1. 概述
大型集装箱船具有较大的船长尺度、载箱量，较高的航速、以及大开口等特性，导致船体结构中部区域处于较高的应力水平。因此设计上往往采用大厚度高强度钢材料。
单丝气电立焊（EGW）作为一种高效率焊接方法，应用较普遍。但一般最大适用板厚只能达到32~33mm，无法在上述大厚板上采用；
双丝EGW方法的适用板厚一般可达70mm左右，但由于焊接热输入非常大，要保证焊接接头的性能满足规范要求，必须采用适应大热输入焊接的钢板。
所以，在未采用适应大热输入焊接钢板情况下，大厚板立对接焊缝只能采用FCAW多层多道焊，焊接效率低下。
本方法是针对上述特点，研究开发的一种既能将EGW应用于大厚板焊接，充分发挥其高效率优势，又适应实际钢板特点的FCAW+EGW组合焊接工艺方法。即先在结构面采用FCAW单面焊接，并实现背面成形，之后在非结构面进行EGW焊接的一种高效组合焊接方法。
2. FCAW+EGW组合焊接方法要点
（1）适用板厚
34~80mm：即下限为单丝EGW适用板厚的上限；对于上限，目前某大型集装箱船舷侧内、外壳上列板采用的是大厚度钢板，考虑不同产品钢板厚度不同，所以确定为80mm。
（2）厚度划分
焊接厚度的划分原则，首先要充分发挥EGW焊接的高效率优势；同时必须兼顾两种方法焊接熔敷金属量不能相差过大，否则会较难控制焊接变形。
（3）组合焊接方法接头形式设计
①坡口角度：FCAW侧为避免坡口宽度过大，比正常FCAW单面焊坡口适当减小，为X±5°；EGW侧为了降低熔敷金属量和不至于坡口过宽，根据板厚不同采用不同的坡口角度。板厚为30~50mm时为Y±5°，板厚为51~80mm时为Z±5°。
②根部间隙：需要同时适应两种焊接方法工艺要求，即G±2mm。
③适用衬垫形式：常规三角衬垫因角度问题无法满足上述接头形式要求，本组合焊接方法需要采用圆棒衬垫。直径尺寸需要根据实际装配间隙的数值选取（见图1）。
（4）焊接施工基本要点
①焊接培训。操作者需经过一定时间的培训，即使具有EGW（SG—2法）焊接普通厚度钢板经验的操作者也必须经过培训，因为薄板与大厚板焊接时，熔池中焊丝的操作运动不同。
②端部检测。焊缝始终端以及停弧部位，要采用非破坏检测（RT或UT），检查有无缺陷以及确认缺陷尺寸，采用气刨去除缺陷，用FCAW或SMAW焊接方法返修焊接。
③引弧板。引弧板长度至少要50mm。引弧板与母材同厚度，开相同坡口。④焊接时，风会造成保护气体紊乱使焊缝产生气孔缺陷，以及因空气中的氮侵入而造成接头性能低下，故需采取必要的防风措施。
3. 工艺试验及认可
（1）试验材料
试板及焊材如表1所示 。
（2）焊接参数
焊接位置为3G，具体焊接参数如表2所示。
（3）试验结果
试验按照LR、CCS船规和在验船师现场监控下进行，结果如下。
NDT及结果：PT结果为正反面焊缝边缘整齐，表面光顺，无任何表面缺陷；UT结果为所有焊缝经超声波检测全部合格（满足ISO5817 B级）；MT结果为正反面焊缝磁粉探伤检测后，无表面焊接缺陷。
力学性能检测及结果：依据规范要求，对焊接接头进行拉伸、弯曲、冲击、宏观和硬度检测，宏观试样如图2所示，数据汇总如表3所示。
（4）认可结论
经对试验焊接接头进行NDT和力学性能检测，结果满足船级社规范要求，通过工艺认可。
（5）效率对比
以某板厚1m长焊缝为例，采用双面FCAW焊接时需要焊接时间为250min；采用组合焊接方法时，EGW需要焊接时间为18min，FCAW需要焊接时间为125min，合计需要焊接时间143min。采用组合焊接方法比原双面FCAW焊接节省焊接时间近43%。
4. 结语
试验研发的FCAW+EGW组合焊接方法，既充分发挥了EGW焊接的高效率优势，又适应当前的钢板特点，是一种焊接效率高、可行性大的新焊接工艺技术。作为一种创新焊接工艺技术，其坡口制作、装配精度、材料选配、焊接参数等至关重要，必须在实施中严格控制。
作者简介：杨岳山、李光辉、杨波、赵连春、任家东，大连船舶重工集团设计院船研所。
联系客服
