摘 要：本工艺铸钢件指碳含量≤0.23%的碳钢、碳锰钢，适用于屈服强度≤240kPa，抗拉强度级≤480kPa的船用铸钢件，如ZG200~400，ZG230~450，ZG240~480，20Mn5等，主要用于舵叶、挂舵臂、锚唇、艏艉柱等。
1、试验内容
1.1 船用铸钢件性能研究
试验用钢为某钢铁公司生产的厚50mm的240~480铸钢，其化学成分见表1，主要力学性能见表2 。
1.2 焊接材料的选择
考虑焊接接头的强度及韧性等各项综合性能的要求，对铸钢件定位焊和焊接时应选用相应匹配的3Y低氢焊材，其性能要求见表3，如焊条J507（E5015），CO2气体保护焊SQJ501焊丝等。
1.3 单边坡口焊接工艺评定试验
试验为了控制坡口精度，确保焊接合格率，铸钢件采用机加工，以减少人为气割或碳弧气刨引起的坡口不均匀或夹碳现象。本次试验采用船舶行业焊接难度较高的单边坡口单面对接焊缝，位置为横、立，如图1所示，采用300mm 长试样，反面采用陶瓷衬垫。
现实生产中，受环境因素和装配的影响，可能存在需气割或碳弧气刨，当使用气割和碳弧气刨时，应将该区域100mm内缓慢加热至150 ~200℃，然后进行气割或碳弧气刨，采用碳弧气刨时确保压缩空气干燥。
近表面缺陷可用磁粉探伤或着色探伤确定缺陷的位置、大小和数量。缺陷深度≤1mm时，可直接用磨光机磨除；缺陷深度＞1mm时，可采用机加工、批凿、打磨、气割和碳弧气刨后补焊，焊后可采用局部消除应力热处理。热处理后应在原焊补处打磨光滑并用无损检测进一步复查，以确保缺陷完全消除。
1.4 焊前预热
预热主要是减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，减少焊缝及热影响区的淬硬程度，降低焊接应力和焊接结构的拘束度，提高焊接接头的抗裂性。装配定位焊时使用氧乙炔火焰加热，而焊接时必须采用电加热器加热，注重预热效果，尽量采用陶质或防火岩棉的加热片。加热方式如图2所示。
预热温度应在100~200℃的区间，预热在坡口两侧200mm范围内，加热应缓慢进行，速度60~100℃/h，即铸钢件最低预热时间不得小于1 小时。测量温度应距焊缝中心75mm处，有条件的情况下尽量测量预热的背面，电加热器必须派专人接线、使用、维修、保养，注意使用过程中的安全，预防触电和烫伤。
1.5 焊接过程控制
在试验时为确保焊接质量的可追溯性，采用点温测量仪实时记录温度的变化，当不断填充焊接时，试样在空气中降温速度也逐渐放缓。在填充第5道焊缝后，立即测量，在焊缝熔合线处温度达到最高值，焊后4分钟（清理焊道药渣时间），再次测量，发现在热影响区，距焊缝10~30mm之间温度场达到最高值，温度通过热传递现象，最高点在慢慢向外围扩散，如图3所示。
经不断试验发现，当焊缝层间温度处150~ 250℃的区间，符合船舶铸钢焊接工艺。当不考虑热影响区的温度继续焊接后，经做弯曲试验，发现在母材热影响区试样直接断裂，出现母材脆化现象。当通过控制母材热影响区的温度，使之处于150~200℃区间焊接后，经弯曲试验，未出现母材脆化。拉伸、冲击也符合船舶建造工艺要求。
在生产中，为确保焊接有可追溯性，应详细记录焊前预热温度、层间温度、焊后热处理温度等。焊接时层间温度、热影响区不得小于预热温度，最高不得大于250℃。当温度大于200℃时，加热片应立即停止加热。
考虑到焊缝长短的情况，当焊缝大于1m时，尽量安排多名焊工焊接，每1m焊缝中必须安排一名焊工焊接。应一次焊接完成，尽量避免隔夜二次预热。焊接需从中间向四周焊接，先焊对接缝，后焊角焊缝的顺序进行，当有自由端对接焊缝时，应先焊自由端焊缝，角焊缝先焊立角焊，后焊平角焊。
当焊缝较短时，尤其要注意，因为生产人员经常重视生产而忽视质量，由于焊缝较短，焊完一道后，温度还较高，这就需要检验人员实时监督，以防温度过高，又继续焊接。多层焊时每层焊道的焊接方向要一致，各层的焊接方向可以相反，焊道的接头应互相错开，错开距离不小于30mm。
除打底层厚度4~6mm外，其余每层厚度控制在3~4mm。建议焊缝宽度，平焊缝≤16mm，其它位置≤25mm。焊接完毕，应立即检查焊缝外观质量，对表面成形不符合要求的焊缝，在保证层间温度≥100℃的前提下，立即进行修补，修补长度不得小于50mm。
合理的焊接工艺参数，是保证焊接质量的重要指标，焊接时应严格按照焊接工艺参数焊接，打底电流应小于200A，禁止大电流操作，具体焊接参数见表4所示。
1.6 焊后热处理
焊接完毕，应立即将温度加到200~250℃，进行低温回火处理，回火完毕后，用防火岩棉覆盖，使其缓冷，保温时间按板厚确定但不少于2小时[1]。
2、结束语
通过多次对铸钢件的横焊、立焊位置FCAW 焊接工艺试验，选择以上合理的控制流程，该工艺能够满足生产和船级社标准的质量要求，目前在我企业应用，未出现任何质量问题。
口岸船舶有限公司 顾彬彬 杨 莉
文章来源：现代焊接
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