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船舶制造過程中如何選用合適的焊材

2017-10-25

1. 主要產品及常用焊材


我公司為船舶制造單位,產品涉及散貨船、Jack Up、油船、模塊及修理改裝項目。實際生產中焊材主要包含碳鋼、低合金高強鋼、不銹鋼(含雙相及超級雙相不銹鋼)、低溫鋼(316L、9Ni)及鎳基合金(Inconel 625)等。碳鋼及低合金鋼焊接以FCAW為主,超高強鋼仍以手工焊為主,雙相及超級雙相不銹鋼以鎢極氬弧焊為主,9Ni及鎳基合金采用鎢極氬弧焊打底、手工焊蓋面的焊接方法。隨著**焊接技術的推廣,焊條的使用正逐年縮減,自動焊、半自動焊比例逐漸增多。近年來,隨著項目要求越來越嚴格、工期緊張及成本控制等方面的變化,我公司在焊接方法及焊材的選用方面也面臨著越來越多的難題。


2. 主要難題及解決方案


(1)9Ni鋼的焊接  該項目中,9Ni鋼的焊接不僅要滿足高強度、﹣196℃低溫沖擊性能,還要滿足SSC(抗硫化氫腐蝕試驗)要求,而9Ni鋼具有磁性,難消磁,焊接容易產生裂紋,這對我們選擇焊材及制定焊接工藝提出了更高的要求。


首先針對9Ni鋼的磁性問題,我們在焊接前需要進行消磁處理。焊接時,在坡口上方進行定位焊處理,焊接時,坡口兩側磁場消磁,保證了焊接順利進行。對于焊接裂紋,通過分析發現焊材的選用是非常重要的,我公司選用的NiCrMo—3型焊材,與9Ni鋼的線膨脹系數相近,有效減少了焊接熱應力,含碳量與9Ni鋼相近,而wNi=55%~60%,保證了奧氏體組織的含量,避免熔合線出現硬脆馬氏體帶,wC≤0.03%,脆性溫度區間小。采用NiCrMo—3型焊材焊接9Ni鋼,有效地保證了9Ni鋼的低溫韌性,這是由于高的Ni含量有效防止了C的遷移,并且焊縫為奧氏體結構,有效保證了焊縫的低溫韌性。


焊接參數對保證9Ni鋼焊接質量也是極為重要的,此項目中,涉及此材料的焊接為厚壁管,我公司采用GTAW打底,SMAW填充、蓋面的方法進行焊接,為了保證質量節約焊材,坡口設計如圖1所示。為了保證根部焊道成形和焊條電弧焊填充,以及避免出現燒穿現象,打底焊至少要焊兩層,焊縫厚度至少達到6.4mm后,再采用焊條電弧焊填充。焊道布置如圖2所示。


我公司針對9Ni鋼焊接工藝還做了如下規定:熱輸入≤2.2kJ/mm;焊接層間溫度≤100℃;由于9%鋼的熔深淺、穿透力很差,坡口面上很容易產生未熔合,因此當焊接電弧擺動到坡口面上時,做短暫停留以獲得良好的熔合性;在多道焊的蓋面焊道,坡口兩側的蓋面焊道要求外延1~2mm,以保證良好的焊接熔合性。這些均有力保證了9Ni鋼焊接質量。


(2)模塊項目Inconel625復合管的焊接  本項目中Inconel625復合管是由管(碳鋼- API 5L B)+襯層(Inconel625材料,厚度3mm)復合而成。除了要解決Inconel625材料本身的焊接難點外,兩種材料結合層的焊接是極其復雜的,而*需要解決的是復合層Fe元素的稀釋問題,選擇什么材料焊接及焊接工藝成為難題。


 通過規范、規格書的閱讀及試驗,整個焊縫均采用NiCrMo—3型焊材,為了避免Fe元素的稀釋,我們會在坡口內用NiCrMo—3型焊材預堆焊一層(見圖3),之后采用GTAW打底, SMAW填充、蓋面的方式進行焊接。并且為了保障焊接的穩定性,我們選用了國外焊材(UTP A 6222 Mo及UTP 6222 Mo)。對焊接參數及工藝也進行了嚴格的控制,保證了項目的順利進行。


3. 對未來焊接材料發展的一些想法


首先,目前市場競爭激烈,產品的制造要求也日趨嚴格,經常還要面臨工期緊張的難題,我公司目前項目涉及很多特殊焊材(如9Ni鋼、雙相不銹鋼及超級雙相不銹鋼的焊材),這些焊材都需要國外進口,周期特別長,價格也非常貴,希望國內焊材廠家加強研發,提供高質量及高穩定性的產品,這對成本控制及工期都是極其有利的。


其次,超高強度合金鋼焊材,如EQ70,針對6G位置,目前基本使用焊條及埋弧焊絲,我公司試了國內外很多家FCAW藥芯焊絲,低溫韌性很難保證,希望國內外焊材企業,針對此問題,開發出適合生產使用的焊材,這對提高生產率及保障焊接穩定性都是非常有意義的。


**,針對綠色焊接——健康、環保與安全生產,我認為未來焊材的研發要提高其工藝性,減少粉塵、污染、飛濺及噪聲等,減少對環境及焊工的傷害,同時隨著**焊的推廣,希望研發更多更好的自動焊焊材,也希望焊接機器人能更快地在船舶行業推廣,提高生產率,解放勞動力。



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