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1、DH40 船用高强度钢焊接工艺探讨方克（厦门船舶重工股份公司福建厦门361026）摘 要：本文主要针对 4300 卡汽车滚装船主船体的重要受力部件挂舵臂弧形外板，介绍当采用具有船体材料强度等级最高、韧性较好的 DH40 船用高强度钢时的焊接工艺方案。关键词：DH40船用高强度钢焊接工艺中图分类号：TG-457.1文献标识码： A文章编号：1672-4801(2005)01-093-031 前言4300 卡汽车滚装船，是各类船舶中，载重吨位最大，船型结构复杂，其各项性能指标也是同类船型中较先进的。主船体结构采用 AH32、AH36、DH36 等高强度钢材料，而挂舵臂结构主要用来支撑舵叶重量并承
2、受一定的扭矩，受力是相当大的，且受力状况较复杂。因此，其弧形外板选用了船用高强度钢中强度等级最 高，韧性要求较好的 DH40 高强度钢材料。DH40 船用高强度钢，实质上属于 400Mpa 级的低合金结构钢，钢中除含碳（C）外，主要添加了一定量的合金元素，如 Si、Mn、Mo、Nb、Ti、V、Cr 等，提高了其机械强度和综合机械性能。用于挂舵臂结构的 DH40 材料最大厚度达 64mm，除本身对接焊外，还得要与更厚的、体积更大的承座铸 钢件对接焊，增加了其焊接工艺的复杂性。本文从材料的焊接性分析，并结合其结构的状况，介绍焊接工艺 方案进而指导其实施。2 DH40 船用高强度钢材料的焊接性分析2
3、.1 DH40 高强度钢材料化学成分（表 1）及机械性能（表 2）表 1化学成分（%）表 2 机械性能2.2 DH40 高强度钢碳当量的估算根据国际焊接学会推荐的碳当量估算公式计算 DH40 高强度钢的碳当量为： MnCr+Mo+VNi+CuCeq=C+ 6 +%=0.4347%5152.3 DH40 高强度钢的焊接性分析DH40 高强度钢的碳当量（C eq）0.4%，一般小于 0.44%，焊接性一般。但在结构板厚较大，焊接过程中 冷却速度较快时，钢材易于淬硬，需要适当预热才能防止出现裂纹。93项目屈服强度sMpa（N/mm2）搞拉强度bMpa（N/mm2）伸长率5（%）冲击值弯曲试验B=2a
4、180J数值431600290117126115合格成分CSiMnPSCuAlCrNiTiMoNbV含量0.160.421.440.0180.010.10.020.060.060.010.030.0270.06焊接工艺研究机电技术2005 年第 1 期根据 DH40 高强度钢材料的强度等级和本船挂舵臂的结构刚性特点，并考虑到地区气温情况和公司的施工条件，经多次工艺试验确定，当板厚30mm 或气温低于 5C 时，焊前需要预热，预热温度确定在 100 C150C，层间温度控制在不低于 150C。3 DH40 高强度钢的焊接工艺方案3.1 焊前的准备工作3.1.1按技术图纸要求加工合格的坡口；板厚差
5、3mm 时，按削斜长度3（t1-t2）进行削斜；典型的节点如下图。3.1.23.1.33.1.4按图纸要求正确装配；定位焊，在坡口内或焊道上定位焊，其有效长度不小于 30mm；清理待焊区域，在焊坡口两侧各 20mm，范围内清除油污、水份，割渣、氧化物、锈蚀等影响焊接质量 的物质；预热焊前用氧乙炔火焰（中性焰）或电加热毯加热方法预热待焊区域，预热温度控制在 120150C；预热3.1.5宽度为板厚的四倍，但不超过 100mm；尽量使材料的整个厚度方向受热均匀，避免局部过热。3.1.6 焊条的烘干及使用要求低氢型碱性焊条焊前在烘干箱中烘干，烘干温度为 350380C，时间为 2 小时，而后放入保温
6、箱中保 温（100C），使用时从保温箱中取出使用，每次领用数量要控制在 4 小时的使用量，不要领取太多，以防 受潮。3.2 DH40 高强度钢的焊接材料的选用3.2.1 目前国内400Mpa 级的焊材供货状况4300 卡汽车滚装船入级是挪威船级社、按 DNV 的规范要求，DH40 高强钢焊材要满足Y40，Y40， 质量等级，根据选用材料的厚度50mm，决定选取Y40 质量等级的焊材较适宜。由于目前国内船厂采用 DH40 等最高强度等级船用钢材料相当少，导致焊材厂没有去专门为Y40 质量 等级认证。但必须进行等级论证，经上海 DNV 对 TL-508（4），焊条和 TWE-711（1.2）药芯焊
7、丝专门认 证，TL-508 焊条和 TWE-711 焊丝基本达到Y40 级标准，符合使用要求，其熔敷金属的机械性能s480Mpa，b590 Mpa，29%满足Y40 等级要求。3.2.2 焊条电弧焊DH40 与 DH40采用 TL-508（天泰）4 低氢型碱性焊条，基DH40 与铸钢件DH40 与 A、B、D、E 等本满足Y40 级别要求。94机电技术2005 年第 1 期焊接工艺研究3.2.3 CO2 半自动焊DH40 与 DH40DH40 与铸钢件DH40 与 A、B、D、E 等3.3 焊接工艺规范及其它要求3.3.1 焊接电流及电弧电压（表 3）采用 TWE-711（天泰）1.2 的药芯
8、焊丝，其质量等级基本满足Y40 级。表 3 焊接规范（平对接）3.3.2 其它要求焊缝外观要求：外形均匀、美观、无外观缺陷。3.4 焊后处理3.4.1焊后立即用岩棉复盖至焊缝上，并包扎好，进行焊后缓冷保温处理，防止产生淬硬组织，以满足焊接接头的机械性能要求，时间 24 小时。 对全部焊缝进行打磨光顺。DH40 与 DH40 外板对接缝，DH40 与铸钢件外侧对接焊缝、全部采用超声波（UT）检测合格。3.4.23.4.34 DH40 高强度钢焊接中的注意事项4.1 严格按焊接工艺规范施焊，控制好焊接线能量。一般控制在 4050J/cm 以下焊接1。禁止采用超大电流和过慢的焊接速度施焊，防止过热引
9、起焊缝及热影响区组织晶粒粗大和合金元素的严重烧损。4.2 控制冷却速度、防止产生淬硬组织和裂纹。4.3 操作者在施工中应注意的几点。4.3.14.3.24.3.3严禁在 DH40 材料表面随意引弧，尽量在坡口内或用引弧板引弧。防止因焊接电缆破损、裸露而划伤钢板表面；同时避免机械碰伤钢板表面。 对于临时马脚的处理要小心切除、打磨、以防破坏钢材表面。5 结束语DH40 船用高强度钢虽然其强度等级高、厚度较大，挂舵臂的结构复杂、刚性大，给施工造成了困难，但按正确的工艺方案施焊，并按工艺要求去做，就能保证焊缝质量和满足了使用性能。同时也说明了该焊接工 艺方案是可行的。并可用于指导现场施工。参考文献;1 张志明 谭长瑛 焊接手册J. 中国机械工程学会 第二卷第五章低合金钢的焊接， 1992 年 12 月作者简介：方克（1949.2）男，厦门船舶重工股份公司，焊接工程师、主要从事焊接技术工作。95焊接方法焊条电弧焊CO2 半自动焊焊接电流（安培）150160180220电弧电压（伏）24-26