近海集装箱吊耳材料E36钢材的焊接工艺

孙广齐+陈浩

与主要在陆地运输使用的普通干货集装箱不同，近海集装箱是在近海石油钻井平台上使用的特殊集装箱；因此，针对其设计和制造，欧洲有一整套完善的标准，其中包括DNV 2.7-1和EN 12079。这2个标准大同小异，对近海集装箱主要结构吊耳所用材料的要求很严。近海集装箱主要在海上钻井平台上使用，作业环境恶劣，且需要频繁吊装，这要求吊耳材料必须具有耐低温（ 20～ 40℃）冲击的特性，冲击功不小于34 J或36 J。为降低制造成本，在设计近海集装箱吊耳时考虑使用国内替代材料，且材料须获得相关船级社的认证。船舶用E36钢材正好可以满足相关要求。本文通过近海集装箱吊耳材料E36钢材的焊接工艺试验，确定合理的焊接工艺规范，使其满足近海集装箱制造要求，保证生产顺利进行。

1 近海集装箱吊耳材料的化学成分及力学性能

1.1 ER70S-6焊丝

ER70S-6焊丝的化学成分见表1，其抗拉强度为550 MPa，延伸率为30%， 30℃环境下的冲击功平均值为98 J。

1.2 E36钢材

E36钢材的化学成分见表2，其抗拉强度为，延伸率为28.5%， 40℃环境下的冲击功平均值为97 J。

2 近海集装箱吊耳材料E36钢材的焊接

工艺试验

2.1 焊接工艺试验过程及标准

E36钢材用作近海集装箱吊耳材料的焊接方法为熔化极气体保护焊，母材取厚度为的E36钢材，焊材取直径为的ER70S-6焊丝，焊接电流为160～，焊接电压为20～24 V，极性为直流电极接正，保护气体Ar与CO2的比值为4∶1，气体流量为15～20 L/min，焊接速度为12～30 cm/min，过渡方式为短路过渡，焊接位置水平固定，无焊前预热，也无焊后热处理。焊接过程如下：清除待焊试板坡口周围范围内的油污、锈蚀，按要求组对点焊， 采用熔化极气体保護焊方法焊接，焊后清理飞溅残迹。本次焊接工艺试验标准按照BS EN ISO 15614-1：2004《金属材料焊接工艺规范和鉴定――焊接工艺试验》执行，全程由英国劳氏船级社检验人员见证。

2.2 焊接工艺检测要求

焊接无损检测要求和力学性能检测要求分别见表3和表4。

2.3 焊接工艺试验结果

试板焊接完成后，经过目视检测、磁粉检测和

射线检测，证明其满足使用要求。焊接接头横向拉伸试验结果见表5，试验标准为EN 895，标准值为490～630 MPa。试样弯曲试验结果见表6，试验标准为EN 910。试样冲击试验结果见表7，试验标准为EN 875，标准值为36 J（ 40℃环境下）。试样硬度试验结果见表8，试验标准为EN 1043-1，标准值为380。试样宏观金相试验标准为EN 1321，试验结果表明未现裂纹或不熔合等明显缺陷。

3 近海集装箱吊耳材料E36钢材的焊接

工艺

近海集装箱吊耳材料在低温（ 20～ 40℃）下不仅要有足够的强度，而且要有足够的冲击韧性和抗脆性；因此，出于成本考虑，选用我国船用E36钢材。E36钢材具有以下特性：（1）符合GB 712―2000《船体用结构钢》标准，满足各国船级社的要求，并获得相关国家船级社的认证；（2）属于铁素体型低温钢，一般在正火状态下交付使用；（3）C含量较低，通过加入Als、Nb、Ti等元素实现固溶强化和晶粒细化，且正火处理使得其组织晶粒细而均匀，从而具有良好的低温韧性；（4）材料中含有Ni，固溶于铁素体，既提高其强度，又使基体的低温韧性得到显著改善；（5）为充分发挥Ni的作用，在加入Ni的同时，相应降低C含量，并严格控制S和P的含量；（6）由于C含量低，S和P的含量限制在较低水平，且加入多种细化晶粒元素，其淬硬倾向和冷裂倾向较小。

在近海集装箱制造过程中，选取E36钢材作为吊耳母材、ER70S-6焊丝作为吊耳焊材，采取合理的焊接工艺，有效控制线能量，使其冲击韧性满足制造要求。

近海集装箱吊耳的焊接工艺如下：（1）焊接前将坡口周围的油污、锈迹等清除干净；（2）保持焊丝干燥且表面清洁，保持保护膜完好；（3）焊接电流不宜过大，采用快速、多道焊接，控制层间温度，防止过热；（4）严格控制线能量，最大不超过2.43 kJ/mm（实测最大1.94 kJ/mm）；（5）根部须经清根打磨处理，每道焊和每层焊间须用钢丝刷处理；（6）要求焊缝成型好，避免咬边，其表面与母材圆滑过渡。焊接工艺试验结果满足产品制造要求，目前已应用于实际生产中。endprint