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[摘 要]当前，我国集装箱船厚板的最大厚度已超过了85mm，而大规模的抗扭箱厚板的产生也对其现场焊接提出了更为严格的要求，传统的厚板焊接技术以无法满足当前大规模集装箱厚板焊接的各类要求。因此，为了进一步提高集装箱船厚板的精度与质量，本文通过对焊接工藝展开分析，进而对其焊接质量与形变控制方法展开了深入研究。
[关键词]集装箱船 厚板 变形控制
中图分类号：TK113 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0028-01
前言
作为现阶段造船过程中最常用的高强度钢板之一，EH级高强度钢不仅具有强度高和塑性好等优点，而且还具有良好的韧性。但由于以此为原材料的集装箱船厚板焊接具有较大的裂纹倾向，从而在影响焊接质量的同时，也增加了施工过程中的安全隐患。因此，有必要也必须对集装箱船厚板的焊接质量和形变进行有效控制，从而在满足安全要求的基础上，提高厚板焊接后的各方面性能。
1 焊接工艺研究
1.1 焊接方法选择
就现阶段而言，较为成熟的集装箱船厚板焊接方法主要包括了埋弧焊以及FCB焊接和CO2焊接。其中，对于38mm及以下的厚板利用FCB焊接方式可实现厚板的正反面一次焊接，但由于集装箱船中抗扭箱舷外厚板的厚度远远超出了38mm，故FCB焊接方式不予考虑。此外，在对集装箱船厚板焊接的工作量进行充分考虑的基础上，综合此项工作熔敷金属多等特点，排除CO2焊接方式，从而选择单丝埋弧焊作为集装箱船厚板焊接的主要方式[1]。
1.2 焊接材料选择
为了使得集装箱船中抗扭箱厚板的焊缝强度能够达到工业要求标准，在进行埋弧焊时，选用的焊材级别为A5Y46M，此外，所选取的焊材还应尽可能满足A5.23：EN12的要求。在实际的厚板焊接工作中，以母材与工艺要求为依据，正确选择相关焊接材料。
2 焊接质量控制
2.1 焊前清洁与定位焊接
在对厚板进行焊接前，需要对待焊区域进行清洁，除了对焊接坡口两侧20mm范围内的油污以及水分和残渣进行清洁外，还需及时处理区域的氧化物与锈蚀，从而通过减少焊接杂质，降低焊接过程中的氢含量，做好焊接质量提升的准备工作。在集装箱船厚板的定位焊方面，以CO2的半自动焊为主，并选定GFR-81k2为焊材，利用氧乙炔火焰对其进行预热，将定位焊接的钢板长度与宽度分别设定为100mm以上和60mm以下，焊接间距为500mm，在定位焊接过程中要避免夹渣、裂纹以及气孔的出现[2]。
2.2 引弧板与引出板选择
对集装箱船中抗扭箱的材料进行分析可知，其大都为超厚板，而无论是引弧板还是引出版的选择，均会对接缝的端头质量产生直接的影响，在集装箱船的超厚板焊接时，引出板与引弧板并不能单独地选择一整块进行配置，而应尽量保证坡口形式与母材板本身的坡口相一致，且二者同焊件的板后差距还必须控制在±2mm之内。
2.3 坡口制备与预热
对焊缝金属的熔敷量以及金属的结晶过程具有重要影响的因素为焊接坡口形式与坡口自身的角度。现场焊接的坡口大都为X形，且上下坡口分别为50°和70°，在上坡口深度加焊缝留根占厚板厚度的40%。在实际焊接时，所发生的焊接变形更多时候趋向于焊接量大的构架面，由于留根过大，从而增加了翻身碳刨的工作量。为了尽可能降低焊接的型变量以及翻身后的碳刨损耗，需要以实际情况为依据，对厚板的焊接坡口进行改进。在减小坡口角度的同时，还需适当减小留根的厚度，以达到主焊缝金属减少和降低焊材损耗的目的。对于不同厚度和不同材质的集装箱船厚板也具有不同的预热要求。例如，EH40和EH47级别的高强度钢板，其预热温度通常要高于100℃，而除了上述两个级别的钢板外，其他类型的钢板则需要根据具体的厚度判断预热的温度，当钢板厚度超出38mm，小于65mm时，预热温度应高于65℃，低于110℃；当钢板厚度超出65mm时，刚才的预热温度应高于110℃。
3 厚板变形控制
对于集装箱船中应用的厚度为85mm的厚板，其在对接过程中，焊接的顺序为，正面焊接1-10道焊道，翻转后，用碳弧气刨清根，而后，再在背面焊接11-22道，翻转后，继续焊接至23-48道，翻身，最后焊至49-92道。焊接翻身时，前后焊缝均需要利用电加热板进行跟踪加热，且保持加热温度在100℃以上，在板边防止10t压铁，以防止焊接时厚板发生上翘变形。厚板变形的控制过程如下：首先，利用CO2焊接法对结构面进行定位，定位工作结束后，清理焊渣，并进行埋弧焊作业的1-10道焊接，值得注意的是，第1道需要以电流快速焊接法进行焊接；其次，翻身并对非结构面坡口进行碳刨清根，使坡口根部呈U形，保证碳刨清根后，厚板型变量在3mm-5mm，对坡口进行打磨后，进行非构架面的11-22道焊接，确保焊接完成后，厚板的非结构面向上翘起的型变量为15-20mm；再次，二次翻身对结构面23-48道焊接，确保焊接结束后，结构面向上翘起25-30mm；最后，三次翻身，对厚板非结构面进行49-62道焊接，结束后，厚板上翘，基本不存在焊接变形[3]。
当整个焊接工作结束后，马上将保温棉覆盖至焊缝处，对厚板进行焊接后的缓冷保温处理，以避免淬硬组织，从而使厚板的焊接接头满足相关的力学性能要求。在焊接缺陷返修以及表面处理方面，利用CO2焊接法对焊缝进行修补，而所应用焊材的等级应确保同原接头焊材等级相同。在进行焊接补缝时，还需将焊补处进行预热，将其温度控制在100℃左右，局部修补处的焊道应尽量保持在50mm及以上。
结论
本文通过对集装箱船厚板的焊接材料和焊接方法进行分析，分别从焊前清洁与定位焊接、引弧板与引出板选择以及坡口制备与预热等方面出发，对集装箱船厚板焊接的质量控制进行了研究，并对厚板的变形控制方法做出了系统探析。研究结果表明，本文所提出的集装箱船厚板焊接质量与形变控制的方法，能够有效提高厚板的焊接质量，以达到支持工业造船生产中厚板质量要求的目的。可见，未来加强对集装箱船厚板焊接质量与形变控制方法的研究和应用力度，对于促进提高船只质量并促进造船产业的发展具有重要的现实意义。
参考文献
[1]刘代龙，何乔生，曾祥文，等.北京新保利大厦钢结构制作与焊接技术[J].电焊机，2011，08（09）：12-28.
[2]裴雪峰，张剑峰，车平.泰州桥钢塔厚板焊接技术[J].电焊机，2011，08（12）：56-61.
[3]张明军.万瓦级光纤激光深熔焊接厚板金属蒸汽行为与缺陷控制[D].长沙：湖南大学，2013.
[关键词]集装箱船 厚板 变形控制
中图分类号：TK113 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0028-01
前言
作为现阶段造船过程中最常用的高强度钢板之一，EH级高强度钢不仅具有强度高和塑性好等优点，而且还具有良好的韧性。但由于以此为原材料的集装箱船厚板焊接具有较大的裂纹倾向，从而在影响焊接质量的同时，也增加了施工过程中的安全隐患。因此，有必要也必须对集装箱船厚板的焊接质量和形变进行有效控制，从而在满足安全要求的基础上，提高厚板焊接后的各方面性能。
1 焊接工艺研究
1.1 焊接方法选择
就现阶段而言，较为成熟的集装箱船厚板焊接方法主要包括了埋弧焊以及FCB焊接和CO2焊接。其中，对于38mm及以下的厚板利用FCB焊接方式可实现厚板的正反面一次焊接，但由于集装箱船中抗扭箱舷外厚板的厚度远远超出了38mm，故FCB焊接方式不予考虑。此外，在对集装箱船厚板焊接的工作量进行充分考虑的基础上，综合此项工作熔敷金属多等特点，排除CO2焊接方式，从而选择单丝埋弧焊作为集装箱船厚板焊接的主要方式[1]。
1.2 焊接材料选择
为了使得集装箱船中抗扭箱厚板的焊缝强度能够达到工业要求标准，在进行埋弧焊时，选用的焊材级别为A5Y46M，此外，所选取的焊材还应尽可能满足A5.23：EN12的要求。在实际的厚板焊接工作中，以母材与工艺要求为依据，正确选择相关焊接材料。
2 焊接质量控制
2.1 焊前清洁与定位焊接
在对厚板进行焊接前，需要对待焊区域进行清洁，除了对焊接坡口两侧20mm范围内的油污以及水分和残渣进行清洁外，还需及时处理区域的氧化物与锈蚀，从而通过减少焊接杂质，降低焊接过程中的氢含量，做好焊接质量提升的准备工作。在集装箱船厚板的定位焊方面，以CO2的半自动焊为主，并选定GFR-81k2为焊材，利用氧乙炔火焰对其进行预热，将定位焊接的钢板长度与宽度分别设定为100mm以上和60mm以下，焊接间距为500mm，在定位焊接过程中要避免夹渣、裂纹以及气孔的出现[2]。
2.2 引弧板与引出板选择
对集装箱船中抗扭箱的材料进行分析可知，其大都为超厚板，而无论是引弧板还是引出版的选择，均会对接缝的端头质量产生直接的影响，在集装箱船的超厚板焊接时，引出板与引弧板并不能单独地选择一整块进行配置，而应尽量保证坡口形式与母材板本身的坡口相一致，且二者同焊件的板后差距还必须控制在±2mm之内。
2.3 坡口制备与预热
对焊缝金属的熔敷量以及金属的结晶过程具有重要影响的因素为焊接坡口形式与坡口自身的角度。现场焊接的坡口大都为X形，且上下坡口分别为50°和70°，在上坡口深度加焊缝留根占厚板厚度的40%。在实际焊接时，所发生的焊接变形更多时候趋向于焊接量大的构架面，由于留根过大，从而增加了翻身碳刨的工作量。为了尽可能降低焊接的型变量以及翻身后的碳刨损耗，需要以实际情况为依据，对厚板的焊接坡口进行改进。在减小坡口角度的同时，还需适当减小留根的厚度，以达到主焊缝金属减少和降低焊材损耗的目的。对于不同厚度和不同材质的集装箱船厚板也具有不同的预热要求。例如，EH40和EH47级别的高强度钢板，其预热温度通常要高于100℃，而除了上述两个级别的钢板外，其他类型的钢板则需要根据具体的厚度判断预热的温度，当钢板厚度超出38mm，小于65mm时，预热温度应高于65℃，低于110℃；当钢板厚度超出65mm时，刚才的预热温度应高于110℃。
3 厚板变形控制
对于集装箱船中应用的厚度为85mm的厚板，其在对接过程中，焊接的顺序为，正面焊接1-10道焊道，翻转后，用碳弧气刨清根，而后，再在背面焊接11-22道，翻转后，继续焊接至23-48道，翻身，最后焊至49-92道。焊接翻身时，前后焊缝均需要利用电加热板进行跟踪加热，且保持加热温度在100℃以上，在板边防止10t压铁，以防止焊接时厚板发生上翘变形。厚板变形的控制过程如下：首先，利用CO2焊接法对结构面进行定位，定位工作结束后，清理焊渣，并进行埋弧焊作业的1-10道焊接，值得注意的是，第1道需要以电流快速焊接法进行焊接；其次，翻身并对非结构面坡口进行碳刨清根，使坡口根部呈U形，保证碳刨清根后，厚板型变量在3mm-5mm，对坡口进行打磨后，进行非构架面的11-22道焊接，确保焊接完成后，厚板的非结构面向上翘起的型变量为15-20mm；再次，二次翻身对结构面23-48道焊接，确保焊接结束后，结构面向上翘起25-30mm；最后，三次翻身，对厚板非结构面进行49-62道焊接，结束后，厚板上翘，基本不存在焊接变形[3]。
当整个焊接工作结束后，马上将保温棉覆盖至焊缝处，对厚板进行焊接后的缓冷保温处理，以避免淬硬组织，从而使厚板的焊接接头满足相关的力学性能要求。在焊接缺陷返修以及表面处理方面，利用CO2焊接法对焊缝进行修补，而所应用焊材的等级应确保同原接头焊材等级相同。在进行焊接补缝时，还需将焊补处进行预热，将其温度控制在100℃左右，局部修补处的焊道应尽量保持在50mm及以上。
结论
本文通过对集装箱船厚板的焊接材料和焊接方法进行分析，分别从焊前清洁与定位焊接、引弧板与引出板选择以及坡口制备与预热等方面出发，对集装箱船厚板焊接的质量控制进行了研究，并对厚板的变形控制方法做出了系统探析。研究结果表明，本文所提出的集装箱船厚板焊接质量与形变控制的方法，能够有效提高厚板的焊接质量，以达到支持工业造船生产中厚板质量要求的目的。可见，未来加强对集装箱船厚板焊接质量与形变控制方法的研究和应用力度，对于促进提高船只质量并促进造船产业的发展具有重要的现实意义。
参考文献
[1]刘代龙，何乔生，曾祥文，等.北京新保利大厦钢结构制作与焊接技术[J].电焊机，2011，08（09）：12-28.
[2]裴雪峰，张剑峰，车平.泰州桥钢塔厚板焊接技术[J].电焊机，2011，08（12）：56-61.
[3]张明军.万瓦级光纤激光深熔焊接厚板金属蒸汽行为与缺陷控制[D].长沙：湖南大学，2013.