一种船舶实心铸钢艏柱的加工方法与流程

本发明属于船舶制造技术，尤其涉及一种用于船舶实心铸钢艏柱的加工方法。

背景技术：

目前，对于一些特种船舶，如国家执法公务船等，基于使用需要，船首需具备较强的冲击性而采用实心铸钢艏柱。随着国家执法公务船等特种船舶吨位日趋增加，实心铸钢艏柱的外形尺寸也随之加大，使得实心铸钢艏柱的长度更长，横截面尺寸更大。在传统的加工工艺中，艏柱多采用铸造工艺一次成型，当艏柱的尺寸加大时，相应的，对铸造模具及一次性浇铸成形的要求进一步提升。而对于这种大型的实心铸钢艏柱，一次性浇铸成形难以实现，即使能够一次性浇铸成形，也存在较多的表面及内部缺陷；同时，因其长杆形外形，在吊装、转运过程中极易产生变形，一旦变形，就无法校正而报废。

技术实现要素：

本发明的目的是至少解决上述现有技术中存在的问题之一，该目的是通过以下技术方案实现。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种船舶实心铸钢艏柱的加工方法，包括以下步骤：

经锻造形成至少两个子段作为工件备用；

将铸造成型的至少两个所述子段依次拼接，并将至少两个中相邻两所述子段的接缝处形成焊缝，以通过焊接形成船舶实心铸钢艏柱。

对于用在大型特种船舶的较长规格的长杆状实心铸钢艏柱加工过程中，可将该艏柱分为两个或两个以上的子段，将这些子段分别铸造成型形成工件后，通过吊装转运至船厂，再将各工件通过焊接的方式形成整体的实心铸钢艏柱结构。这样，缩短了铸件的规格，实现几段铸件同时铸造，从而缩短了铸造周期，降低了铸造成本；同时由于单个铸件的规格较小，也降低了模具制造难度，减少了铸造缺陷，降低了吊装转运过程中的变形风险。

进一步地，将相邻的两所述子段通过焊接固定包括以下步骤：

预处理，清理焊缝周围区域，并对形成焊缝的双侧焊接接头进行预热，而后在双侧焊接接头上加工出坡口；

焊接，采用熔化极混合气体保护焊在坡口处焊接并形成焊缝；

焊后热处理，对焊缝两侧的工件预设范围内进行热处理，并使该预设范围内的工件温度缓慢冷却至环境温度。

该焊接方法采用熔化极混合气体保护焊的方式提高了焊接质量，且焊前预热、焊后缓冷的工艺措施能够有效降低焊接部位热量突变的几率，从而减少了焊接变形。

进一步地，在焊后热处理步骤之后，还包括以下步骤：

冷却48小时时效后，对焊缝进行超声波检测，并对加工形成的工件进行整体变形检验。

进一步地，在焊接步骤中，所述熔化极混合气体保护焊采用的焊丝为1.2mm实心焊丝。由于1.2mm实心焊丝的直径较小，使得焊接电流得以相对较小，焊接速度相对较快，产生的焊接变形也小，后期母材校正工作量减少，省去了焊接后的人工清除飞溅和校正工作，降低了人工成本和焊接材料成本；并且，实心焊丝为低氢焊材，可降低焊接过程中及焊接后出现焊接裂纹的几率。

进一步地，在焊接步骤中，所述熔化极混合气体保护焊采用的焊接电压为22-28v、焊接电流为110-220a、焊接速度为0.1-0.3m/min，气体流量为15-20l/min。

进一步地，在焊接步骤中，所述熔化极混合气体保护焊采用混合气体作为保护气体，所述混合气体组成为40％-80％氩气、20％-60％二氧化碳。在熔化极混合气体保护焊中采用40％-80％氩气、20％-60％二氧化碳作为混合气体，能够有效抑制实心焊丝在焊接时飞溅多的缺点，有利于焊渣的清除，提高了焊缝质量及成形效果。

进一步地，所述预处理步骤包括：

清除各子段的焊接接头及其两侧100mm区域内的油水和杂质；

将焊接接头两侧150mm内的工件预热至150℃。

进一步地，所述坡口包括位于工件一侧表面的第一坡口和位于工件另一侧表面的第二坡口，所述第一坡口的深度为t/2+10mm，所述第二坡口的深度为t/2-10mm，其中t为工件的厚度。

进一步地，所述焊接包括以下步骤：

采用碱性焊条对第一坡口所在面进行打底焊，焊道厚度达到5-8mm后对第二坡口所在面清根打磨，清根打磨时持续保温130℃；

将工件对接焊缝两侧的150mm范围内加热至预热温度后，同时对第一坡口侧和第二坡口侧进行对称焊接，保持每层焊道温度为120-150℃；

焊接时采用退焊法，每层焊缝的起点和终点相互错开30-50mm，每焊一层敲击焊缝以释放应力。

进一步地，在焊后热处理步骤中，加热使工件对接焊缝两侧150mm范围内升温到680℃，680℃温度保持120分钟后，在焊缝两侧300mm区域内包覆保温材料，在8小时内，令该范围内的温度呈线性曲线缓慢降低至130℃，而后缓慢冷却至环境温度。

附图说明

图1为本发明所提供的船舶实心铸钢艏柱的加工方法一种具体实施方式的工艺流程图；

图2为图1所示加工方法中将相邻的两所述子段通过焊接固定的工艺流程图；

图3为图2所示加工方法中预处理步骤的工艺流程图；

图4为图2所示加工方法中焊接步骤的工艺流程图；

图5为图1所示加工方法中加工形成的坡口的结构示意图。

附图标记说明

100-工件

101-第一坡口

102-第二坡口

具体实施方式

本发明提供了一种船舶实心铸钢艏柱的加工方法，用以解决现有技术中的大型艏柱铸造加工困难、转运过程易损坏的技术问题。

在一种具体实施方式中，本发明提供的加工方法用于加工船舶实心铸钢艏柱，尤其用于加工大型特种船舶的大规格、长杆状实心铸钢艏柱。如图1所示，该加工方法包括以下步骤：

s1：经锻造形成至少两个子段作为工件备用；具体地，子段可以为两个或两个以上，其尺寸可基于艏柱的设计长度均分得到。

s2：将铸造成型的至少两个所述子段依次拼接，并将至少两个中相邻两所述子段的接缝处形成焊缝，以通过焊接形成船舶实心铸钢艏柱。

s3：冷却48小时时效后，对焊缝进行超声波检测，并对加工形成的工件进行整体变形检验。对变形的检验可提高成品率，此处也可以不进行检测，或以抽检的方式检测。

对于用在大型特种船舶的较长规格的长杆状实心铸钢艏柱加工过程中，可将该艏柱分为两个或两个以上的子段，将这些子段分别铸造成型形成工件后，通过吊装转运至船厂，再将各工件通过焊接的方式形成整体的实心铸钢艏柱结构。这样，缩短了铸件的规格，实现几段铸件同时铸造，从而缩短了铸造周期，降低了铸造成本；同时由于单个铸件的规格较小，也降低了模具制造难度，减少了铸造缺陷，降低了吊装转运过程中的变形风险。

在上述加工方法中，如图2所示，在步骤s2中，将相邻的两所述子段通过焊接固定包括以下步骤：

s2-1：预处理，清理焊缝周围区域，并对形成焊缝的双侧焊接接头进行预热，而后在双侧焊接接头上加工出坡口。如图5所示，所述坡口包括位于工件100一侧表面的第一坡口101和位于工件100另一侧表面的第二坡口102，所述第一坡口101的深度为t/2+10mm，所述第二坡口102的深度为t/2-10mm，坡口的倾斜角度为10°，第一坡口101的口底与第二坡口102的口底之间的焊接间隙为0-2.0m，各坡口留根2mm。其中，t为工件的厚度，t为150mm-300mm。

s2-2：焊接，采用熔化极混合气体保护焊在坡口处焊接并形成焊缝。在该焊接步骤中，所述熔化极混合气体保护焊采用的焊丝为1.2mm实心焊丝、焊接电压为22-28v、焊接电流为110-220a、焊接速度为0.1-0.3m/min，气体流量为15-20l/min。由于1.2mm实心焊丝的直径较小，焊接电流相对较小，焊接速度相对较快，产生的焊接变形也小，后期母材校正工作量减少，省去了焊接后的人工清除飞溅和校正工作，降低了人工成本和焊接材料成本；并且，实心焊丝为低氢焊材，可降低焊接过程中及焊接后出现焊接裂纹的几率。

上述熔化极混合气体保护焊采用混合气体作为保护气体，所述混合气体组成为40％-80％氩气、20％-60％二氧化碳。在熔化极混合气体保护焊中采用40％-80％氩气、20％-60％二氧化碳作为混合气体，能够有效抑制实心焊丝在焊接时飞溅多的缺点，有利于焊渣的清除，提高了焊缝质量及成形效果。

s2-3：焊后热处理，对焊缝两侧的工件预设范围内进行热处理，并使该预设范围内的工件温度缓慢冷却至环境温度。在焊后热处理步骤中，具体地，加热使工件对接焊缝两侧150mm范围内升温到680℃，680℃温度保持120分钟后，在焊缝两侧300mm区域内包覆保温材料，在8小时内，令该范围内的温度呈线性曲线缓慢降低至130℃，而后缓慢冷却至环境温度。

该焊接方法采用熔化极混合气体保护焊的方式提高了焊接质量，且焊前预热、焊后缓冷的工艺措施能够有效降低焊接部位热量突变的几率，从而减少了焊接变形。

具体地，在步骤s2-1中，如图3所示，所述预处理包括：

s2-1-1：清除各子段的焊接接头及其两侧100mm区域内的油水和杂质；

s2-1-2：将焊接接头两侧150mm内的工件预热至150℃。

具体地，在步骤s2-2中，如图4所示，所述焊接包括以下步骤：

s2-2-1：采用碱性焊条对第一坡口所在面进行打底焊，焊道厚度达到5-8mm后对第二坡口所在面清根打磨，清根打磨时持续保温130℃；

s2-2-2：将工件对接焊缝两侧的150mm范围内加热至预热温度后，同时对第一坡口侧和第二坡口侧进行对称焊接，保持每层焊道温度为120-150℃；

s2-2-3：焊接时采用退焊法，每层焊缝的起点和终点相互错开30-50mm，每焊一层敲击焊缝以释放应力。

为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之船舶实心铸钢艏柱的加工方法。

综上，本发明提供的加工方法通过采用多段分别铸造并转场焊接的方式，缩短了铸件的规格，实现几段铸件同时铸造，从而缩短了铸造周期，降低了铸造成本；同时由于单个铸件的规格较小，也降低了模具制造难度，减少了铸造缺陷，降低了吊装转运过程中的变形风险。其采用熔化极混合气体保护焊，焊丝为1.2mm实心焊丝，采用50％氩气、50％二氧化碳的混合气体能有效抑制实心焊丝在焊接时飞溅多的缺点，有利于焊渣的清除，提高焊缝质量及成形效果；由于1.2mm实心焊丝直径小，焊接电流相对较小，焊接速度相对较快，产生的焊接变形也小，后期母材校正工作量减少，省去了焊接后的人工清除飞溅和校正工作，降低了人工成本和焊接材料成本；实心焊丝为低氢焊材，可降低焊接过程中及焊接后出现焊接裂纹的几率；焊前预热，焊后缓冷的工艺措施能够有效降低焊接部位热量突变的几率，从而减少焊接变形。

需要指出的是，文中所述“第一、第二”等序数词是为了区分相同名称的不同结构或方法，仅为了描述方便，不表示某种顺序，更不应理解为任何限定。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。