金属粉芯焊丝在管材TYK节点焊接中的应用

杨伟锋

摘    要：多用途海工船通常设置有供直升机停降的专用平台，其平台的支撑结构出于美观及节省材料考虑一般选用管架结构设计。但管架结构存在焊接位置多变的TYK节点，在焊接方面存在诸多难点。通过技术调研，公司引进了金属粉芯焊丝并进行了CO2焊工艺试验，焊接评定验证了新工艺的可靠性，并在产品船上进行了应用，获得入级船级社（ABS）的认可。

关键词：金属粉芯;焊丝;TYK节点;试验;应用

中图分类号：U671.8                                文献标识码：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，入級美国船级社（ABS）。该船直升机平台支撑架的TYK节点要求全焊透，且要求按美国钢结构焊接规范（AWS）要求进行施焊。公司现用的焊接工艺方法不能有效解决管材小二面角不可焊、TYK节点根部焊道成形差等问题，需要开发新焊接工艺来满足生产需求。

新开发的焊接工艺既要满足生产的需要，也要充分利用公司现有的焊接资源，提高新工艺的经济性。为此，焊接技术部门决定从公司现有的焊接方法中进行新工艺开发，尝试引进了金属粉芯焊丝进行焊接工艺试验。

2    直升机平台支撑架的设计及焊接要求

该船的直升机平台位于船首上方，其平台支撑架采用钢质管材与工字梁组合式的桁架结构形式（见图1）：管材材质为API X52Q，产品规范等级为PSL2级;工字梁采用ABS-A36等级的船板组合焊接而成;管材规格最大φ355.6 mm x 16 mm、最小φ140 mm x 8 mm，管材端部是通过TYK节点全焊透连接，全部结构需按美国焊接协会钢结构焊接规范AWS D1.1的要求进行焊接。

3    焊接难点及解决方案

3.1   焊接难点

（1）管材与管材、工字梁间连接的TYK节点，其焊接位置沿相贯线变化，这对焊工的施焊技能是个严峻考验。AWS规范规定，从事管材TYK节点焊接的焊工需考取符合该规范要求的6GR焊工资格证，考试难度大、培训的投入较大;

（2）支撑架管材是封闭结构，其TYK节点只能从管材外侧进行施焊，为保证TYK节点全焊透，其根部焊道采用的焊接工艺要求能单面焊双面成形，传统的各种焊接方法难于满足要求;普通在用的药芯焊丝CO2焊、焊条电弧焊工艺焊接电流大且渣多，会出现打底焊道成形困难及焊缝夹渣问题;钨极氩弧焊能实现节点根部焊道的高质量成形，但其焊接效率较低，所需的焊接工期长;

（3）支撑架TYK节点的二面角小至27°，过小的二面角会出现焊接工具与管材顶碰导致焊接中断。如根部焊道采用钨极氩弧焊进行焊接，当管材二面角小于40°时，受焊枪结构影响会出现顶枪而焊不到根部的情况（见图2），故钨极氩弧焊工艺在该产品船上也不适用;

（4）支撑架的生产技术准备周期较短，这要求使用的工艺焊接效率要高、焊工容易上手、焊接材料及设备容易获得。公司焊接技术人员开始考虑应用较为成熟的混合焊工艺，即专用根焊焊条打底加药芯焊丝填充、盖面的工艺，但专用的根部打底焊条国内尚无成熟的产品，需从国外进口，定货纳期需2个月，另焊材成本很高，难于满足生产需要。

3.2   解决方案

考虑新工艺开发试验的经济性及试验周期能满足要求，公司决定从现有的焊接方法中进行新工艺开发。经调研及样品测试，金属粉芯焊丝中的药芯中主要是合金粉及少量的稳弧剂和造渣剂，在小至80A的电流焊接时电弧依然稳定，适合根部焊道小电流单面焊双面成形的焊接;另外该型焊丝焊后渣很薄，多道焊接不清渣也可得到质量满意的焊缝，可以有效避免根部焊道的夹渣问题：金属粉芯焊丝的焊接操作手法与普通药芯焊丝相近，焊工可快速上手，有利于缩短焊工的培训周期;CO2焊的焊丝干伸长可达30 mm，使用金属粉芯焊丝进行焊接，可解决管材Y节点27°二面角的顶枪和根部焊道成形差的问题;焊接效率方面，金属粉芯焊丝与普通药芯焊丝相当，管材TYK节点可实现根部、填充、盖面焊道使用同一种焊接方法进行焊接，简化施焊工序。因此，综合上述考虑，公司尝试引进了金属粉芯焊丝并进行CO2焊工艺试验。

4    管材TYK节点焊接工艺试验

公司焊接技术部门分析、对比API X52Q PSL2管材的各项机械性能指标及对国内市场在售的金属粉芯焊丝进行了调研，引进了由韩国现代生产的牌号为SC-70T Cored的金属粉芯焊丝进行焊接工艺试验。该焊丝获得美国船级社（ABS）的形式认可，认可等级为3YSA H10，其各项机械性能指标可满足该支撑架管材的设计及使用要求。

根据图纸要求，支撑架全部结构需按美国焊接协会钢结构焊接规范AWS D1.1的要求进行焊接：从事管材TYK节点焊接的焊工需考取符合该规范要求的6GR焊工资格证;需进行能覆盖产品焊接的6GR管材对接焊试验、最小二面角管材Y节点实验模型焊接试验、最小锐角根部板材模拟焊接试验。

为此，焊接技术人员参照规范的要求安排了新工艺的焊接试验及焊工培训工作，经过1个多月的试验模拟及改进，试样焊缝的成形已能满足标准要求，具备进行焊接工艺评定的条件。公司按规范要求向ABS船级社申请新焊接工艺评定认证试验及焊工资格考试，新焊接工艺评定与焊工资格考试同步进行，根据生产需要共安排4名焊工参加管材6 GR焊工资格考试。焊评试验评定的试件有6 GR管材对接焊试件、27°二面角管材Y节点模型焊接试件及板材27°锐角根部立焊试件;焊接试件的焊接采用经模拟试验优化后的参数（见表1）;所有试件的焊缝外表成形美观，通过了船检的认可，随后安排的X射线和磁粉无损检测也未发现有超标的缺陷，6 GR管对接和Y节点试件的打底焊道内部检查焊缝熔合良好;

其它计量检测项目见表2，检测后的残样见图3～5，各项检测均在ABS船检的见证下完成。

焊接工艺试验的各项检测结果均满足AWS规范的要求，管材TYK节点金属粉芯焊丝CO2焊工艺获得ABS船级社的认可;与焊接工艺评定同步进行的6GR焊工资格考试顺利完成，4位焊工通过了考试，获得了ABS颁发的管材6GR焊工资格证，新焊接工艺准于在产品使用。

5    应用

金属粉芯焊丝CO2焊工艺获得船级社认可后很快在支撑架的焊接施工中进行了应用，TYK节点在胎架上焊接成形美观（见图6）。该支撑架有管材约90根、结构重量约50 t，焊接施工历时约1个半月完成，所有TYK节点的焊缝通过了无损检测，支撑架结构的焊接质量获得了美国船级社（ABS）及船東的认可。

金属粉芯焊丝CO2焊工艺的成功应用，使直升机平台能按质按期完成制作并进行了安装（见图7），满足产品船连续建造的需要。

6    结论与展望

焊接工艺认可试验及实际应用证明，新引进的金属粉芯焊丝CO2焊工艺能很好的满足产品管材桁架结构的焊接要求。该焊接工艺实现了管材TYK节点接缝、对接缝从打底至盖面焊道的焊接全部由同1台焊机完成;简化了焊接工序，特别适合外场的施焊环境;其焊接效率与管材传统焊接工艺相比，对船企更具吸引力。目前国内有使用金属粉芯焊丝的船企数量不多，在管材焊接中应用的船企更是屈指可数。但随着该型焊丝的国产化率及制造质量的提高，后续金属粉芯焊丝在管材的焊接中将具有良好的应用前景。

参考文献

[1] 钢结构焊接规范[S]. GB 50661-2011

[2] 喻萍.国外金属粉型药芯焊丝简介[J]. 焊接标准，  2010（2）.