無縫藥芯焊絲在船舶焊接中的研究與應(yīng)用

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司,上海 200129)

0 序 言

目前，世界上擁有無縫藥芯焊絲制造技術(shù)的只有瑞士奧林康和日本新日鐵。奧林康采用的是在盤管內(nèi)振動(dòng)加粉，然后拉拔，其工藝較為成熟但效率較低。新日鐵采用高頻焊合，同時(shí)添加藥粉，然后拉拔，生產(chǎn)效率高但成本高，難以推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)暫無無縫藥芯焊絲制造技術(shù)的應(yīng)用，專利CN93115310.7[2]提供了一種振動(dòng)加粉的無縫藥芯焊絲生產(chǎn)方法，其效率較低，難以滿足大規(guī)模的推廣應(yīng)用；專利CN101185997A[3]提供了一種鋁合金無縫藥芯焊絲的制造方法，該方法同樣采用振動(dòng)加粉的方式，但不能滿足低合金高強(qiáng)度鋼的焊絲生產(chǎn)需要。

無縫藥芯焊絲由于制造工藝復(fù)雜，設(shè)備投入大，長(zhǎng)期以來制約著無縫藥芯焊絲的發(fā)展。中船重工725研究所通過研究，研制出了國(guó)內(nèi)首家制備無縫藥芯焊絲的生產(chǎn)工藝，文中針對(duì)725所提供的SRSF501無縫藥芯焊絲進(jìn)行熔敷金屬試驗(yàn)研究，研究該焊絲的工藝性，并將該焊絲在13 000 t重吊船上進(jìn)行應(yīng)用，驗(yàn)證該無縫藥芯焊絲在船舶焊接過程中的優(yōu)異性。

1 無縫藥芯焊絲的制備工藝

普通有縫藥芯焊絲制備工藝是將帶鋼軋制為“U”型截面，然后加入藥粉劑，用壓實(shí)輥將加入藥粉劑的帶鋼壓成所需截面結(jié)構(gòu)的圓形周邊毛坯，并將粉劑壓實(shí)，最后拉拔成型，如圖1所示。

圖1 有縫藥芯焊絲制備工藝[4]

常用的普通有縫藥芯焊絲為“O”型截面，藥芯不導(dǎo)電，電弧容易沿著四周鋼皮旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定性差，當(dāng)直徑較大時(shí)，影響更為嚴(yán)重。

與有縫藥芯焊絲相比，無縫藥芯焊絲的制備工藝有所不同，無縫焊絲是將帶鋼軋制為“U”型截面，然后加入藥粉劑，將鋼帶軋制成“O”型，通過高頻感應(yīng)或者接觸焊接的方法將其焊合，然后壓實(shí)藥粉劑，拉拔至1.0～4.0 mm，最后將該焊絲鍍銅，獲得成品。該工藝可以制備1.0～4.0 mm無縫藥芯焊絲，可用于907A,945, 921A及980等船舶高強(qiáng)鋼的焊接，該類焊絲能滿足屈服強(qiáng)度大于785 MPa高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊接需要[5]。

2 熔敷金屬性能試驗(yàn)

文中所使用的焊絲為中船重工725所提供的SRSF501無縫藥芯焊絲，型號(hào)為E501T-1，直徑為1.2 mm，分析該無縫焊絲熔敷金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能，研究其焊絲的性能。

2.1 熔敷金屬化學(xué)成分分析

熔敷金屬化學(xué)成分是作為評(píng)定藥芯焊絲質(zhì)量的依據(jù)，對(duì)SRSF501無縫藥芯焊絲熔敷金屬進(jìn)行化學(xué)成分分析，試驗(yàn)結(jié)果見表1。SRSF501焊絲的化學(xué)成分符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的指標(biāo)要求。

2.2 熔敷金屬力學(xué)試驗(yàn)

如表2所示，該SRSF501焊絲熔敷試驗(yàn)各項(xiàng)力學(xué)性能均滿足指標(biāo)要求，特別是其強(qiáng)屈比達(dá)到了1.23，與普通有縫藥芯焊絲的強(qiáng)屈比(為1.13)相比，顯示出該焊絲塑性較好，抗裂性佳，與目前市場(chǎng)上同類產(chǎn)品相比有一定優(yōu)勢(shì)。這主要是由于SRSF501焊絲的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所產(chǎn)生的，其外皮鋼帶沒有縫隙，促使其在焊接過程中電弧不會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，焊接過程穩(wěn)定，沖擊韌性更加可靠(表2)。

拿罩袍和浴巾的女子是白云飛的妻子柳含煙，另一位是白云飛的妹妹白雪。柳含煙把罩袍和浴巾擱在石屏上就脫去衣靴袒露柔和動(dòng)人卻透著酸味的身體。她瞅了一眼反應(yīng)遲鈍的白雪道：“無論這里人要對(duì)我們?cè)鯓?，我們又能怎么樣？”白雪這才脫去身上的羅衫。

表1 SRSF501熔敷金屬化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 SRSF501(E501T-1)焊絲熔敷金屬試驗(yàn)

3 立對(duì)接焊試驗(yàn)(單面襯墊焊)

文中利用SRSF501無縫藥芯焊絲進(jìn)行立對(duì)接單面襯墊焊，對(duì)焊縫中心處進(jìn)行拉伸、彎曲等力學(xué)性能試驗(yàn)分析，結(jié)果見表3。

該SRSF501焊絲立對(duì)接焊試驗(yàn)結(jié)果顯示，拉伸試驗(yàn)斷裂位置發(fā)生在母材處，彎曲試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)裂紋，沖擊試驗(yàn)的平均值大于34 J，其各項(xiàng)性能均能滿足船級(jí)社指標(biāo)要求，能夠滿足船舶結(jié)構(gòu)的焊接要求。

表3 SRSF501焊絲立對(duì)接焊力學(xué)性能

4 SRSF501無縫焊絲工藝性

超低擴(kuò)散氫含量可以降低預(yù)熱溫度，有效降低冷裂紋產(chǎn)生率。當(dāng)焊接電流為220 A，電弧電壓為28 V，焊接熱輸入為1.2 kJ/mm時(shí)，利用不同的測(cè)氫方法測(cè)定熔敷金屬擴(kuò)散氫的含量，結(jié)果見表4。

與普通有縫藥芯焊絲(擴(kuò)散氫含量在4.0以上)相比，擴(kuò)散氫含量更低(為3.0)。

焊縫中擴(kuò)散氫來源廣泛，影響其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的因素也較多，如焊接材料、焊接工藝參數(shù)、焊接環(huán)境等，其中，焊接材料作為焊縫中擴(kuò)散氫的主要來源對(duì)擴(kuò)散氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響也是最大的[6]。SRSF501無縫藥芯焊絲具有超低擴(kuò)散氫，這是因?yàn)椋孩贌o縫藥芯焊絲生產(chǎn)時(shí)可以進(jìn)行高溫脫氫處理，能降低藥芯粉及附著在外皮鋼帶上的水分，可以有效降低擴(kuò)散氫的含量。②藥芯焊絲長(zhǎng)期儲(chǔ)存在潮濕環(huán)境，再次使用往往需要進(jìn)行烘干處理，這是因?yàn)槠胀ㄋ幮竞附z在儲(chǔ)存或者運(yùn)輸過程中容易吸潮，導(dǎo)致焊絲含有大量的水分，焊縫金屬中的擴(kuò)散氫含量也較高。無縫藥芯焊絲表面鍍銅，在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中，可以有效防止吸潮而增加焊縫金屬中的擴(kuò)散氫。因此，該無縫藥芯焊絲具有超低擴(kuò)散氫，可以降低母材預(yù)熱溫度或者不進(jìn)行預(yù)熱即可進(jìn)行焊接。

表4 擴(kuò)散氫含量測(cè)定 mL/100 g

根據(jù)斜Y形坡口的鐵研式抗裂試驗(yàn)所建立的經(jīng)驗(yàn)公式：

T0=1 440Pc-392

(1)

式中，T0為預(yù)熱溫度；Pc為冷裂紋敏感指數(shù)。

超低的擴(kuò)散氫含量，低的預(yù)熱溫度，可以有效降低冷裂紋的發(fā)生率，耐氣孔性能高。

送絲順暢，無扭曲應(yīng)力，送絲距離長(zhǎng)。焊絲送絲性能是影響焊接接頭質(zhì)量的關(guān)鍵因素，送絲性能不好，輕則影響焊縫成型，降低生產(chǎn)效率，重則產(chǎn)生缺陷，影響接頭質(zhì)量，尤其在自動(dòng)焊中，焊絲送絲性能更加顯著。送絲性能一般從送絲速度穩(wěn)定性、焊縫表面成形和焊接電弧穩(wěn)定性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)[7]。

如圖2所示，對(duì)比無縫藥芯焊絲與有縫藥芯焊絲的截面形狀，SRSF501無縫藥芯焊絲360 °各向同性，無扭曲力。無縫藥芯焊絲表面鍍銅，截面光滑，因此，該焊絲送絲順暢，送絲距離長(zhǎng)，可用于自動(dòng)焊及機(jī)器人智能化焊接。

表面鍍銅SRSF501無縫藥芯焊絲表面可以進(jìn)行鍍銅，焊接時(shí)，焊絲可以導(dǎo)電，能夠有效減少焊絲與導(dǎo)電嘴的摩擦，減小導(dǎo)電嘴的消耗，降低導(dǎo)電嘴的更換次數(shù)(據(jù)統(tǒng)計(jì)大約每盤焊絲可以節(jié)省一個(gè)導(dǎo)電嘴)，提高有效工作時(shí)間，鍍銅使表面具有較強(qiáng)的抗氧化性，可以起到防銹的作用。

圖2 藥芯焊絲截面形狀

SRSF501無縫藥芯焊絲抗吸潮性極強(qiáng)，便于儲(chǔ)存保管。無縫藥芯焊絲成型以后，由于外皮鋼帶是沒有間隙的無縫結(jié)構(gòu)，焊絲內(nèi)部藥芯粉完全不會(huì)發(fā)生吸潮現(xiàn)象，因此SRSF501無縫藥芯焊絲具有極強(qiáng)的抗吸潮性，便于長(zhǎng)期存儲(chǔ)保管。即使長(zhǎng)時(shí)間在潮濕的環(huán)境中存放，使用時(shí)也不需進(jìn)行烘干處理。

5 SRSF501無縫焊絲在13 000 t重吊船上的應(yīng)用

SRSF501無縫藥芯焊絲已取得船級(jí)社相關(guān)證書，將該焊絲在13 000 t重吊船上進(jìn)行應(yīng)用，SRSF501焊絲可適應(yīng)于全位置焊，SRSF501焊絲及典型角焊縫如圖3所示。焊后對(duì)焊縫進(jìn)行無損探傷，探傷結(jié)果見表5。

通過對(duì)SRSF501無縫藥芯焊絲在13 000 t重吊船上的應(yīng)用，該焊絲焊前不需進(jìn)行預(yù)熱處理；表面鍍銅，焊絲送絲性能良好，對(duì)導(dǎo)電嘴的損耗較小；對(duì)焊縫外觀檢測(cè)，焊縫成型良好，無裂紋、焊瘤及明顯咬邊等有害缺陷；對(duì)不同焊接位置焊縫進(jìn)行無損探傷檢驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)裂紋，僅在仰對(duì)接位置發(fā)現(xiàn)一處夾渣，均能滿足無損探傷標(biāo)準(zhǔn)；該焊絲在13 000 t重吊船上的應(yīng)用結(jié)果表明，SRSF501無縫藥芯焊絲能夠滿足船舶焊接的要求。

圖3 無縫藥芯焊絲及典型角焊縫

焊接位置探傷類別缺陷名稱評(píng)定級(jí)別平對(duì)接射線探傷無合格橫對(duì)接射線探傷無合格立對(duì)接射線探傷無合格仰對(duì)接射線探傷僅發(fā)現(xiàn)一處出現(xiàn)夾渣,其他無缺陷合格立角接超聲波探傷無合格仰角接超聲波探傷無合格

6 結(jié) 論

(1)SRSF501無縫藥芯焊絲通過熔敷金屬及力學(xué)性能試驗(yàn)分析，均符合船級(jí)社規(guī)范對(duì)于3Y級(jí)焊材的指標(biāo)要求，能夠適用于船舶結(jié)構(gòu)鋼的焊接要求。

(2)無縫藥芯焊絲氫含量超低，可以降低預(yù)熱溫度，減小產(chǎn)生氫致裂紋的幾率，焊接適應(yīng)性好。

(3)無縫藥芯焊絲表面鍍銅均勻，送絲穩(wěn)定，電弧穩(wěn)定，電弧噪聲較小，焊工操作性好，不易損壞導(dǎo)電嘴，不易吸潮，焊后焊道外觀好，脫渣性好，無氣孔。

(4)SRSF501無縫藥芯焊絲已在實(shí)船上取得良好的應(yīng)用，能夠滿足船舶焊接的要求。

[1] 中國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)焊接學(xué)會(huì). 焊接手冊(cè)(第一卷)焊接方法及設(shè)備[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2001.

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