Высокоэффективный процесс сварки стальных листов повышенной толщины толщиной 34–80 мм (комбинированная технология FCAW+EGW)

1. Предыстория: узкие места традиционной сварки толстых листов в судостроении.

На больших контейнеровозах для изготовления конструкционных деталей средней части корпуса используется высокопрочная сталь повышенной толщины из-за высоких характеристик напряжения. Традиционная однопроволочная электрогазовая сварка (ЭГС) поддерживает максимальную толщину листов только 32–33 мм, что не может удовлетворить потребности в обработке сверхтолстых корпусных стальных листов. Хотя двухпроволочная EGW может достигать толщины 70 мм, она обеспечивает чрезвычайно высокое тепловложение, и только специальная сталь, устойчивая к высокому тепловложению, может соответствовать этому процессу, что значительно увеличивает затраты на закупку материалов.

Если для толстых вертикальных стыковых соединений без специальных стальных пластин применить обычную многослойную многопроходную сварку порошковой дуговой сваркой (FCAW), производственный цикл будет чрезвычайно длительным и серьезно задержит ход строительства. Чтобы решить конфликт между пределом толщины, адаптируемостью материала и эффективностью сварки, была разработана новая технология комбинированной сварки FCAW+EGW для тяжелых стальных листов толщиной 34–80 мм.

Технологическая схема: сначала выполните одностороннюю формовку методом FCAW на поверхности конструкции, затем примените сварку EGW на ненесущей поверхности, сочетая преимущества обратной формовки FCAW и сверхвысокую эффективность наплавки EGW.

2 Основные технические характеристики комбинированной сварки FCAW+EGW

2.1 Применимый диапазон толщины пластины

Этот гибридный процесс предназначен для стальных листов толщиной 34–80 мм. Нижний предел представляет собой максимальную толщину стандартной однопроволочной сварки EGW, а верхний предел соответствует самой толстой толщине боковых листов корпуса, используемых на обычных контейнеровозах, что охватывает большинство сценариев сварки тяжелых конструкций в судостроении.

2.2 Принцип соответствия толщины

При проектировании схемы послойной сварки необходимо сбалансировать два основных фактора: максимизировать преимущества высокой эффективности EGW и контролировать разницу общего объема наплавленного металла с обеих сторон в разумных пределах, чтобы избежать серьезной асимметричной сварочной деформации.

2.3 Оптимизированная конструкция соединений и канавок

1. Угол канавки: на стороне FCAW имеется умеренно зауженная канавка (X±5°) для уменьшения объема наполнения; Сторона EGW устанавливает переменные углы в зависимости от толщины пластины: Y±5° для пластин 30–50 мм, Z±5° для пластин 51–80 мм, чтобы сократить расход сварочной присадки.

2. Корневой зазор: унифицированный допуск на зазор G±2 мм для одновременного удовлетворения эксплуатационных требований обоих сварочных процессов.

3. Подложка: Обычные треугольные подложки несовместимы с такой структурой канавок; Требуются опорные полосы круглого сечения, диаметр которых выбирается в соответствии с фактическим монтажным зазором.

2.4 Правила проведения строительных работ на объекте

1. Специальное обучение операторов: Даже технические специалисты, имеющие большой опыт сварки EGW для средних листов, нуждаются в целевом обучении. Логика управления ванной расплава и работы качания проволоки при сварке сверхтолстых листов сильно различается.

2. Завершающий неразрушающий контроль. Все сегменты начала/остановки сварки должны быть проверены RT или UT. Обнаруженные дефекты необходимо устранить воздушной строжкой и отремонтировать с помощью FCAW или SMAW.

3. Вступительные и отводящие выступы: выступы должны иметь длину не менее 50 мм, одинаковую толщину и форму канавок, соответствующую основному металлу, чтобы избежать дефектов на концах.

4. Ветрозащитная защита: поток воздуха нарушает защитный газ и вводит азот в ванну расплава, вызывая появление пор и ухудшение механических свойств соединения. Ветрозащитные барьеры обязательны во время строительства.

3 Стандарт квалификационного испытания процесса

3.1 Условия испытаний

Все образцы и соответствующие сварочные материалы соответствуют нормам судостроения; Положение сварки — вертикальное 3G, при этом сохраняются полные записи параметров. Испытания контролируются инспекторами классификационных обществ LR и CCS.

3.2 Результаты неразрушающего контроля

• PT: Края сварных поверхностей гладкие, без поверхностных трещин, пор и дефектов подрезов.

• UT: Все тестовые сварные швы полностью соответствуют стандарту ISO 5817, класс B.

• MT: На передней и задней поверхностях сварного шва не обнаружено ни внутренних, ни поверхностных линейных дефектов.

3.3 Данные испытаний механических свойств

Испытания на растяжение, боковой изгиб, низкотемпературный удар и твердость проводятся в полном соответствии с требованиями морских спецификаций:

1. Испытание на растяжение: четыре испытательных образца достигают предела прочности на растяжение 580–595 МПа, причем все разрушения происходят по основному металлу, а не по сварному соединению.

2. Испытание на боковой изгиб (D=40 мм, изгиб на 180°): Все четыре образца прошли испытание без трещин.

3. Ударная вязкость -20 ℃: центр сварного шва, линия плавления и внешняя линия плавления 2/5 мм значительно превышают минимально необходимое значение 34 Дж, демонстрируя превосходную устойчивость к растрескиванию при низких температурах.

3.4 Формальное заключение о квалификации

Все индикаторы неразрушающего и механического контроля соответствуют морским стандартам LR и CCS, а комбинированный процесс сварки FCAW+EGW проходит официальную процедуру квалификации.

4 Сравнение эффективности сварки

В качестве объекта сравнения возьмем вертикальный стыковый сварной шов длиной 1 метр:

• Традиционная двусторонняя многопроходная сварка FCAW: общее время работы 250 минут.

• Комбинированный процесс FCAW+EGW: секция FCAW 125 минут + секция EGW 18 минут = всего 143 минуты

  Инновационная гибридная технология сокращает время строительства почти на 43%, значительно увеличивая производительность цехов по производству толстолистовых корпусов.

5 Заключение

Комбинированный процесс сварки FCAW+EGW идеально решает три основные проблемы вертикальной сварки толстых листов: ограничение толщины одной EGW, ограничение материала с высоким тепловложением и низкую эффективность полной многослойной сварки FCAW. Он сохраняет стабильную способность обратного формования при сварке порошковой проволокой, одновременно используя сверхвысокую скорость наплавки электрогазовой сварки, обеспечивая двойной выигрыш в эффективности производства и производительности соединения.

В реальном судостроении обязательным условием стабильного массового применения этого процесса является строгий контроль точности обработки пазов, монтажного зазора, подбора сварочных материалов и стандартизированных параметров работы. Если вам нужны индивидуальные схемы процесса гибридной сварки толстых листов для проектов судостроения или тяжелых стальных конструкций, свяжитесь с технической командой по адресу: heavth.com для полного сопоставления параметров и руководства по процессу.