一种大型集装箱船止裂钢施工方法与流程

本发明属于船舶制造领域，具体涉及一种大型集装箱船止裂钢施工方法。

背景技术：

随着船舶的大型化，造船用钢板也向厚板化的方向发展，特别是集装箱船，由于其船体结构的要求，在舱口围板、上甲板等部位已经使用厚度达到60～80mm的厚板作为高强度部件。而随着极厚板的大量应用，脆性裂纹产生的风险也越来越大。一旦在极厚板中出现裂纹，该裂纹将会沿着焊缝不断传播并使裂纹转向母材。因此在建造超万箱集装箱船时，引进最大厚度达到84mm的止裂钢，这种止裂钢的引进使用，可以从材料本身上起到了阻止中断裂纹的目的，但是对现场的施工作业要求也达到了空前的高度，如焊接工艺要求的坡口留根、不能大面积的做火工、装配间隙控制严格、自由边60mm以内不允许烧焊、不允许修补等，加上这种材料又依靠日本钢厂进口，价格昂贵。给材料运用的正确性及现场施工都带来了前所未有的挑战。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种大型集装箱船止裂钢施工方法，能够满足现有需要引进的止裂钢的焊接工艺要求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种大型集装箱船止裂钢施工方法，该施工方法包括以下步骤，

S1，焊前原材料及坡口加工：

S1.1，原材料防差错识别，用不同颜色的车间底漆加以区分，在零件加工结束后，喷涂醒目的材质标识对止裂钢及止裂钢中不同的型号进行区分，

S1.2，原材料平整度控制，平整度达到3mm/1m范围之内的原材料直接进行流转，平整度在3mm/1m范围之外的原材料进行油压机矫平，使矫平后的原材料平整度达到3mm/1m范围之内再进行流转，

S1.3，止裂钢主板切割精度控制，采用化整为散的方式对于单张套料版图上出现两张及以上的零件时，对程序进行拆分，采用单块、单划、单割的模式，使切割后的单块止裂钢的尺寸精度控制在±2mm以内；

S1.4，坡口加工，

第一步，在所述止裂钢的下表面设计反坡口，首先设计反角β，所述β角在止裂钢下表面上的对边长为c，β角所在的邻边长为b，然后在β角的邻边向止裂钢上表面方向的延长线上留出2mm留根，

第二步，在所述止裂钢的上表面设计正坡口，首先设计正角α，所述α角在止裂钢上表面上的对边长为d，α角所在的邻边长为a，

第三步，根据所述第一步和第二步中的参数进行坡口切割；

S1.5，在 S1.3主板切割和S1.4坡口加工后对材料平整度进行再次确认，对于平整度达到3mm/1m范围之内的材料直接进行流转，平整度在3mm/1m范围之外的材料进行油压机矫平，使矫平后的材料平整度达到3mm/1m范围之内再进行流转，

S2，拼板埋弧焊：

S2.1装配定位焊，首先，对于S1中处理合格后的止裂钢焊道边缘30mm范围内去除车间底漆并除锈，采用对引熄弧板进行开槽工艺，将定位焊在引弧板与止裂钢母材的坡口内侧；然后，采用CO2气体保护焊打底，CO2气体流量控制在15-25L/min，电流控制在178-243A，电压控制在25-30V，首道焊接速度控制在10.2-12.1cm/min，热输入量控制在21.7-36.1KJ/cm，第二道焊接速度控制在24.3-28.8 cm/min，

S2.2，埋弧焊及焊接参数的选择，首先，采用CO2气体保护焊打底，，电流控制在540-580A，电压控制在30-32V，焊接速度控制在40-44.6 cm/min，第一道填充焊接电流控制在663-685A，电压控制在32-35V，焊接速度控制在40-44.6 cm/min，第二道填充焊接电流控制在745-790A，电压控制在33-37V，焊接速度控制在40-44.6 cm/min，所述焊丝采用伊萨OK Autrod 13.27，等级为6Y46M，配套焊剂为OK Flux 10.62，

S2.3，焊接变形控制，对于止裂钢板厚大于65mm的采用正反交替焊接，焊1-2道焊缝后止裂钢翻身一次，控制单面角变形量为3mm/1m以内；对于止裂钢板厚不大于65mm的采用反变形法，焊前在止裂钢正面焊后形成一定的加放角度，与反面焊接过程中产生的应力形成角变形相互抵消，

S2.4，止裂钢自由边60mm内禁止施焊，在S2.3中止裂钢正面焊接完成后，采用翻身工装对止裂钢进行翻身，所述翻身工装包括倒L型卡码和吊码，所述卡码包括卡码主板和卡脚，所述吊码包括吊码主板和吊码腹板，吊码腹板焊接在吊码主板的背面，所述卡脚焊接在吊码主板正面，所述卡脚和吊码主板之间的焊脚高度h不小于15mm，所述倒L型卡码和吊码之间形成卡槽，在卡槽上设有禁止焊接区域，所述禁止焊接区域的长度m为60mm，所述止裂钢板与倒L型卡码紧配合卡设在卡槽中。

所述S2.3中针对厚度为50-65mm的止裂钢，加放角度为1.5-2.2°，所述加放角度的中心线距离焊缝的长度为781mm-3819mm，在所述加放角中设置有垫块，所述垫块的厚度为30-100 mm。

所述S2.4中，卡码主板采用厚度为25mm的钢板，吊码腹板采用厚度为15mm以上的钢板，卡脚采用厚度20mm以上的钢板，所述卡脚的高度根据止裂钢板的厚度确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用了优良的止裂钢材料，可以从材料本身上起到阻止中断裂纹的目的，且本发明焊接工艺满足该止裂钢的焊接要求，给材料运用的正确性及现场施工都带来了极大地准确性和便捷性。

附图说明

图1为本发明中止裂钢主板切割示意图。

图2为本发明中止裂钢坡口的设计图。

图3为本发明中翻身工装的结构示意图。

图4为本发明中翻身工装使用状态图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细的阐述：

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例大型集装箱船止裂钢施工方法，该施工方法包括以下步骤，

S1，焊前原材料及坡口加工：

S1.1，原材料防差错识别，用不同颜色的车间底漆加以区分，在零件加工结束后，喷涂醒目的标识对止裂钢及止裂钢中不同的型号进行区别，因为对于EH40、EH47这种特殊材料的止裂钢来讲，我国主要依靠进口日本钢铁公司产品，价格昂贵，加上日本方面对技术的垄断，所以这种特殊材料在作业过程中，材料使用的是否正确成为至关重要的一环，一旦用错使用在船舶上，将造成重大质量事故，酿成不可弥补的经济损失。为了使材料选用正确，便于辨识，从预处理环进行防差错识别，方便现场及后道施工，利于船东船检检验，

S1.2，原材料平整度控制，平整度达到3mm/1m范围之内的原材料直接进行流转，平整度在3mm/1m范围之外的原材料进行油压机矫平，使矫平后的原材料平整度达到3mm/1m范围之内再进行流转，由于日本钢厂生产的止裂钢材料，遵循的是CSQS，导致许多材料的平整度游离在装配控制的3mm装配间隙之外，为现场的零件加工造成了不小的障碍，现场逐渐对这种新型材料有了新的认识，要求材料在切割加工前后，均需对其平整度进行检测，并在CSQC的基础上追加相应的平整度标准，对于平整度超差的止裂钢，须矫平后再进行流转，

S1.3，止裂钢主板切割精度控制，采用化整为散的方式对于单张套料版图上出现两张及以上的零件时，对程序进行拆分，采用单块、单划、单割的模式，使切割后的单块止裂钢的尺寸精度控制在±2mm以内；对于超厚板止裂钢材料的切割，由于其自身的止裂性能，又都采用E40、E47 级这种韧性优良的钢材，所以在主板切割时对其内应力的释放控制也显得非常的有必要，否则原材料内应力的释放将导致零件切割横向变形，主板外形尺寸与装配位置线尺寸移位的情况发生。一般材质的钢板在切割时，采用的都是手工加放过桥的方式进行应力释放控制。而对于止裂钢这种高精度质量要求的材料来讲，加放过桥的方法显然行不通，因为止裂钢不允许修补打磨，因此，现场采用了一种新型的控制应力释放的办法——“化整为散”法，即对于单张套料版图上出现两张及以上的零件时，比如图1中AB，必须要对程序进行拆分，切割为A和B，由原来的整体划线切割转化为单块单划单割的模式，也就是一块零件一块零件切割，这样原材料因切割释放的应力得到了控制，又避免了手工加放过桥而带来的修补，保证了主板切割的精度尺寸，

S1.4，坡口加工，

第一步，在所述止裂钢的下表面设计反坡口，首先设计反角β，所述β角在止裂钢下表面上的对边长为c，β角所在的邻边长为b，然后在β角的邻边向止裂钢上表面方向的延长线上留出2mm留根，为了提高焊接效率，在万箱集装箱船的止裂钢焊接工艺规范中，将原来的埋弧焊X型坡口5毫米留根调整为现在的2毫米留根，为保证0到2mm留根，一方面，对于这种类似止裂钢留根2mm的X型坡口，现场固定专人进行切割，并且在坡口加工之前，对板厚进行测量，从下口量起，利用特质划针划好坡口加工线；同时由于设计及现场坡口加工人员的作业习惯不同，现场坡口加工时往往是先加工大的刨斜面，再加工小的带角度坡口。切割时根据β、a、α值，选取b、c、d值进行切割，正确c、d的选取应正好对应坡口切割机上β、α角度值，在坡口加工时，只需对表1进行查询即可，保证了坡口加工和留根精度，

表1 止裂钢留根2毫米坡口切割尺寸参数对照表

第二步，在所述止裂钢的上表面设计正坡口，首先设计正角α，所述α角在止裂钢上表面上的对边长为d，α角所在的邻边长为a，

第三步，根据所述第一步和第二步中的参数进行坡口切割；

S1.5，在 S1.3主板切割和S1.4坡口加工后对材料平整度进行再次确认，对于平整度达到3mm/1m范围之内的材料直接进行流转，平整度在3mm/1m范围之外的材料进行油压机矫平，使矫平后的材料平整度达到3mm/1m范围之内再进行流转，

S2，拼板埋弧焊：

S2.1装配定位焊，首先，对于S1中处理合格后的止裂钢焊道边缘30mm范围内去除车间底漆并除锈，采用对引熄弧板进行开槽工艺，将定位焊在引弧板与止裂钢母材的坡口内侧；然后，采用CO2气体保护焊打底，CO2气体流量控制在15-25L/min，电流控制在178-243A，电压控制在25-30V，首道焊接速度控制在10.2-12.1cm/min，热输入量控制在21.7-36.1KJ/cm，第二道焊接速度控制在24.3-28.8 cm/min，由于止裂钢拼板焊接时，施工工艺规定需采用埋弧焊进行拼焊作业，而为了提高建造效率，减少反面碳刨清根工作量，设计部门将X形坡口中间留根由原来的5mm降低为现在的2mm，这样就使得现场很容易出现焊穿的情况，所以工艺要求在正面焊接时，采用CO2气体保护焊打底，控制好电流电压，而要出现好的CO2打底焊，就必须控制好定位焊的质量，现场在施工时，首先对焊缝两侧30mm范围内去除车间底漆，同时进行除锈，保证有一个好的定位焊底坯，

S2.2，埋弧焊及焊接参数的选择，首先，采用CO2气体保护焊打底，，电流控制在540-580A，电压控制在30-32V，焊接速度控制在40-44.6 cm/min，第一道填充焊接电流控制在663-685A，电压控制在32-35V，焊接速度控制在40-44.6 cm/min，第二道填充焊接电流控制在745-790A，电压控制在33-37V，焊接速度控制在40-44.6 cm/min，所述焊丝采用伊萨OK Autrod 13.27，等级为6Y46M，配套焊剂为OK Flux 10.62，对于万箱集装船船上首次使用的止裂钢，虽然WPS中已规定焊接的各项工艺参数选定范围，但此焊丝和止裂钢一样，作为首次使用，焊工对焊丝、焊剂的使用性能还不是完全了解。现场模拟施焊时，曾一度出现打底及第一、二道填充焊缝焊渣难以清除的情况，导致母材温度下降，未达到层间温度，需要重新预热，耗时耗力，更重要的是会造成焊缝两侧与母材融合处存在细微的夹渣，影响焊缝内在质量，埋下质量隐患。经过一段时间的现场反复模拟，测试、试验，最终确定了止裂钢焊接时明确的焊接参数，同时进行了焊缝UT检验，无夹渣情况出现，后续在止裂钢上正式施工后，UT和MT、定位UT100%达标，

S2.3，焊接变形控制，对于止裂钢板厚大于65mm的，通常针对厚度为84mm的止裂钢板，采用正反交替焊接，焊1-2道焊缝后止裂钢翻身一次，控制单面角变形量为3mm/1m以内；对于止裂钢板厚不大于65mm的采用反变形法，焊前在止裂钢正面焊后形成一定的加放角度，与反面焊接过程中产生的应力形成角变形相互抵消，对于止裂钢材料焊接来讲，控制焊接变形是重中之重，由于其自身带有止裂性能的原因，不允许进行大面积火工矫平作业，即使进行火工作业，也要进行温度监控，并且不适当的火工作业对其内部化学成分也会造成一定影响从而影响它的止裂性能，所以说，止裂钢埋弧自动焊方面探究，更重要的是焊接变形的探究，而对于止裂钢拼板来讲，主要为对接缝角变形，因为在埋弧焊接过程中，产生的熔池，铁水冷却后产生收缩，从而产生横向拉力，造成应力过大而产生角变形。传统的工艺方法大多数采用刚性固定法，类似于采用压铁、垫块等控制变形，这种刚性固定法虽然应用广泛，简单易懂，但其不能完全消除焊接残余变形，而只能减少部分残余变形，因为当外加拘束除去后，焊件上仍会残留部分变形；同时刚性固定法将使焊接接头中产生较大的焊接应力，因此在止裂钢这种重要部件拼接时不建议采用，目前在制万箱集装箱船上使用的大多为65mm和84mm厚的止裂钢材料，针对厚度为50-65mm的止裂钢，加放角度为1.5-2.2°，所述加放角度的中心线距离焊缝的长度为781mm-3819mm，在所述加放角中设置有垫块，所述垫块的厚度为30-100 mm，具体参数见表2，

表2 止裂钢拼板埋弧焊加放反变形量对照表

通过现场的反复试验，采用反变形法较为合理，即正面焊前加放一定的角度，让其正面焊后形成一定的角焊，反面碳刨焊接时，埋弧焊熔池产生的高温对正面焊接起到消除应力作用，在熔池冷却凝过程中产生的横向收缩力不断加大，所产生的拉应力使正面焊缝的角变形逐渐变小，接头趋于平整。保证焊后平整度及内部残留应力在理想范围内，从而达到控制变形的目的，

S2.4，止裂钢自由边60mm内禁止施焊，在S2.3中止裂钢正面焊接完成后，采用翻身工装对止裂钢进行翻身，所述翻身工装包括倒L型卡码和吊码，所述卡码包括卡码主板1和卡脚2，所述吊码包括吊码主板3和吊码腹板4，吊码腹板4焊接在吊码主板3的背面，所述卡脚2焊接在吊码主板3正面，所述卡脚2和吊码主板3之间的焊脚高度h不小于15mm，所述倒L型卡码和吊码之间形成卡槽5，在吊码主板3上设有禁止焊接区域6，所述禁止焊接区域6的长度m为60mm，所述止裂钢板7与倒L型卡码紧配合卡设在卡槽中，所述卡码主板1采用厚度为25mm的钢板，吊码腹板4采用厚度为15mm以上的钢板，卡脚2采用厚度20mm以上的钢板，所述卡脚2的高度根据止裂钢板的厚度确定，对于常规的厚板拼焊作业来讲，正面焊接好后，往往是烧制吊码进行起吊翻身，然后在进行反面碳刨焊接。同时采用C型吊码烧制在钢板边缘，并吊码进行包角焊，保证吊码的焊接强度。而对于止裂钢来讲，由于其自身的特殊性，施工工艺规定止裂钢自由边60mm内不允许施焊。通过采用本实施例的翻身工装，在不破坏自由边的情况下，最终选定在止裂钢自由边缘加装卡码，有效解决了止裂钢自由边60mm内不允许施焊的难题。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。