本文以18000TEU抗扭箱厚板制作为依据,针对厚度大、强度高、焊接难的钢板,从钢板材质性能、焊接材料选用、坡口形式的选择、焊接方法等方面,详细记录分析EH级厚板的制作过程,并对生产过程中的内部质量与变形控制进行了具体介绍。
上海外高桥造船有限公司承接的18000箱集装箱船是目前中国建造最大的集装箱船,总长399.2m,投钢量约4.8万t。该集装箱船的建造,在打破国外企业对该领域垄断的同时,也对目前现有的制作工艺提出了新的挑战,抗扭箱厚板焊接就是其中之一。
集装箱船抗扭箱厚板的最大厚度已经达到了85mm,而目前平直中心所建造的JU2000E系列钻井平台所涉及的厚板最大也只有51mm,所以抗扭箱厚板的焊接对于现场来讲是一个新的挑战,已有的厚板拼焊工艺无法满足现有厚板的施工要求。另外,因现有厚板对精度及内部质量要求更加严格,故本文对18000TEU抗扭箱厚板的制作过程进行梳理,详细介绍了抗扭箱厚板的焊接过程。
EH级高强度钢是目前造船过程中较为常用的钢板,除了强度高、塑性好外,还具有良好的韧性,所以在船用钢板中得到了广泛的应用。EH级高强钢能满足-40℃低温工作时对冲击性能的要求。EH级钢板的化学成分及在-40℃的力学性能如表1、表2所示。
因厚板焊接裂纹倾向较大,焊接裂纹的产生将严重影响焊接质量和生产节奏,同时也可能带来灾难性的事故,所以焊接及预热工艺的选择至关重要,下面将详述厚板的焊接过程。
目前平直作业区已有的成熟高效焊接种类主要有:FCB焊接、埋弧焊、CO2焊。FCB焊接对38mm以下的钢板可以正反面一次成形,抗扭箱舷侧外板厚度已远远超出FCB焊接能力,故排除FCB焊接的可能。同时考虑到超厚板焊接的工作量大、工作强度高、且熔敷金属多的特点,结合已有的焊接工艺和JU2000E厚板焊接的成功经验,单丝埋弧焊成为厚板焊接的首选。
为了满足抗扭箱焊缝的强度要求,在采用埋弧焊时焊材的选用级别为A5Y46M,同时满足AWS焊材级别A5.23:ENI2的要求,现场根据工艺要求和母材的不同,对焊材进行选择和使用,具体选用情况如表3所示。
焊接前必须做好待焊区域的清理工作,清除焊接坡口两侧20mm范围内的水分、油污、割渣、氧化物及锈蚀等,在减少焊接杂质的同时也减少了焊接过程中氢的来源。
定位焊采用CO2半自动焊,焊接材料选用GFR—81K2,预热要求与正式焊缝的预热温度要求一致,采用氧乙炔火焰进行预热,定位焊长度≥100mm,高度≤6mm,定位焊的间距约为500mm,定位焊中不允许有裂纹、气孔和夹渣等缺陷存在。
抗扭箱材料属超厚板,引弧板、引出板的选用将直接影响对接缝的端头质量,在超厚板焊接过程中,引弧板、引出板不能单纯选择整块进行装配,坡口形式应与母材坡口形式相一致,引弧板、引出板与焊件的板厚差应控制在±2mm之内。
焊接的坡口形式和坡口角度对焊缝金属的熔敷量及结晶过程有着直接影响。现场的坡口形式主要是X形,上坡口50°,下坡口为70°,上坡口深度加焊缝留根占板厚的2/5。在实际焊接过程中焊接变形趋向于焊接量大的构架面,同时留根过大导致翻身碳刨工作量大大增加,为了减小焊接变形量和翻身后的碳刨损耗,现场根据实际情况对焊接坡口进行了改进,改进前后形式对比如图1所示。
坡口角度减小的同时减小留根厚度,改进后主焊缝填充金属减少,不仅减少了焊材的损耗,也极大降低了翻身后碳刨工作量,改