一种舷侧外板搭载的装焊方法与流程

1.本发明涉及船舶设备领域，特别涉及一种舷侧外板搭载的装焊方法。


背景技术：

2.在豪华客滚船建造过程中，为有效提升客滚船前进和转弯的速度，其主船体水下部分(特别是船肿往船头)外板设计成上宽下窄倾斜仰的形式，减少水下阻力、减少了船头和海水的接触面积而减少摩擦力，从而提升船舶船舶前进及转弯的速度。客滚船舷侧上宽下窄倾斜仰的形式主要是因为客滚船02或03甲板作为车道和停车，在舷侧上宽下窄倾斜仰的形式设计为了让客滚船保证“不倒翁”和做够的强度，往往其设计很多各种狭窄舱室(见下图)。其舷侧上宽下窄倾斜仰的形式外板搭载阶段装焊方法如下，参考图1：
3.a)舷侧外板1’装配开内v形外侧坡口，钝边0-1mm、间隙6-8mm，在外板码板固定。
4.b)在舷侧外板贴陶瓷衬垫，舷侧舱内采用手工co2焊进行爬坡焊焊接,形成4道焊的焊缝11’。
5.c)v型坡口内侧焊完后，由于各种狭窄舱室及结构肘板等的影响，外板部分焊缝成形不良或有焊接缺陷，需要在舷侧外板使用碳弧气刨清根并开u形坡口12’处理。
6.d)在舷侧外板u形坡口采用手工co2焊进行电焊作业，形成2道焊的外焊缝13’。
7.豪华客滚船主船体水下部分舷侧装配结束后，内部空间为密闭狭窄空间，形成密闭狭窄舱室多，甲板作为车道停车，强力结构多，其电焊工作量占比大、作业难度相对较高，作业过程中短时间内会产生大量烟尘，环境恶劣。其现有技术存在以下问题：
8.1、由于舷侧舱内侧密闭狭窄空间且有很多强力结构及管系等的障碍，焊接视线受阻和操作姿势障碍，焊接技术要求高，焊接作业难度大。
9.2、舱内侧10m3不到的密闭狭窄空间，舷侧内对接缝需进行4道的多道焊接作业，产生大量焊接烟尘在空气不对流的舱室内回旋，工人施工作业环境恶劣。
10.3、由于密闭狭窄舱室和强力结构及管系等的障碍，作业环境恶劣，使得焊接质量无法达到理想预期，焊后经rt、ut探伤检测，一次合格率87％，返修量大。
11.4、由于很多强力结构及管系等的障碍，焊接视线和操作姿势受阻地方，外板焊缝形成不良或有焊接缺陷，需要在舷侧外板使用碳弧气刨清根并开u形坡口方法处理焊接，效率有待提高。


技术实现要素：

12.基于此，有必要提供一种焊接效率高、质量好，且能够改善作业环境的舷侧外板搭载的装焊方法。
13.本发明提供一种舷侧外板搭载的装焊方法，包括以下步骤：
14.在相邻的舷侧外板上开设v形外侧坡口；
15.在所述舷侧外板的内侧固定陶瓷衬垫；
16.在所述舷侧外板的外侧将所述v形外侧坡口用熔融的焊丝填满形成焊缝，从而将
相邻的所述舷侧外板焊接固定；
17.其中，所述舷侧外板向外倾斜。
18.优选地，所述v形外侧坡口角度为20-24
°
，坡口间隙为8-12mm。
19.优选地，所述陶瓷衬垫上设置有成型槽，所述成型槽呈弧形，所述成型槽的最大深度为1mm-2.5mm或者1.8mm-2mm，所述陶瓷衬垫包括多个单位陶瓷衬垫，多个所述单位陶瓷衬垫沿所述v形外侧坡口的长度方向延伸，且多个所述单位陶瓷衬垫依次首尾相连。
20.优选地，固定所述陶瓷衬垫，包括以下步骤：
21.取一卡码板，将卡码板通过焊接固定在所述舷侧外板的内壁上，所述卡码板上开设有与所述v形外侧坡口相对应的固定槽；
22.取单位陶瓷衬垫，将单位陶瓷衬垫放入所述固定槽中，并将所述成型槽的中线与所述v形外侧坡口的中线对齐；
23.取固定锲，并通过外力将所述固定器打入所述单位陶瓷衬垫和所述卡码板中，使所述陶瓷衬垫与所述舷侧外板的内壁贴合；
24.重复上述步骤，直至所述v形外侧坡口的延伸方向上都固定有陶瓷衬垫。
25.优选地，所述舷侧外板的外侧固定有爬行轨道，所述爬行轨道沿所述v形外侧坡口延伸，所述爬行轨道上设置焊接设备，所述焊接设备沿所述爬行轨道滑行；所述焊接设备包括移动机构和焊机，所述焊机固定在所述移动机构上，所述焊机包括焊枪，所述焊枪上装有焊丝。
26.优选地，焊接时，所述焊丝相对所述水平面的倾斜角度比所述v形外侧坡口中线相对水平面的倾斜角度小3-6
°
或者4-5
°
；所述v形外侧坡口中线相对水平面的倾斜角度大于等于25
°
。
27.优选地，所述爬行轨道包括磁吸结构和柔性铝轨道，所述磁吸机构与所述柔性铝轨道固定连接，所述爬行轨道通过所述磁吸结构固定在所述舷侧外板的外侧。
28.优选地，所述焊接设备还包括滑块压紧架和水冷滑块，所述滑块压紧架固定在所述移动机构的后端，所述水冷滑块固定在所述滑块压紧架上，所述水冷滑块用于压紧焊缝；
29.所述水冷滑块上设置有进水口和出水口，所述水冷滑块固定在所述移动机构上，在竖直方向上，所述水冷滑块至少部分与所述焊丝的自由端重叠。
30.优选地，焊接时，所述焊缝的焊接面与所述v形外侧坡口的中线呈锐角，所述焊接面上形成有熔池，所述熔融的焊丝位于所述熔池内。
31.本发明的的有益效果为：
32.本发明改善了密闭空间焊接的作业环境，有效提高效率；开辟了舷侧倾斜分段自动化焊接推进，减轻焊工劳动强度；避免了船舷侧外板采用手工co2焊接进行的多层多道焊而引起的夹渣等焊接缺陷，提高焊接质量。
附图说明
33.通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。
34.图1为现有技术中舷侧外板搭载的装焊方法的流程示意图；
35.图2为本发明的舷侧外板搭载的装焊方法的示意图；
36.图3为相邻两个舷侧外板的位置示意图；
37.图4为相邻两个舷侧外板焊接时的俯视示意图；
38.图5为本发明焊接时的剖视示意图；
39.图6为本发明的爬行轨道的示意图；
40.图7为本发明的用卡码板和固定锲固定陶瓷衬垫的结构示意图；
41.图8为本发明的陶瓷衬板的整体结构图；
42.图9为本发明的固定锲的整体结构图；
43.图10为本发明的水冷滑块的结构示意图；
44.图11为使用本发明焊接后设置的检测点；
45.图12为焊缝的外观图。
46.图中：1、舷侧外板；11、v形外侧坡口；2、陶瓷衬垫；21、成型槽；3、固定锲；4、卡码板；41、固定槽；5、爬行轨道；51、磁吸结构；52、柔性铝轨道；6、焊接设备；61、移动机构；62、焊机；621、丝；622、进气口；8、水冷滑块；81、进水口；82、出水口；9、焊缝；91、熔池。
具体实施方式
47.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。
48.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
49.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
50.参考图2-12，本发明提供一种舷侧外板1搭载的装焊方法，包括以下步骤：
51.在相邻的舷侧外板1上开设v形外侧坡口11；
52.在舷侧外板1的内侧固定陶瓷衬垫2；
53.在舷侧外板1的外侧将v形外侧坡口11用熔融的焊丝621填满形成焊缝，从而将相邻的舷侧外板1焊接固定；
54.其中，舷侧外板1向外倾斜。
55.本发明在改善密闭空间焊接的作业环境，有效提高效率；开辟了舷侧外板1倾斜分段自动化焊接推进，减轻焊工劳动强度；避免了船舷侧外板1采用手工co2焊接进行的多层多道焊而引起的夹渣等焊接缺陷，提高焊接质量。
56.焊接前，舷侧外板1无余量板材装配后按坡口标准修正，有余量板材装配后现场切割，但切割前要求纵向纵骨接缝暂不焊接，切割后坡口尺寸必须符合公差要求。如遇相邻两板厚度不等时，应将高出不平部分批斜磨平，其斜度尺寸为60～80mm。坡口边缘两侧50mm范围内应用砂轮清除毛刺、马脚、金属飞溅物以及纵向接缝的焊缝9余高，并清除水分、铁锈、油污等，确保v形外侧坡口11正面水冷滑块8顺利滑移和坡口反面衬垫贴紧。
57.在优选实施例中，v形外侧坡口11角度为20-24
°
(即相邻两个舷侧外板1相对的侧
面形成的角度，具体参考图示)，坡口间隙为8-12mm。
58.在优选实施例中，陶瓷衬垫2上设置有成型槽21，成型槽21呈弧形，成型槽21的最大深度为1mm-2.5mm或者1.8mm-2mm。参考图8，陶瓷衬垫2包括多个单位陶瓷衬垫，多个单位陶瓷衬垫沿v形外侧坡口11的长度方向延伸，且多个单位陶瓷衬垫依次首尾相连。
59.参考图7，在优选实施例中，固定陶瓷衬垫2，包括以下步骤：
60.取一卡码板4，将卡码板4通过焊接固定在舷侧外板1的内壁上，卡码板4上开设有与v形外侧坡口11相对应的固定槽41；
61.取单位陶瓷衬垫，将单位陶瓷衬垫放入固定槽41中，并将成型槽21的中线与v形外侧坡口11的中线对齐；
62.取固定锲3，并通过外力将固定器打入单位陶瓷衬垫和卡码板4中，使陶瓷衬垫2与舷侧外板1的内壁贴合；
63.重复上述步骤，直至v形外侧坡口11的延伸方向上都固定有陶瓷衬垫2。
64.根据设计的v形外侧坡口11，舷侧舱内侧(v形外侧坡口接缝背面)装卡码板4固定，每隔250-300mm装一个卡码，卡码焊接牢固，保证坡口平面不错边，v形外侧坡口正面严禁装卡码、担排加强等障碍物，保证焊接小车能畅顺无障碍连续行走。
65.参考图2和图6,，在优选实施例中，舷侧外板1的外侧固定有爬行轨道5，爬行轨道5沿v形外侧坡口11延伸，爬行轨道5上设置焊接设备6，焊接设备6沿爬行轨道5滑行；焊接设备6包括移动机构61和焊机62，焊机62固定在移动机构61上，焊机62包括焊枪，焊枪上装有焊丝621。在本实施例中，移动机构61为一焊接辅助小车，利用专用焊接辅助小车夹住co2焊枪，进气口622通入二氧化碳气体。沿焊缝9旁固定的齿轮轨道(在本实施例中，爬行轨道5为一齿轮轨道)，由客滚船舷侧外侧(舷侧外壁呈斜仰状态)下端向上端进行co2气渣保护焊；焊接时，在v形外侧坡口11接缝背面粘贴带有成型槽21的陶瓷衬垫2，在v形外侧坡口11的正面(即舷侧外板1的外面)用水冷滑块8托住熔池91成形，以达到单面焊双面成形的焊接方法。
66.斜仰位的舷侧外板1的单面焊双面一次成形气电仰焊的焊接材料包括药芯焊丝621、陶瓷衬垫2和二氧化碳气体等。
67.①
陶瓷衬垫2设计：为舷侧外壁内侧焊接一次成形，保证舷侧外壁内侧的焊缝9的高度和宽度，对陶瓷衬垫的成型槽21等外观尺寸设计：陶瓷衬垫的宽度为43mm、高度为10mm；成型槽21宽度为15mm、圆弧深度为1.8mm，陶瓷凹槽外底用1mm铁皮包围固定。
68.为保证气电仰焊质量，陶瓷衬垫2的陶瓷的成分限定如下：硫＜0.05％、磷＜0.1％，陶瓷衬垫的吸潮率≤0.4％、体积密度≥1.75g/cm3、抗折强度≥83g/cm2、180
°
剥离力≥20n/2.5cm、耐火度1300℃的技术性能。
69.②
药芯焊丝：客滚船舷侧外壁是e级高强度船体结构钢，保证气电仰焊质量必须使用3y级药芯焊丝621，其药芯焊丝621成分满足以下要求：碳≤0.05％、硫＜0.004％、磷＜0.007％、硅≤0.90％、锰≤2.0％、铜≤0.35％、镍≤0.30％、钼≤0.35％、钒≤0.08％。
70.③
co2气体：co2气体纯度必须大于99.9％。
71.在优选实施例中，焊接时，焊丝621相对水平面的倾斜角度比v形外侧坡口11中线相对水平面的倾斜角度小3-6
°
或者4-5
°
；v形外侧坡口11中线相对水平面的倾斜角度大于等于25
°
。
72.在优选实施例中，爬行轨道5包括磁吸结构51和柔性铝轨道52，磁吸机构与柔性铝轨道52固定连接，爬行轨道5通过磁吸结构51固定在舷侧外板1的外侧。
73.具体地，焊设备包括焊接电源、焊接小车、送丝机构、循环冷却水系统、导轨及水冷滑块8等。
74.①
焊接电源选用适用于斜仰位气电仰焊焊接特性的xd600g专用电源。
75.②
焊接小车由操作控制箱、摆动机构、焊枪、滑块压紧架等组成。滑块压紧架固定在焊接小车的后面，即焊接小车行走方向的反方向。
76.③
气电仰焊的送丝机构配用φ1.6mm的槽形滚轮的送丝装置。
77.④
导轨为侧齿条型铝制柔性导轨，专用于安装焊接小车，每根导轨长度为2.0m，并装有六组磁霸吸固在被焊工件上。
78.⑤
循环冷却水系统主要用于水冷滑块8的水冷却。
79.⑥
水冷滑块8设计：
80.水冷滑块8安装在滑块压紧架上(最大紧固压力为19kg)，随着焊接小车向上移动，确保水冷滑块8紧贴焊缝表面向上移动，托住熔池91，强迫焊缝9成形。水冷滑块8的规格根据坡口开口的尺寸选择槽宽的平面型铜滑块(槽宽应比坡口开口尺寸宽2mm～4mm)、槽深为1.8mm，以托住熔池91成形。
81.焊接工艺参数设计：斜仰位外板的单面焊双面一次成形气电仰焊，其斜仰的角度α≥25
°
均可焊接操作，焊接工艺参数主要有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝621摆幅、焊丝621伸出长度、气体流量等。
82.焊接电流：舷侧外板气电仰焊时，由于电流密度大，电流超过一般co2焊短路过渡的临界电流值，熔滴显示滴状过渡型式。其特点是飞溅小，电弧燃烧稳定，且熔敷速度大，因此必须选用合适的电流。过大过小的焊接电流都会影响焊接过程的稳定性和焊道的成形良好。
83.电弧电压：电弧电压的选用值须与焊接电流相匹配，在其它规范参数不变的情况下，电弧电压增大，焊缝9宽度增加，过高的电弧电压会出现焊缝9咬边。但过低的电弧电压会使电弧燃烧不稳定。因此在保证焊接过程稳定和焊缝9成型良好的情况下，应尽量降低电弧电压对防止气孔和减少合金元素的烧损都是有利的。
[0084][0085]
焊接速度：合适的焊接速度视焊丝621熔化速度而定。它与焊丝621熔化速度间的关系，以水冷滑块8内熔池91金属液面距进气口622底部为5mm～10mm较合适。焊接速度过快，滑块内熔池91金属液面逐渐降落，焊丝621伸出长度增加，易使焊缝9产生气孔。焊接速度过慢，水冷滑块8内熔池91金属液面升高，飞溅增加，当熔池91金属液面升高到进气口622底部时，电弧燃烧不稳定。甚至会迫使焊接过程中断。
[0086]
焊丝621摆幅：斜仰气电仰焊(本发明形成的焊缝向外向上延伸，因此称之为斜仰
气电仰焊)采用摆动器焊接时，电弧稳定，飞溅小，焊缝9截面上温度均匀，熔池91金属结晶状态得到改善，晶粒度细，有利于得到致密焊缝9。其摆幅4～8mm、衬垫面停留时间0.4～0.5sec、v坡口正面停留时间0.5～0.6sec。
[0087]
焊丝621伸出长度：斜仰气电仰焊焊丝621伸出长度为30mm～35mm。其焊丝621伸出长度过长，电阻热增大，熔化速度快，易发生过热而烧断，造成严重飞溅及保护效果差，影响焊接过程稳定性，使焊缝9成形变差。焊丝621伸出长度太短，易导致保护气体出气口堵塞，形成保护不良而影响焊接质量。
[0088]
气体流量：客滚船舷侧搭载斜仰气电仰焊属外场作业，co2气体流量为30l/min，其气体流量过大和过小都会直接影响焊接过程电弧稳定性，或者产生焊接气孔等缺陷。
[0089]
焊接操作：1)陶瓷衬垫2安装：安装陶瓷衬垫2时必须保证成形槽21与v型外侧坡口11中心一致，陶瓷衬垫2之间推紧无间隙，陶瓷衬垫2紧贴钢板背面，陶瓷衬垫2固定用固定锲3方式打压入固定锲3和卡码板4之间的缝隙。
[0090]
辅助小车导轨安装：小车导轨安装前应划出一条靠近v形外侧坡口边缘处的平行线，确保小车爬行线与焊缝9中心线基本平行。
[0091]
辅助小车安装：将焊接辅助小车按操作程序悬挂在爬行轨道上，由下向上爬行一段。
[0092]
焊枪安装：将焊枪固定在小车上的焊枪支架上，然后将小车再由下端向上爬行一次(快速)，检查焊枪中送出的焊丝621是否全部对准焊缝9中心。如有偏差，焊前必须将导轨调整到位，其焊枪向下倾斜(与板材面)4
°
～5
°
。
[0093]
在优选实施例中，焊接设备6还包括滑块压紧架和水冷滑块，滑块压紧架固定在移动机构61的后端，水冷滑块固定在滑块压紧架上，水冷滑块8用于压紧焊机62形成的焊缝9；水冷滑块8上设置有进水口81和出水口82，水冷滑块8固定在移动机构61上，在竖直方向上，水冷滑块8至少部分与焊丝621的自由端重叠。
[0094]
水冷滑块8安装：水冷滑块8是按放在滑块压紧架上(最大紧固压力为19kg)，随着焊接小车向上移动，水冷滑块8紧贴坡口表面向上移动，托住熔池91强迫气电仰焊焊缝9成形。
[0095]
起弧：将电弧电压电位器、焊接电流电位器、焊丝621伸出长度控制电位器均调至预定位置后，按起动按钮，开始以断弧式起弧，在熔池91建立后，再按焊丝621摆动按钮，开始正常焊接。
[0096]
在焊接过程中，随时观察焊丝621对中和焊缝9热量分布情况，修正焊接参数，使焊接熔池91面大致保持水平状态。随时通过焊接参数将熔池91调整到离滑块保护气体2-6mm位置，同时还要用绝缘棒随时除掉水冷滑块8保护气体盒里的飞溅物。
[0097]
焊接停止时，按焊接辅助小车停止按钮和摆动停止按钮，使小车和焊丝621送丝停止、电弧熄灭。待熔池91凝固后，放开水冷滑块8并去除上面的飞溅物，把焊枪从支架上取下。
[0098]
在优选实施例中，焊接时，焊缝9的焊接面与v形外侧坡口11的中线呈锐角，焊接面上形成有熔池91，熔融的焊丝621位于熔池91内。
[0099]
采用上述方法焊接完成后，对焊接结果进行检验
[0100]
5)焊接检验：
[0101]
焊接完成后按照船级社《焊接与材料》进行焊接检验、检查和性能测定，均合格，具体如下：
[0102]
①
目视焊缝9正反面成形良好，没有发现焊接缺陷，外观检验合格，并焊后24小时后进行焊缝100％ut及10％rt无损探伤，结果合格。
[0103]
②
冲击试验：经100％无损检测后，对斜仰位外板的单面焊双面一次成形气电仰焊焊缝中心、熔合线、熔合线+2、熔合线+5进行20℃冲击韧性试验，检测数据如下表所示，满足船级社规范最低值34j的冲击要求标准。
[0104][0105]
③
焊缝9拉伸和弯曲试验：对焊缝9进行横向拉伸试验，试验结果显示，断裂位置均在母材一侧，数据如下表所示。弯曲试验所用弯头直径40mm，弯曲角度180
°
，结果表明弯曲试验结果合格。
[0106]
焊缝9横向拉伸试验：
[0107]
序号抗拉强度rm/mpa断裂位置试样1564母材试样2562母材
[0108]
④
硬度试验：硬度试验测试部位如图11和12，所测数值如下表所示，可知最大值为hv216，满足船级社规范最大值不超过hv350的要求。
[0109]
hv10硬度试验结果：
[0110][0111][0112]
⑤
宏观金相试验：对焊缝9接头断面进行宏观检测，未发现有肉眼明显可见焊接缺陷，如图12所示。
[0113]
比较现有技术，此新方法创造存在如下优点：
[0114]
1、解决了由于豪华客滚船舷侧外板1舱内侧密闭狭窄空间且有很多强力结构及管系等的障碍，爬坡焊接视线受阻和操作姿势障碍困难，该倾斜气电仰焊技术实现外板机械化焊接，有效提高了焊接效率及焊接质量。
[0115]
2、解决舱内侧10m3不到的密闭狭窄空间，舷侧内对接缝需进行多层多道焊接作业，产生大量焊接烟尘在空气不对流的舱室内回旋环境恶劣，该倾斜气电仰焊技术单面焊
双面一次成形，避免了舷侧倾斜外板采用手工co2焊接进行的多层多道焊而引起的焊接缺陷。
[0116]
3、解决了由于很多强力结构及管系等的障碍，焊接视线和操作姿势受阻地方，外板焊缝9形成不良或有焊接缺陷，需要在舷侧外板1使用碳弧气刨清根并开u形坡口方法处理焊接，效率有待提高。
[0117]
在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0118]
在本说明书的描述中，参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0119]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。