楊偉鋒

摘? ? 要：多用途海工船通常設(shè)置有供直升機(jī)停降的專用平臺(tái)，其平臺(tái)的支撐結(jié)構(gòu)出于美觀及節(jié)省材料考慮一般選用管架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但管架結(jié)構(gòu)存在焊接位置多變的TYK節(jié)點(diǎn)，在焊接方面存在諸多難點(diǎn)。通過技術(shù)調(diào)研，公司引進(jìn)了金屬粉芯焊絲并進(jìn)行了CO2焊工藝試驗(yàn)，焊接評(píng)定驗(yàn)證了新工藝的可靠性，并在產(chǎn)品船上進(jìn)行了應(yīng)用，獲得入級(jí)船級(jí)社（ABS）的認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：金屬粉芯;焊絲;TYK節(jié)點(diǎn);試驗(yàn);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U671.8? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Multi-purpose platform supply vessels （MPSV） are usually equipped with helideck for helicopter parking and landing， and steel tubular structures are always adopted in the design of the supporting truss for aesthetic and material saving reasons. However， because of the variety in welding position of tubular TYK connections， many difficulties in welding need to be properly solved. Through technical investigation， the company introduced metal powder cored welding wire and carried out CO2 shielded welding procedure test， its reliability was tested and verified. New welding procedure has been used successfully in the actual ship and approved by the classification society（ABS）.

Key words： Metal Powder Cored; Welding Wire; TYK Connections; Test; Application

1? ? ?前言

公司新承建一艘MMC 887 MPSV多用途支持船，入級(jí)美國(guó)船級(jí)社（ABS）。該船直升機(jī)平臺(tái)支撐架的TYK節(jié)點(diǎn)要求全焊透，且要求按美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范（AWS）要求進(jìn)行施焊。公司現(xiàn)用的焊接工藝方法不能有效解決管材小二面角不可焊、TYK節(jié)點(diǎn)根部焊道成形差等問題，需要開發(fā)新焊接工藝來滿足生產(chǎn)需求。

新開發(fā)的焊接工藝既要滿足生產(chǎn)的需要，也要充分利用公司現(xiàn)有的焊接資源，提高新工藝的經(jīng)濟(jì)性。為此，焊接技術(shù)部門決定從公司現(xiàn)有的焊接方法中進(jìn)行新工藝開發(fā)，嘗試引進(jìn)了金屬粉芯焊絲進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)。

2? ? 直升機(jī)平臺(tái)支撐架的設(shè)計(jì)及焊接要求

該船的直升機(jī)平臺(tái)位于船首上方，其平臺(tái)支撐架采用鋼質(zhì)管材與工字梁組合式的桁架結(jié)構(gòu)形式（見圖1）：管材材質(zhì)為API X52Q，產(chǎn)品規(guī)范等級(jí)為PSL2級(jí);工字梁采用ABS-A36等級(jí)的船板組合焊接而成;管材規(guī)格最大φ355.6 mm x 16 mm、最小φ140 mm x 8 mm，管材端部是通過TYK節(jié)點(diǎn)全焊透連接，全部結(jié)構(gòu)需按美國(guó)焊接協(xié)會(huì)鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范AWS D1.1的要求進(jìn)行焊接。

3? ? 焊接難點(diǎn)及解決方案

3.1? ?焊接難點(diǎn)

（1）管材與管材、工字梁間連接的TYK節(jié)點(diǎn)，其焊接位置沿相貫線變化，這對(duì)焊工的施焊技能是個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)。AWS規(guī)范規(guī)定，從事管材TYK節(jié)點(diǎn)焊接的焊工需考取符合該規(guī)范要求的6GR焊工資格證，考試難度大、培訓(xùn)的投入較大;

（2）支撐架管材是封閉結(jié)構(gòu)，其TYK節(jié)點(diǎn)只能從管材外側(cè)進(jìn)行施焊，為保證TYK節(jié)點(diǎn)全焊透，其根部焊道采用的焊接工藝要求能單面焊雙面成形，傳統(tǒng)的各種焊接方法難于滿足要求;普通在用的藥芯焊絲CO2焊、焊條電弧焊工藝焊接電流大且渣多，會(huì)出現(xiàn)打底焊道成形困難及焊縫夾渣問題;鎢極氬弧焊能實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)根部焊道的高質(zhì)量成形，但其焊接效率較低，所需的焊接工期長(zhǎng);

（3）支撐架TYK節(jié)點(diǎn)的二面角小至27°，過小的二面角會(huì)出現(xiàn)焊接工具與管材頂碰導(dǎo)致焊接中斷。如根部焊道采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，當(dāng)管材二面角小于40°時(shí)，受焊槍結(jié)構(gòu)影響會(huì)出現(xiàn)頂槍而焊不到根部的情況（見圖2），故鎢極氬弧焊工藝在該產(chǎn)品船上也不適用;

（4）支撐架的生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備周期較短，這要求使用的工藝焊接效率要高、焊工容易上手、焊接材料及設(shè)備容易獲得。公司焊接技術(shù)人員開始考慮應(yīng)用較為成熟的混合焊工藝，即專用根焊焊條打底加藥芯焊絲填充、蓋面的工藝，但專用的根部打底焊條國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的產(chǎn)品，需從國(guó)外進(jìn)口，定貨納期需2個(gè)月，另焊材成本很高，難于滿足生產(chǎn)需要。

3.2? ?解決方案

考慮新工藝開發(fā)試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性及試驗(yàn)周期能滿足要求，公司決定從現(xiàn)有的焊接方法中進(jìn)行新工藝開發(fā)。經(jīng)調(diào)研及樣品測(cè)試，金屬粉芯焊絲中的藥芯中主要是合金粉及少量的穩(wěn)弧劑和造渣劑，在小至80A的電流焊接時(shí)電弧依然穩(wěn)定，適合根部焊道小電流單面焊雙面成形的焊接;另外該型焊絲焊后渣很薄，多道焊接不清渣也可得到質(zhì)量滿意的焊縫，可以有效避免根部焊道的夾渣問題：金屬粉芯焊絲的焊接操作手法與普通藥芯焊絲相近，焊工可快速上手，有利于縮短焊工的培訓(xùn)周期;CO2焊的焊絲干伸長(zhǎng)可達(dá)30 mm，使用金屬粉芯焊絲進(jìn)行焊接，可解決管材Y節(jié)點(diǎn)27°二面角的頂槍和根部焊道成形差的問題;焊接效率方面，金屬粉芯焊絲與普通藥芯焊絲相當(dāng)，管材TYK節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)根部、填充、蓋面焊道使用同一種焊接方法進(jìn)行焊接，簡(jiǎn)化施焊工序。因此，綜合上述考慮，公司嘗試引進(jìn)了金屬粉芯焊絲并進(jìn)行CO2焊工藝試驗(yàn)。

4? ? 管材TYK節(jié)點(diǎn)焊接工藝試驗(yàn)

公司焊接技術(shù)部門分析、對(duì)比API X52Q PSL2管材的各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)及對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)在售的金屬粉芯焊絲進(jìn)行了調(diào)研，引進(jìn)了由韓國(guó)現(xiàn)代生產(chǎn)的牌號(hào)為SC-70T Cored的金屬粉芯焊絲進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)。該焊絲獲得美國(guó)船級(jí)社（ABS）的形式認(rèn)可，認(rèn)可等級(jí)為3YSA H10，其各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)可滿足該支撐架管材的設(shè)計(jì)及使用要求。

根據(jù)圖紙要求，支撐架全部結(jié)構(gòu)需按美國(guó)焊接協(xié)會(huì)鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范AWS D1.1的要求進(jìn)行焊接：從事管材TYK節(jié)點(diǎn)焊接的焊工需考取符合該規(guī)范要求的6GR焊工資格證;需進(jìn)行能覆蓋產(chǎn)品焊接的6GR管材對(duì)接焊試驗(yàn)、最小二面角管材Y節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃附釉囼?yàn)、最小銳角根部板材模擬焊接試驗(yàn)。

為此，焊接技術(shù)人員參照規(guī)范的要求安排了新工藝的焊接試驗(yàn)及焊工培訓(xùn)工作，經(jīng)過1個(gè)多月的試驗(yàn)?zāi)M及改進(jìn)，試樣焊縫的成形已能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，具備進(jìn)行焊接工藝評(píng)定的條件。公司按規(guī)范要求向ABS船級(jí)社申請(qǐng)新焊接工藝評(píng)定認(rèn)證試驗(yàn)及焊工資格考試，新焊接工藝評(píng)定與焊工資格考試同步進(jìn)行，根據(jù)生產(chǎn)需要共安排4名焊工參加管材6 GR焊工資格考試。焊評(píng)試驗(yàn)評(píng)定的試件有6 GR管材對(duì)接焊試件、27°二面角管材Y節(jié)點(diǎn)模型焊接試件及板材27°銳角根部立焊試件;焊接試件的焊接采用經(jīng)模擬試驗(yàn)優(yōu)化后的參數(shù)（見表1）;所有試件的焊縫外表成形美觀，通過了船檢的認(rèn)可，隨后安排的X射線和磁粉無(wú)損檢測(cè)也未發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)的缺陷，6 GR管對(duì)接和Y節(jié)點(diǎn)試件的打底焊道內(nèi)部檢查焊縫熔合良好;

其它計(jì)量檢測(cè)項(xiàng)目見表2，檢測(cè)后的殘樣見圖3～5，各項(xiàng)檢測(cè)均在ABS船檢的見證下完成。

焊接工藝試驗(yàn)的各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均滿足AWS規(guī)范的要求，管材TYK節(jié)點(diǎn)金屬粉芯焊絲CO2焊工藝獲得ABS船級(jí)社的認(rèn)可;與焊接工藝評(píng)定同步進(jìn)行的6GR焊工資格考試順利完成，4位焊工通過了考試，獲得了ABS頒發(fā)的管材6GR焊工資格證，新焊接工藝準(zhǔn)于在產(chǎn)品使用。

5? ? 應(yīng)用

金屬粉芯焊絲CO2焊工藝獲得船級(jí)社認(rèn)可后很快在支撐架的焊接施工中進(jìn)行了應(yīng)用，TYK節(jié)點(diǎn)在胎架上焊接成形美觀（見圖6）。該支撐架有管材約90根、結(jié)構(gòu)重量約50 t，焊接施工歷時(shí)約1個(gè)半月完成，所有TYK節(jié)點(diǎn)的焊縫通過了無(wú)損檢測(cè)，支撐架結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量獲得了美國(guó)船級(jí)社（ABS）及船東的認(rèn)可。

金屬粉芯焊絲CO2焊工藝的成功應(yīng)用，使直升機(jī)平臺(tái)能按質(zhì)按期完成制作并進(jìn)行了安裝（見圖7），滿足產(chǎn)品船連續(xù)建造的需要。

6? ? 結(jié)論與展望

焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用證明，新引進(jìn)的金屬粉芯焊絲CO2焊工藝能很好的滿足產(chǎn)品管材桁架結(jié)構(gòu)的焊接要求。該焊接工藝實(shí)現(xiàn)了管材TYK節(jié)點(diǎn)接縫、對(duì)接縫從打底至蓋面焊道的焊接全部由同1臺(tái)焊機(jī)完成;簡(jiǎn)化了焊接工序，特別適合外場(chǎng)的施焊環(huán)境;其焊接效率與管材傳統(tǒng)焊接工藝相比，對(duì)船企更具吸引力。目前國(guó)內(nèi)有使用金屬粉芯焊絲的船企數(shù)量不多，在管材焊接中應(yīng)用的船企更是屈指可數(shù)。但隨著該型焊絲的國(guó)產(chǎn)化率及制造質(zhì)量的提高，后續(xù)金屬粉芯焊絲在管材的焊接中將具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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