伤;航行过程碰撞到一些硬物损伤等），这些损伤会导致螺旋桨桨叶产生弯曲、变形及裂纹，导致螺旋桨不能正常工作，严重的会影响船舶的正常航行。

一般情况下，大多数的碰损主要出现在螺旋桨桨叶上。在发现桨叶损伤时，如果对整个螺旋桨整体更换，则无论从生产成本、浆叶制作周期及船厂生产周期考虑，都是得不偿失的。事实上，对于某些损伤并不严重的浆叶，完全可以通过用MIG焊接的办法来进行修补，修补后的性能检验合格后，也完全能满足船舶的使用要求。

本文主要介绍某集装箱船螺旋桨桨叶在建造过程中产生碰损，通过MIG焊补对螺旋桨进行修复，修复后的各项参数及性能完全符合制造厂家对新浆的要求，后续船舶运营也未再出现任何质量问题。

2    损伤情况简述

某集装箱船螺旋桨在坞内建造过程中不小心发生碰撞，导致一片浆叶叶尖缺块，且局部大面积损伤，在螺旋桨B叶导边区域产生了一道大约350 mm长的裂纹，螺旋桨背面大约相同位置有一道相同尺寸大小的挤压，在裂纹附近有5～6道细裂纹，螺旋桨的边缘有不同程度的擦伤与崩齿。另外，在裂纹向叶尖端有一块约100*350 mm的擦伤区域，在此区域内有三处崩口，裂纹向另一侧也有崩口，呈锯齿状。

检查具体情况如下：

桨叶沿边在0.8R～0.975R的位置桨叶变形较厉害，沿边R位线性扭曲不符合标准;损伤区域粗糙度及硬度测量超出要求范围;0.8R～0.95R截面螺距有偏差;補焊区域硬度过大，局部桨叶粗糙度超过5μm，超出厂家要求的2.5μm。桨叶损伤示意图，见图1。

由图1可知，螺旋桨的叶片产生严重的损伤，局部的修补已满足不了作为新造船的使用要求，简单的补焊处理不能满足桨叶的质量要求，存在很大的质量风险。在综合考虑成本、节点及工艺质量的情况下，对受损桨叶进行局部切块，重新制作一个毛坯件，采用MIG焊接法进行新旧件对接焊接。

3    修复工艺的论证与评定

3.1   桨叶材质及焊接方法

本船螺旋桨为铜质合金材料，浆叶材质为G-CuAI10NiF650/Grade Cu3，采用的MIG焊丝与桨叶材质一样（焊丝牌号S214）;MIG焊的主要参数有：电源极性、焊接电流、电弧电压、焊接速度、喷嘴孔径及氩气流量等。其中，焊接电流（100 A～120 A）与电弧电压（14 V～16 V）最为关键。

采用MIG焊接的优势：

（1）焊丝与桨叶之间燃烧的电弧，作为热源能更好的融化焊丝与母材金属;

（2）焊接过程中，氩气作为惰性保护气体，通过焊枪喷嘴连续输入到焊接区，可以有效保证电弧、熔池及母材金属免受周围空气的有害作用;

（3）焊丝熔合、冷凝后形成焊缝金属，有效与母材连接，修补后的桨叶基本与出厂加工件一样，满足新船使用要求。

焊接时需注意的事项：

（1）铜的氧化使塑性降低，容易引起裂纹;

（2）导热性强，需要采用预热措施;

（3）合金元素的蒸发和烧损容易促使热裂缝、气孔及夹渣等缺陷产生;

（4）焊接过程中，若焊缝金属凝固前气体未能完全逸出，容易在焊缝中产生气孔;

（5）焊接后焊缝位置需要做NDT探伤，确认无裂纹产生。

3.2   桨叶质量要求

桨叶修补完成后，对焊补后的桨叶进行相关的性能测试，主要包括：

（1）螺距测量;

（2）桨叶线性测量，尤其是破损的0.8R-0.975R位置;

（3）无损探伤检验（PT检验）;

（4）粗糙度测量;

（5）动平衡测量，因本船仅仅修复局部叶片，经厂家认可，认为不影响性能，因此本次修复免做动平衡测量。

3.3  修补工艺及评定

针对本船螺旋桨桨叶实际存在的缺陷，经过充分分析论证，最终确定的修补方案为：切割原损伤旧件，采用与螺旋桨同材质的焊丝材料，通过MIG焊补的方式进行对接焊补修复。

本次修复是一项系统的修复工程，除了具体焊接实操注意事项，还需要满足以下几点基本条件：

（1）对桨叶损伤区域的尺寸、螺距及粗糙度进行测量，目的是确认修补范围;通过尺寸测量，确认购买铜件尺寸大小，新铜铸件的尺寸要比破损桨叶厚度大10～15 mm，从而能保证修补件有足够的余量来进行线性修割矫正;

（2）修补过程中，同步做好修补位置的预热及保温工作;

（3）浆叶新旧件对接区域叶片较厚，成型焊缝高而厚，焊接之前必须开好坡口并打磨光顺;焊缝是单面焊接，每一面按照3 mm的厚度进行堆焊，每一道焊之前需对焊缝进行PT探伤检查，确认上道焊缝无裂纹方能进行下一道焊接工序;

（4）焊接过程中，新件线性矫正应同步进行，焊接完成后，按照厂家图纸要求进行线性修复。

（5）修复完成后，对完工浆叶进行粗糙度、硬度、焊补位置NDT探伤及桨叶螺距等相关参数的复测，确保满足要求。

本次修补的工艺文件及图纸制定后，提交给德国MMG公司及德国劳氏船级社认可，最终由船厂形成施工工艺文件，船东、船检及厂家三方评审认定后实施。

4     修复工艺的实施

4.1   旧浆叶割除

损坏严重的浆叶用砂轮机切割（采用无齿锯片切割），新件根据割除的线性进行修割，新旧件对接焊接位置用与浆叶同样材质的卡码固定好，新旧件装配好（见图2）;焊接前，注意要先开坡口，打磨光顺;注意除了卡码定位外，结合间断焊来固定焊接件。通常分为四段，可有效保证焊接件的变形量。

4.2   新旧浆叶线性弯曲矫正

新更换浆叶部件是直板，旧桨叶片有线型，因此装配完后必须对直板铜件进行弯曲矫正，使其线型与旧桨叶出厂的线性保持一致。具体操作是：浆叶首先地面平放，依次对吸口面与压力面进行矫正。矫正的办法是采用油顶与火烤大锤成型的方式进行结合（见图3，图4）。

4.3    预热、烧焊及PT检验

（1）本道工序开始前，需提前准备的材料有：新购件（与桨叶同材质G-CuAI10NiF650/Grade Cu3）、铜卡码、焊丝（牌号S214）、温度计、保温棉等。

（2）每一面焊接时，必须用数个铜卡码固定焊缝位置两侧，采用间断焊定位，作用是控制焊接件在烧焊过程中的变形;焊接过程中，同时对焊接区域预加热处理，温度小于200 ℃下进行焊接（见图5）。

（3）浆叶焊缝厚度超过50 mm，每一面的每一层焊缝高度不超过10 mm，推荐采用5 mm/层，反复堆焊至单面焊接完成;桨叶压力面焊接完后，通过车间门吊吊翻身至吸口面，采用同样的工序进行另一面的焊接工作（见图6）。吊装过程中，要注意对桨叶叶尖位置的保护，避免吊装翻身过程的二次损伤。

（4）焊接过程中，需对成型焊道进行PT检测，确保焊接过程未产生新的裂纹后才能进行下一道的焊接。具体操作时应注意：① 每一层焊缝焊过程要做好预热保温;② 每一层焊缝都要做PT探伤，如果探伤发现有焊缝有气孔、夹渣等缺陷，必须重新将焊缝磨掉，重新探伤合格方能进行下一步作业;③ 所有焊接作业结束后，要做最后的探伤，提供探伤报告。

4.4   浆叶整体打磨及完工线型修正

全部焊接工作完成后，对桨叶整体进行打磨抛光作业;同时依据图纸要求对桨叶进行线性修整;对接的铜件厚度要留有足够余量，因此相比原桨叶厚度会略厚。此项工作分为两步：一是采用专业大型平磨机，结合车间吊车进行推磨作业;二是细磨作业，在吸口面与压力面磨平后，用砂轮机对桨叶的导边与随边进行细修整。在整个推磨过程中，要时时测量新件区域的厚度，避免推磨过度导致桨叶尺寸超差。

细修整作业完成后，应采用专用的线性测量工具（线性尺）进行弧度比对，确保各R位的弧度线性满足设计要求，并记录好各关键位置的数据。

4.5   完工后桨叶性能参数检测

MIG焊接完成与桨叶整体线形修整后，对桨叶的相关参数进行测量，目的是检测修补后的桨叶各项参数能满足设计要求。其中，要重点测量的参数有：

桨叶0.7R～0.975R（修补位置）的线性检查;

厚度测量;

硬度及粗糙度测量;

螺距测量;

动平衡测试。

5     结论

本次方案的实施，综合考虑了船舶建造中的各项因素，包括桨叶制造周期、船厂节点进度及产品质量风险等，修补过程也严格按照工艺文件实施，过程监控及数据记录齐备，最终提交检验的结果也被船东及船级社认可。

本次MIG焊接修补实施过程中，几乎没有氧化烧损，只有少量的蒸发损失，修补后的桨叶的各项性能检测，也证明了通过MIG焊补的方式进行金属材料的缺陷修补是可靠有效的（見图7），同时也大大降低了生产成本及避免了节点延误风险。