1. Ozadje: Ozka grla tradicionalnega varjenja debelih plošč v ladjedelništvu
Velike kontejnerske ladje za konstrukcijske dele srednjega trupa uporabljajo izjemno debelo jeklo visoke trdnosti zaradi značilnosti visoke obremenitve. Tradicionalno enožično elektro-plinsko varjenje (EGW) podpira le največjo debelino plošče 32–33 mm, kar ne more zadovoljiti povpraševanja po obdelavi super debelih jeklenih plošč trupa. Čeprav lahko EGW z dvojno žico doseže razpon debeline 70 mm, prinaša izjemno visok vnos toplote in samo namensko jeklo, odporno na visoko vnos toplote, se lahko kosa s tem postopkom, kar močno poveča stroške nabave materiala.
Če se za debele navpične sočne spoje brez posebnih jeklenih plošč uporabi konvencionalno večslojno obločno varjenje s polnjenjem (FCAW), bo proizvodni cikel izjemno dolg in resno upočasni napredek gradnje. Za rešitev konflikta med omejitvijo debeline, prilagodljivostjo materiala in učinkovitostjo varjenja je bila razvita nova tehnologija kombiniranega varjenja FCAW+EGW za 34–80 mm težke jeklene plošče.
Potek postopka: najprej dokončajte enostransko oblikovanje s FCAW na strukturni površini, nato pa izvedite varjenje EGW na nekonstrukcijski površini, pri čemer združujete prednost FCAW pri oblikovanju zadnje strani in izjemno visoko učinkovitost nanašanja EGW.
2 Osnovne tehnične specifikacije za kombinirano varjenje FCAW+EGW
2.1 Veljavno območje debeline plošče
Ta hibridni postopek je namenjen jeklenim ploščam debeline 34–80 mm. Spodnja meja je največja debelina standardnega enožičnega EGW, zgornja meja pa se ujema z najdebelejšimi stranskimi ploščami trupa, ki se uporabljajo v običajnih kontejnerskih ladjah, kar pokriva večino scenarijev varjenja težkih struktur v ladjedelništvu.
2.2 Načelo ujemanja debeline
Pri načrtovanju razporeditve večplastnega varjenja je treba uravnotežiti dva ključna dejavnika: maksimizirati prednosti visoke učinkovitosti EGW in nadzorovati razliko skupnega volumna nanesene kovine na obeh straneh v razumnem območju, da se izognemo resni asimetrični deformaciji pri varjenju.
2.3 Optimiziran dizajn spojev in utorov
Kot utora: stran FCAW ima zmerno zožen utor (X±5°) za zmanjšanje prostornine polnjenja; EGW stran nastavi spremenljive kote glede na debelino plošče: Y±5° za plošče 30–50 mm, Z±5° za plošče 51–80 mm, da se zmanjša poraba polnila za varjenje.
Korenska reža: poenotena toleranca reže G±2 mm za izpolnitev zahtev delovanja obeh varilnih postopkov hkrati.
Nosilni trak: običajni trikotni nosilni trakovi niso združljivi s to strukturo utorov; potrebni so nosilni trakovi za okrogle palice, katerih premer je izbran glede na dejansko montažno razdaljo.
2.4 Pravila delovanja na gradbišču
Posebno usposabljanje operaterjev: Celo tehniki z zrelimi izkušnjami pri varjenju EGW za srednje plošče potrebujejo ciljno usposabljanje. Upravljanje staljene mase in logika delovanja nihanja žice se močno razlikujeta pri varjenju ultra debelih plošč.
Končni neporušitveni pregled: Vse segmente začetka/kona zvara mora pregledati RT ali UT. Ugotovljene napake je treba odstraniti z zračnim dolbenjem in popraviti s FCAW ali SMAW.
Izstopni in izstopni jeziček: jezički morajo biti dolgi vsaj 50 mm, enake debeline in oblike utorov, ki se ujemajo z osnovno kovino, da se preprečijo napake na koncih.
Zaščita pred vetrom: zračni tok moti zaščitni plin in vnaša dušik v staljeni bazen, kar povzroča pore in poslabša mehanske lastnosti spoja. V času gradnje so obvezne vetrne ovire.
3 Standard preizkusa kvalifikacije procesa
3.1 Preizkusni pogoji
Vsi preskusni kosi in ustrezni varilni dodatki so skladni s standardi ladjedelništva; varilni položaj je navpičen 3G, shranjeni pa so celotni zapisi parametrov. Preizkuse nadzirajo nadzorniki klasifikacijskih zavodov LR in CCS.
3.2 Rezultati neporušitvenih testiranj
PT: Robovi zvarne površine so gladki, brez površinskih razpok, por ali spodrezanih napak.
UT: Vsi testni zvari v celoti dosegajo sprejemljivi standard ISO 5817 stopnje B.
MT: Na sprednjih in zadnjih zvarnih površinah niso bile zaznane podpovršinske ali površinske linearne napake.
3.3 Podatki o preskusu mehanskih lastnosti
Preskusi natezne trdnosti, bočnega upogiba, nizkotemperaturnega udarca in trdote se izvajajo v celoti v skladu z zahtevami pomorskih specifikacij:
Natezni preskus: štirje preskusni vzorci dosežejo natezno trdnost 580–595 MPa, vsi se zlomijo na navadni kovini namesto na zvarnem spoju.
Preskus stranskega upogiba (D=40 mm, upogib 180°): Vsi štirje vzorci so opravili brez razpok.
-20 ℃ udarna žilavost: središče zvara, talilna linija in 2/5 mm zunanja talilna linija daleč presegajo minimalno zahtevano vrednost 34 J, kar kaže odlično odpornost proti razpokam pri nizkih temperaturah.
Vsi indikatorji nedestruktivnega in mehanskega preskusa izpolnjujejo pomorske standarde LR in CCS, kombinirani varilni postopek FCAW+EGW pa opravi uradno kvalifikacijo postopka.
4 Primerjava učinkovitosti varjenja
Za primerjavo vzemite 1-metrski navpični sočelni zvar:
Tradicionalno dvostransko FCAW varjenje z več prehodi: Skupni delovni čas 250 minut
Kombinirani postopek FCAW+EGW: odsek FCAW 125 minut + odsek EGW 18 minut = skupno 143 minut
Inovativna hibridna tehnologija skrajša čas gradnje za skoraj 43 %, s čimer se bistveno poveča pretočnost delavnic za debele pločevine.
5 Zaključek
Kombinirani varilni postopek FCAW+EGW odlično rešuje tri glavne boleče točke navpičnega varjenja debelih plošč: enojno omejitev debeline EGW, omejitev visoke toplotne vložke materiala in nizko učinkovitost polnega večslojnega varjenja FCAW. Ohranja stabilno zmogljivost povratnega oblikovanja pri varjenju s polnjeno žico, hkrati pa izkorišča izjemno visoko stopnjo nanašanja pri elektroplinskem varjenju, s čimer doseže dvojno izboljšanje učinkovitosti proizvodnje in učinkovitosti spoja.
V dejanski proizvodnji ladij je stroga kontrola natančnosti obdelave utorov, zračnosti montaže, ujemajočih se varilnih dodatkov in standardiziranih delovnih parametrov predpogoj za stabilno množično uporabo tega postopka. Če potrebujete prilagojene sheme hibridnega varjenja debelih plošč za projekte ladjedelništva ali težkih jeklenih konstrukcij, se obrnite na tehnično skupino na heavth.com za popolno ujemanje parametrov in vodenje postopka.
