NO96薄膜型LNG船殷瓦鋼非脈沖氬弧焊焊接工藝探討

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(江蘇熔盛重工有限公司，江蘇 如皋 226500)

液化天然氣船作為天然氣的主要運輸載體，其建造將是未來船舶市場的發(fā)展趨勢。模擬艙作為檢驗一個船廠是否具備建造液化天然氣船資質(zhì)的前提條件，其建造和認(rèn)證有著十分重要的作用。NO96薄膜型LNG船相比其它船型有著更高的技術(shù)要求，殷瓦鋼是此船型貨艙圍護(hù)系統(tǒng)中的主要材料，通常殷瓦鋼手工焊部分采用的是脈沖氬弧焊法焊接。文中介紹一套不需要脈沖的氬弧焊焊接工藝。

1 焊接接頭的基本形式

1.1 母材

殷瓦鋼(invar)是一種鎳鐵合金鋼，主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為鎳36%、鐵63.8%、碳0.2%，殷瓦鋼熱膨脹系數(shù)極低，能在很寬的溫度范圍內(nèi)，即超低溫(-163℃)至常溫下保持型態(tài)，幾乎不發(fā)生膨脹，因此常用在低溫環(huán)境中。

殷瓦鋼抗腐蝕能力較差，接觸到空氣中的水分，極易生銹，要保證工作車間的空氣干燥度≥60%，因此車間需配備除濕空調(diào)和濕度溫度計，同時要保證焊接車間的密封性。殷瓦鋼也極易被汗液和呼吸出來的水分所腐蝕而生銹，所以焊工進(jìn)行焊接操作時需戴膠皮手套和口罩。殷瓦鋼厚度較薄，最薄僅有0.7 mm，焊接時極易造成殷瓦鋼焊穿和背面嚴(yán)重氧化，因此對于焊接參數(shù)的控制和焊工焊接操作時的穩(wěn)定程度有較嚴(yán)格的要求。

1.2 焊接形式

NO96薄膜型LNG船貨艙圍護(hù)系統(tǒng)常用殷瓦鋼焊接，其形式有搭接和頂焊兩種，見圖1。

圖1 殷瓦焊接形式示意

1.3 焊接位置

焊接位置有平焊、橫焊、立焊及仰焊4種。不同板厚的殷瓦組合形式最常用的是7種，見表1。

表1 殷瓦焊接形式及板厚

2 焊前準(zhǔn)備

2.1 焊接母材、設(shè)備及工具

1)母材。Inver NAS316LG，日本冶金工業(yè)集團(tuán)(NIPPON YAKIN KOGYO and IMPHY)生產(chǎn)，NO96薄膜型LNG貨艙圍護(hù)系統(tǒng)中常用殷瓦板的厚度有0.7、1.0、1.5 mm等。

2)熱保護(hù)絕緣襯墊。韓國瑪博貿(mào)易公司(MABA Trading CO.)生產(chǎn)。

3)保護(hù)氣體。純度為99.999%的氬氣，氬氣按我國GB4842—84 (氬氣及其檢驗方法)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4)焊接設(shè)備。ESAB Tig 2200i型脈沖鎢極氬弧焊機，使用時不開啟脈沖。

5)鎢極。ESAB 1.6 mm鎢極。

6)勞防用品。氬弧焊面罩、膠皮手套、口罩等。

7)襯墊。剛開始用的是鐵襯墊，其散熱太差不能滿足要求。后改為銅襯墊，在絕緣箱上進(jìn)行焊接時改為玻璃棉熱保護(hù)絕緣襯墊。

2.2 焊前清理

殷瓦鋼極易受到水分、灰塵、油污等因素的影響而生銹，焊接前用濃度高于99.7%的無水酒精擦拭殷瓦鋼板表面以去除水分、灰塵、油污等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)，對于邊緣不太光滑。例如有毛刺的殷鋼板，需要用細(xì)銼刀輕輕打磨殷鋼板邊緣，打磨時自上往下輕輕打磨，不要用力快速來回打磨，以免傷及殷鋼表面，打磨后立即進(jìn)行清理并用無水酒精進(jìn)行擦拭。

3 裝配定位

3.1 定位要點

裝配時首先要避免損傷殷鋼板，要利用工裝或相應(yīng)的夾具將兩塊搭接的殷鋼板夾緊，盡可能地減小裝配間隙，為保證焊縫質(zhì)量，盡量做到無間隙。定位焊的大小在保證將兩塊板都焊到的情況下越小越好，盡量避免熔到殷鋼板上邊緣，定位焊間距為每10 mm一點。

定位時起弧收弧要求時間盡可能短，只要點一下起弧后就可以馬上熄弧，定位焊電流一般為焊接電流的2倍左右，具體根據(jù)板厚來定，一般常用45～65 A。

定位時主要是控制殷鋼板間隙，間隙過大會導(dǎo)致熔孔，將板燒壞；其次是焊接電流和時間，焊接電流過大或者時間過長，容易導(dǎo)致熔孔或燒穿，電流過小，時間過短會導(dǎo)致殷瓦板無法成功定位。

3.2 搭接定位

搭接焊坡口定位見圖2。

如果定位焊沒有焊好，將會影響后面的焊接過程。定位焊點過大，會導(dǎo)致焊縫R角受影響，L值變大，見圖3。這時焊接時需要盡量將上邊緣的金屬熔至下板進(jìn)行焊接，會導(dǎo)致上邊緣偏高，使焊縫成型不合格。所以定位焊點要盡量小，只要能將上下兩塊殷瓦鋼板焊住即可。

圖2 搭接焊坡口定位

圖3 搭接焊縫坡口示意

3.3 頂焊定位

當(dāng)兩層薄板進(jìn)行定位時，直接進(jìn)行點焊即可。當(dāng)三層板進(jìn)行定位時，焊槍需進(jìn)行適當(dāng)擺動。

4 焊接過程

4.1 焊接要點

搭接焊和頂焊焊接過程不使用焊絲，但當(dāng)頂焊裝配完畢后存在間隙時，需要進(jìn)行適當(dāng)填絲。

焊接時焊槍鎢極盡量靠近兩塊殷瓦搭接板上邊緣角，但不能碰到板上，焊接的方式就是將上板金屬熔至下板，焊接過程為自右往左的Z型往返焊接。焊槍擺動頻率大約為2 s擺3次，中間不要停頓，在上邊緣停頓會導(dǎo)致上邊緣熔化過渡導(dǎo)致整個焊縫表面變寬，R角變小(R角見圖3)；在下邊緣停頓會導(dǎo)致底板焊透，造成殷瓦板報廢。

鎢極擺動盡量以兩板接觸點為中心做上下往復(fù)擺動，擺動太靠上，會使R值增加，導(dǎo)致焊縫過分上凸；擺動太靠下，會導(dǎo)致R值減小，造成焊縫表面內(nèi)凹。

立焊位置焊接可進(jìn)行自下往上或者自上往下的焊接，立焊時對裝配間隙的要求更加嚴(yán)格，并且板越薄處，擺動需要越快，否則會使板熔化，特別是薄板，比如0.7 mm的薄板。

仰焊由于視野問題容易導(dǎo)致焊完的焊縫成型不直，所以焊接時盡量選擇合適的位置，以增加觀察熔池的視野。仰焊焊接時焊接電流需適當(dāng)減小。

頂焊焊接時，鎢極與焊縫垂直，當(dāng)兩張板頂焊時，焊接方式采用鎢極沿焊縫方向前后擺動；當(dāng)三張板頂焊時，鎢極沿垂直焊縫方向左右“Z”形擺動，保證熔池完全覆蓋頂端。

圖4 搭接焊鎢極位置及角度示意

4.2 焊接參數(shù)

殷瓦焊接參數(shù)見表2。

表2 焊接參數(shù)

5 檢測項目

殷瓦焊縫檢測項目有目檢、滲透、宏觀金相、密性等,檢驗參考標(biāo)準(zhǔn)為GTT External document NO.96 and NO.1010。

5.1 目檢

焊縫表面須盡可能光順，不能有明顯的凸起或凹陷(見圖5)，且沒有未熔合、裂紋、咬邊、夾鎢等焊接缺陷,見圖6。

5.2 滲透檢測(PT)

經(jīng)滲透檢測，焊縫需無裂紋、氣孔等焊接缺陷。

圖5 焊接接頭示意

圖6 焊縫正面成型良好，背面未焊穿

5.3 宏觀金相

5.3.1 宏觀金相試樣制作

宏觀金相試樣制作要經(jīng)過切割、鑲嵌、打磨、拋光、腐蝕等一系列過程，在試樣制作完畢后再進(jìn)行電子顯微鏡拍照、微觀電子測量、標(biāo)記尺寸等過程，最終形成以下宏觀金相照片，見圖7。

圖7 頂焊(上)與搭接焊(下)宏觀金相照片

5.3.2 檢測標(biāo)準(zhǔn)

宏觀金相檢測標(biāo)準(zhǔn)按照GTT NO.96文件標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。

6 結(jié)束語

通過以上工藝，選用合理的焊接材料、保護(hù)氣體及其流量、坡口形式及尺寸、焊接工藝參數(shù)，定位焊符合要求，焊縫成形美觀，焊接接頭中就未發(fā)現(xiàn)任何焊接缺陷，焊接質(zhì)量優(yōu)良。通過電子顯微鏡對焊接接頭熔敷金屬成型、深度及半徑檢測，其結(jié)果符合GTT殷瓦焊接標(biāo)準(zhǔn)要求。