船用柴油机焊接部件更换焊材的理解和体会

魏宁，印英猛，刘洲

中国船舶重工集团柴油机有限公司 山东青岛 266000

1 序言

机座、机架是船用二冲程柴油机的主要固定件，起着支撑和导向作用。机座、机架由B级船板焊接而成，B级船板属于一般强度船体用钢，其化学成分和力学性能分别见表1、表2。根据专利方温特图尔发动机有限公司（以下简称专利方）规范要求，应采用实芯焊丝打底，药芯焊丝填充、盖面。专利方推荐实芯焊丝型号为AWS A5.18：ER70S-6，推荐药芯焊丝型号为AWS A5.20：E71T-1C。在生产过程中，由于质量、价格、交货期等因素，制造单位会遇到更换焊材的情况，即在焊材型号不变的情况下，由某一种牌号的焊材更换成其他牌号。对于新焊材，制造单位是否可以直接使用，还是需要重新做焊接工艺评定，或是做某一特定试验，ISO标准及各个船级社规范要求不尽相同[1]。

2 标准中关于焊材牌号变更主要技术要求

（1）ISO标准 专利方规范中，对焊材牌号变更没有明确要求，故需遵循ISO标准及各船级社规范。ISO 15614-1《钢的弧焊和气焊，镍及镍合金的弧焊工艺评定试验》关于焊材牌号变更要求：当在-20℃以下时有冲击要求，对于ISO 4063中的焊接方法111、114、12、136和132，焊材有效使用范围限定在评定所使用的焊材牌号。在这种条件下，可使用型号相同、牌号不同的其他焊接材料，前提是焊接工艺评定时采用最大的热输入焊接一块试板，且仅做焊缝金属冲击试验。该条款不适用于型号和化学成分相同的实芯焊丝。

表1 母材及焊丝化学成分（质量分数）① （%）

表2 母材及熔敷金属力学性能①

（2）CCS（中国船级社）船规 CCS船规关于焊接材料适用范围的规定：除热输入量超过5kJ/mm的工艺外，焊接材料的适用范围是与焊接工艺评定所用的焊接材料相同等级者，包括后缀。

（3）DNV GL（挪威船级社与德国劳氏船级社）船规 DNV GL船规关于焊接材料变更的规定：当焊接工艺评定试验要求的冲击试验温度低于-20℃时，需要重新做焊接工艺评定。

（4）LR（英国劳氏船级社）船规 LR船规关于焊接材料牌号变更的规定：①对于手工焊和半自动焊，用于填充和盖面的焊接材料允许改变牌号，前提是新焊接材料与焊接工艺评定试验时使用的焊接材料相比，有相同或更高的认可等级，以及相同的药皮、焊芯、焊剂种类。②单面焊全熔透的对接焊缝，其打底焊道的焊接材料牌号不允许改变。③对于热输入量超过5kJ/mm的焊接方法，不允许改变焊接牌号。

（5）ABS（美国船级社）船规 ABS船规关于焊材牌号变更的规定：除热输入量超过5kJ/mm的工艺外，焊接材料应与焊接工艺评定时所用的焊接材料具有相同等级，包括后缀。

3 焊材牌号变更示例

（1）焊接工艺评定说明 焊接工艺评定接头形式为T形接头对接焊缝，单面焊双面成形，如图1所示。焊接方法为半自动焊，采用实芯焊丝打底，焊丝牌号为MG50-6；药芯焊丝填充、盖面，焊丝牌号为V-71，保护气体均为CO2。母材为B级船板，冲击试验适用的温度为0℃；最大热输入量＜2kJ/mm。

图1 焊接工艺评定接头形式

（2）新旧焊材等级对比 实芯焊丝变更为CHW-50C6SM，药芯焊丝变更为Weld71T-1。焊接工艺评定用新旧焊材等级对比见表3。

（3）标准分析 关于焊材牌号的变更，ISO 15614-1标准及各船级社规范有不同的要求，见表4。从表4中可以看出，预使用新焊材CHW-50C6SM、Weld71T-1，虽然药芯焊丝无需做工艺评定，但原始工艺采用实芯焊丝打底，药芯焊丝填充、盖面的组合焊接方法，故需要使用新焊材焊制一块试件，并按标准进行无损检测及力学性能试验。

（4）焊接试板 选用图1的接头形式，采用之前焊接工艺评定的参数重新焊接试板，焊接参数见表5。

焊接试板时，应注意如下细节：①由于采用单面焊双面成形工艺，试板组对间隙需严格控制在2～4mm之间，以保证根部熔透。②试板钝边要求在1mm以内，保证根部熔透。③试板采用单边V形坡口，留4～5mm反变形量，以免试板焊后变形过大造成取样困难。④按专利方要求，B级船板焊前预热60℃，且层间温度不能超过250℃。

表3 焊接工艺评定用新旧焊材等级对比

表4 焊材变更标准分析

对试板进行无损检测及力学性能试验，结果见表6。从表6中可以看出，试件的各项力学性能均达到了标准的规定值。

表5 试板焊接参数

表6 力学性能试验结果

4 结束语

1）焊材牌号变更试验，实芯焊丝由MG50-6更换为CHW-50C6SM，药芯焊丝由V-71更换为Weld71T-1，得到了专利方及各大船级社的一致认可。更换焊丝后，经历了专利方历次审核及船级社焊接工厂审核，均未对焊材的使用提出过疑义。

2）对于二冲程船用柴油机，焊接材料的变更涉及到专利方规范、ISO标准及各个船级社规范。分析标准要求时，可从焊接方法、焊材级别，以及焊接工艺评定中冲击试验温度、热输入及接头、焊缝形式入手，制定工作计划，并上报专利方及船级社审批，可保证焊材更换顺利进行。