埋弧焊在汽车滚装船薄板大合拢对接焊缝中的应用

■ 张芳杰，郭金翔

1. 概述

埋弧焊作为船舶建造中非常重要的焊接方法，被船厂广泛应用于船体平直部分的内外底板、甲板板、纵/横舱壁板的拼板；也可采取CO2打底+埋弧焊盖面的混合焊接方式，用于船体大合拢的内底或甲板的合拢对接焊缝，以提高焊接质量，提升焊接效率，缩短建造周期。

随着船舶市场的多元化发展，汽车滚装船的需求逐年递增。而车滚船因重量和平稳性的控制要求，其主甲板以上的甲板多采用5.5～7mm薄板作为装载车辆的甲板，由此带来了大量薄板对接缝在船台的中组立和大组立中产生。通常这类焊缝均采用CO2打底和盖面的手工方式来完成，以控制薄板对接焊缝的焊后变形，减少焊后变形的矫正工作量。但这种方式的生产效率低，造成建造周期延长。

2. 薄板大合拢对接焊缝传统的焊接方式

由于埋弧焊热输入大的特点，为防止焊接变形，在船台中组立和大组立的搭载过程中，薄板的纵/横向对接焊缝，通常普遍采用手工CO2气体保护焊的焊接工艺来完成。由于焊工个人技能水平高低差距的限制，速度快慢的差异，以及个人主观意识的随意性，导致这种方法存在以下缺点：①焊缝外观成形不美观，焊后打磨量大，焊缝的质量不稳定。②操作工人劳动强度大，生产效率低，船台建造周期较长。

而与之形成鲜明对比的油轮、散货船和箱船等船舶，其甲板、内底板等平面对接焊缝位置在中组立和大合拢阶段的焊接，由于板厚大多是14mm以上的厚板，普遍采用采用CO2手工打底、填充，埋弧焊盖面的焊接方法，使得焊缝的成形、质量均得到很大提升，焊后除个别接头简单处理外，几乎无需打磨，焊接生产效率大幅提升。

如何让埋弧焊在汽车滚装船的大合拢纵、横对接焊缝上发挥作用，既控制了焊接变形，又提高了焊接效率，正是我们需要摸索和探究的课题。

3. 薄板大合拢对接焊缝埋弧焊的试验和实施

通常埋弧焊在船舶搭载阶段多数运用于厚板，且使用φ4～φ5mm焊丝，焊接参数远远大于手工CO2的焊接参数；相对于薄板焊接而言，其焊接热输入大，焊接工艺难以控制，无法得到满意的焊接结果。为此我们进行了深入研究，摸索其薄板埋弧焊参数。

对于薄板的焊接从效率、焊接质量及焊接变形上考虑，只有采用高速焊接，才有可能降低焊接热输入，控制焊接变形，提高生产效率。经过多次焊接试板试验，找出了薄板埋弧细丝自动焊盖面的焊接参数变化的规律，积累了一定的焊接参数数据。

结合试验取得的工艺参数，我们在某Ⅰ型汽车滚装船上采用CO2手工打底+埋弧细丝焊盖面的焊接工艺，进行整船的大合拢纵/横焊缝的焊接；并进行了设备电流/电压、焊接速度、焊接变形和焊接质量等跟踪记录，以验证试验过程中工艺参数的正确性。

在实船实施过程中，采用焊机ZX7—630，焊接材料选用了φ3.2mm焊丝CHW—S3；焊剂CHF101，焊接母材厚度为5.5mm。

图1

图2

表1 某Ⅰ型汽车滚装船第七/八甲板薄板大合拢纵横焊缝埋弧焊跟踪记录

该Ⅰ型汽车滚装船共九层装载汽车甲板，其中六甲板为活动甲板，其余甲板板厚为：一甲板（内底板）10mm、二/三/四甲板6.5mm、五甲板14mm、七/八甲板5.5mm、九甲板7mm。我们重点对二/三/四/七/八/九甲板的薄板大合拢纵/横焊缝的埋弧焊进行了跟踪。表1为七/八甲板跟踪记录。

实施过程跟踪图片及最终效果如图1所示。汽车滚装船上采用CO2手工打底+埋弧细丝自动焊盖面的实践如图2所示。

试验和实施过程中应关注的几个问题及解决方法：

第一，适当提高埋弧焊的焊接速度，可减小焊缝热影响区，焊件受热均匀，变形能得到较好的控制。

第二，焊接顺序应按以下主要步骤进行控制，否则易造成焊接应力无法释放，板缝间隙的变化和甲板的变形：①先焊甲板纵向对接板缝，再焊甲板环形对接板缝。②先船体结构的合拢对接焊缝，再焊船体结构的角接缝。

第三，若采用φ2.0mm焊丝，由于其焊丝直径与手工CO2焊丝φ1.2mm相差0.8mm，其成形虽然优于手工焊，由于填充金属量有限（时常会出现焊缝不饱满低于母材的现象，需人工进行二次修补），埋弧焊高效率未能体现；在综合考虑焊接速度对单位时间内的焊接热输入的影响，与焊材填充量之间关系的前提下，故在实船实施中采用了φ3.2mm焊丝。

第四，若手工CO2打底焊过宽时，埋弧焊高速盖面时，焊缝会出现未熔合（即单边现象，需人工进行二次修补），故合拢焊缝的装配间隙应控制好，最好在6mm左右，且板缝无需开坡口；另外，手工CO2打底焊的摆幅不宜过大，以控制焊缝的宽度。

第五，若手工CO2打底焊高度不够时，埋弧焊盖面焊接速度将降低，焊接热输入增加，则易造成焊穿，以及板材变形量随之增加；而打底焊过高时，则易造成埋弧焊盖面焊缝出现“凸”变形，焊后需要打磨处理，焊接效率将打折扣。

因此，在整个实施过程中，手工CO2打底焊的好坏，也决定了整道焊缝的成形和质量。

通过上述跟踪图表可以看出，其大合拢焊缝的变形是可控的，产品质量是可以保证的，其工效显著提高。其母材板厚为5.5mm时，焊接电流250～300A，电弧电压30～35V，焊接速度29～30cm/min。为后续的汽车滚装船Ⅱ型（十一层甲板）、Ⅲ型（十三层甲板）大合拢薄板对接焊缝的焊接，采用埋弧焊盖面的焊接方法奠定了基础。

表2 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型汽车滚装船埋弧焊盖面与手工CO2盖面船台周期的提升数据

表3 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型汽车滚装船手工焊焊后打磨成本比较

表4

4. 薄板大合拢对接焊缝埋弧焊运用的工效和成本提升

在上述Ⅰ型实船及后续的Ⅱ、Ⅲ型汽车滚装船实践过程中，同样进行了详细的工艺参数、变形控制和无损检测等质量、工效和成本的跟踪。以下重点简述其船台建造周期工效的提升和焊缝打磨的成本节约对比数据（见表2、表3）。

从表2、表3可以看出，埋弧焊在Ⅱ、Ⅲ型汽车滚装上提升空间和节约的成本尤为明显，该方法值得在大型车滚船上推广运用。

根据跟踪数据的汇总，埋弧焊用于船体大合拢焊缝的盖面时，其工艺参数建议如表4所示。

5. 结语

经过上述试验及实船上的焊接实践与改进，在薄板大合拢焊缝的埋弧焊盖面上，积累了一定的经验和数据，解决了埋弧焊焊接热输入大，薄板焊后变形量大的问题，工效得到了大幅提高，船台周期缩短，人工成本和材料成本都有了很大的节省。

就其应用有以下几个优势：

（1）焊缝成形 由于埋弧焊是机械化控制，焊接过程连续、焊接参数稳定，所以焊缝成形的美观度优于手工CO2盖面。

（2）焊接效率 埋弧焊焊接时可连续送丝无需停歇，而手工CO2焊接无法做到连续作业，从船台周期对比表格中就可以看出，此单项工程可为船台周期争取10天左右。

（3）焊接质量 由于埋弧焊连续焊接的特性，减少了焊接接头的修补，从NDT的检测结果也能看出其质量的稳定性。

（4）成本节约 由于其外观成形好，且焊缝连续、接头少，焊后打磨几乎可忽略不计，从而大大降低了后期打磨的工作量及砂轮片的损耗。仅砂轮片一项，全船可节约成本5221.59元（Ⅰ型）。

（5）焊后变形量 从甲板埋弧焊盖面后的甲板变形数据跟踪表，可以看出甲板焊缝凸、凹变形在可控范围内；相比于手工CO2盖面，焊缝的变形和收缩量，对甲板的平整度和舱容数据的影响也在可控范围内。

综上所述，埋弧焊在汽车滚装船的薄板大合拢焊缝上得到了充分的发挥和运用，对船厂缩短船台建造周期，提高工效，提升产品质量，起到了积极的作用。