一种船舶摇臂和转轴的装焊方法与流程

1.本发明涉及船舶设备领域，特别涉及一种船舶摇臂和转轴的装焊方法。


背景技术：

2.摇臂是导管架下水驳船作业的关键结构，作业时通过摇臂转轴翻转来实现导管架滑移下水。摇臂为格状全封闭箱体结构，使用合金钢和高强度钢(eh36、eh500)的超厚钢板，单个摇臂重约684.5吨，实现导管架运输下水能力38500吨，摇臂转轴承受载荷超大的特点。其转轴为φ870
×
5800mm的25crmo4合金锻钢，传统装焊工艺是摇臂箱体结构分段总组完成后，将转轴安装摇臂总段上与肋板连接焊接，焊接步骤如下：
3.1.摇臂箱体分段底托结构肋板开k型坡口安装转轴。
4.2.箱体分段底托结构肋板及转轴预热。
5.3.转轴先焊正面焊缝坡口，然后进行焊缝反面碳刨扣槽清根，再焊接反面焊缝坡口。
6.转轴采用专门定制的机加工好的成品φ870
×
5800mm，转轴材质为合金锻钢25crmo4。与转轴连接的摇臂的肋板厚度为60mm，材质为eh36；与转轴连接的摇臂侧板厚度为120mm，材质为eh500。转轴与摇臂肋板安装后进行预热，先焊正面焊缝k型坡口，然后进行焊缝反面碳刨扣槽清根，再焊接反面焊缝坡口。
7.现有技术存在以下问题：
8.1、由于转轴直径大，摇臂侧板和肋板安装后，转轴合金锻钢预热难以均匀，焊接易产生裂纹。
9.2、摇臂肋板和侧板厚度为60/120mm，碳刨扣槽清根，工作量很大，效率有待提高。
10.3、由于转轴与摇臂的侧板和肋板焊接碳刨清根，碳刨过程中碳的渗入，转轴金锻钢焊接冷裂纹产生几率急增，返修工作量大。


技术实现要素：

11.基于此，有必要提供一种能够提高焊接质量和效率的船舶摇臂和转轴的装焊方法。
12.本发明提供一种船舶摇臂和转轴的装焊方法，其中所述转轴的连接结构由合金锻钢制成，所述转轴的连接结构由高强度钢制成，包括以下步骤：
13.在所述转轴上堆焊过渡层，并对过渡层进行无损伤检查；
14.若所述过渡层的质量达到预定标准，则将所述转轴与摇臂装配；
15.将所述转轴和所述摇臂通过焊接固定；
16.待所述焊接形成的焊缝冷却后，对所述焊缝进行检验。
17.优选地，在所述转轴上堆焊过渡层之前，先对所述转轴的堆焊区域进行打磨预热；在将所述转轴和所述摇臂通过焊接固定前，先对所述转轴和所述摇臂进行预热。
18.优选地，所述堆焊区域及其两侧200mm内皆进行预热，预热温度≥200℃；预热时用
电磁加热片缓慢升温，同时使用测温仪实时监控加热温度。
19.优选地，所述转轴预热后马上进行堆焊操作，堆焊采用多层多道焊，且各堆焊层的接头错开30mm以上。
20.优选地，在对转轴堆焊过程中，前一堆焊层的温度不低于预热温度，且最高温度低于270℃；每个堆焊层结束后，立即对红热状态下的焊缝进行锤击，利用焊缝金属在高温时的良好塑性使其得以伸展，从而抵消一部分收缩，减小焊接残余应力；所述堆焊机构的厚度不得低于5mm。
21.优选地，堆焊结束，经目测检查焊缝外观合格后，立即对堆焊的焊缝进行焊缝后热；
22.焊缝后热流程：先使用电磁加热片包裹住焊缝区域，然后使用保温棉包裹住加热片及焊缝，再将焊缝加热到250℃-400℃，保温1～2小时，最后使用保温棉包裹住焊缝缓慢冷却至常温。
23.优选地，所述转轴的堆焊焊缝经后热处理，自然冷却至常温48小时后，再对堆焊的焊缝进行无损探伤检验。
24.优选地，所述摇臂包括多个侧板，所述侧板上开设坡口，所述坡口为k型坡口，所述肋板坡口角度为20
°‑
40
°
。
25.优选地，先将堆焊完成的成品转轴吊装到所述摇臂上进行初定位，然后在所述转轴下面加支撑模板将所述转轴固定，通过卡码定位转轴和摇臂的位置关系，所述转轴的中心线与所述摇臂的中心线的垂直度≤1mm，所述转轴的中心线与所述摇臂的顶板的平行度≤1mm。
26.优选地，将所述转轴和所述摇臂通过焊接固定，包括以下步骤：
27.固定k型坡口陶瓷衬垫；
28.焊肋板与转轴的长直角焊缝；
29.再焊侧板与转轴的半弧角焊缝。
30.本发明的的有益效果为：
31.本发明在将摇臂和转轴焊接之前，先进行堆焊，待过渡层合格后，再将转轴和摇臂焊接固定，有效避免合金锻钢与高强度钢焊接产生裂纹等缺陷，减少合金锻钢与高强度钢焊接裂纹的产生，有效提升作业质量，减少返工工作量，提升作业效率。
附图说明
32.通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。
33.图1为本发明的方法的流程图；
34.图2为摇臂和转轴配合的俯视图；
35.图3为摇臂和转轴配合的侧视图；
36.图4为摇臂和转轴配合的剖视图；
37.图5为卡码的结构示意图；
38.图6为卡码固定侧板的结构示意图；
39.图7为陶瓷衬垫的整体结构图；
40.图8为陶瓷衬垫的侧视图；
41.图9为开始焊接侧板和转轴时的状态图；
42.图10为侧板和转轴焊接结束后的结构图；
43.图11为开始焊接肋板与转轴时的状态图；
44.图12为肋板和转轴焊接完成后的结构图；
45.图13为相邻焊接层之间的位置关系示意图；
46.图14为肋板与转轴焊接的顺序；
47.图15为侧板与转轴焊接的顺序；
48.图16为单个侧板与转轴焊接的顺序。
49.图中：1、摇臂；11、肋板；12、侧板；13、顶板；2、转轴；3、过程层；4、焊缝；41、打底焊接层；401第一焊接层；402、第二焊接层；403、第三焊接层；5、陶瓷衬垫；6、卡码。
具体实施方式
50.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。
51.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
52.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
53.参考图1-16，本发明提供一种船舶摇臂1和转轴2的装焊方法，其中转轴2的连接结构由合金锻钢制成，转轴2的连接结构由高强度钢制成，包括以下步骤，参考图1，：
54.在转轴2上堆焊过渡层，并对过渡层3进行无损伤检查；
55.若过渡层3的质量达到预定标准，则将转轴2与摇臂1装配；
56.将转轴2和摇臂1通过焊接固定；
57.待焊接形成的焊缝4冷却后，对焊缝4进行检验。
58.参考图2-4，在一实施例中，转轴2采用专门定制的机加工好的成品φ870
×
5800mm，转轴2的材质为合金锻钢25crmo4。与转轴2连接的摇臂1的肋板厚度为60mm，材质为eh36；与转轴2连接的摇臂1的侧板厚度为120mm，材质为eh500。
59.在将摇臂1和转轴2焊接之前，先进行堆焊，待过渡层3合格后，再将转轴2和摇臂1焊接固定，有效避免合金锻钢与高强度钢焊接产生裂纹等缺陷，减少合金锻钢与高强度钢焊接裂纹的产生，有效提升作业质量，减少返工工作量，提升作业效率。
60.参考图9-12，在优选实施例中，在转轴2上堆焊过渡层3之前，先对转轴2的用于堆焊的堆焊区域进行打磨预热。对转轴2合金锻钢堆焊位置必须先打磨清理油污、铁锈、氧化物、熔渣以及可能影响焊接质量的涂料，使转轴2合金锻钢见白色金属。再对转轴2与60/120mm的侧板和肋板之间的接缝进行测量，按照测量数据在转轴2上的焊接部位划出堆焊区域。在将转轴2和摇臂1通过焊接固定前，先对转轴2和摇臂1进行预热。
61.在优选实施例中，堆焊区域及其两侧200mm内皆进行预热，预热温度≥200℃；预热时用电磁加热片缓慢升温，同时使用测温仪实时监控加热温度。堆预热一定要均匀缓慢，严禁急剧升温，使用电磁加热片进行加热，加热性能好，同时使用测温仪实时监控加热温度，并做记录，防止热裂纹产生。
62.参考图12，在优选实施例中，转轴2预热后马上进行堆焊操作，堆焊采用多层多道焊，且各堆焊层的接头错开30mm以上。转轴2堆焊使用co2半自动焊，焊材同正式焊缝4施焊所用的焊材相同，焊材为gfr-91k2型号、φ1.2mm焊丝，co2气体纯度≥99.8％，气体流量15～25l/min。堆焊co2半自动焊，焊丝gfr-91k2、φ1.2mm，焊接电流192～224a，电弧电压25～29v，焊接速度242～463mm/min，热输入7～14kj/mm。
63.在优选实施例中，在对转轴2堆焊过程中，前一堆焊层的温度不低于预热温度，且最高温度低于270℃，使用测温仪实时监控层间温度；每个堆焊层结束后，立即对红热状态下的焊缝4进行锤击，利用焊缝4金属在高温时的良好塑性使其得以伸展，从而抵消一部分收缩，减小焊接残余应力；具体地，堆焊过程中，每道焊缝4焊接结束后，立即使用小锤对红热状态下的焊缝4进行均匀迅速的锤击，利用焊缝4金属在高温时的良好塑性使其得以伸展，从而抵消一部分收缩，减小焊接残余应力。堆焊要一次性连续焊完，尽量避免焊接中途中断或停顿时间过长，以免产生焊接裂纹。堆焊机构的厚度不得低于5mm，堆焊时可适当增加堆焊厚度，增加合金锻钢25crmo4过渡层堆焊的抗裂性。
64.在优选实施例中，堆焊结束，经目测检查焊缝4外观合格后，立即对过渡层3进行焊缝后热；堆焊结束后，立即敲清焊渣及飞溅，清除垃圾等污物；认真进行过渡层3外观检查，如发现有气孔、裂纹、夹渣等焊接缺陷，必须缺陷清除及探伤，合格后再按照正式堆焊施焊要求重新焊接。
65.焊缝后热流程：先使用电磁加热片包裹住过渡层3区域，然后使用保温棉包裹住加热片及过渡层3，再将过渡层3加热到250℃-400℃，保温1～2小时，最后使用保温棉包裹住过渡层3缓慢冷却至常温。转轴2合金锻钢堆焊的过渡层3经过后热处理、自然冷却至常温后，拆走保温棉及加热片，将过渡层3表面多余部分打磨平滑过渡，对过渡层3进行100％外观检查。要求过渡层3表面过渡均匀，不得有咬边，过渡层3边缘应平顺过渡到母材，焊缝4堆焊的高度及面积应满足工艺要求。
66.在优选实施例中，转轴2的过渡层3经后热处理，自然冷却至常温48小时后，再对过渡层3进行无损探伤检验。转轴2堆焊的过渡层3经后热处理、自然冷却至常温48小时后，再对过渡层3进行磁粉pt无损探伤检验。转轴2堆焊的过渡层3经焊缝4外观及探伤报验合格后，再正式进行转轴2安装。
67.在优选实施例中，摇臂1包括多个侧板，侧板上开设坡口，坡口为k型坡口，侧板坡口角度为20
°‑
40
°
，优选25
°
或者35
°
。
68.参考图9和图10，在优选实施例中，先将堆焊完成的成品转轴2吊装到摇臂1上进行初定位，然后在转轴2下面加支撑模板将转轴2固定，通过卡码6定位转轴2和摇臂1的位置关系，转轴2的中心线与摇臂1的中心线的垂直度≤1mm，转轴2的中心线与摇臂1的顶板13的平行度≤1mm。
69.在优选实施例中，将转轴2和摇臂1通过焊接固定，包括以下步骤：
70.固定k型坡口陶瓷衬垫5；
71.焊肋板与转轴2的长直角焊缝4；
72.再焊侧板与转轴2的半弧角焊缝4。
73.参考图9和图10，转轴2合金锻钢与连接的摇臂1高强度钢肋板装配，包括以下步骤：
74.①
摇臂1高强度钢60/120mm肋板开好坡口，坡口形式为k型坡口，60mm肋板坡口角度为35
°
，120mm肋板坡口角度为25
°
。
75.②
先将堆焊完成的成品转轴2吊装到摇臂1总段上进行初定位，然后在转轴2下面加支撑模板(在每件厚度120mm的连接板下方各加1件支撑模板，总共5件，支撑模板的板厚t≥20mm，支撑模板下口垫板的厚度根据现场实际需要确定，支撑工装的材质均为普通板)，再使用千斤顶及葫芦配合进行转轴2精定位。
76.③
转轴2精定位时，使用全站仪进行转轴2定位精度检测，使用千斤顶及葫芦进行定位微调。转轴2中心线与摇臂1中心线的垂直度≤1mm，转轴2中心线与摇臂1顶板的平行度≤1mm。
77.④
转轴2卡码6定位焊技术要求
78.a)参考图5和图6，卡码6定位焊前需预热，温度及要求与正式焊缝4施焊的预热温度及要求相同，预热温度≥200℃。预热一定要均匀缓慢，严禁急剧升温。
79.b)卡码6定位焊需全焊，焊脚高度≥25mm，使卡码稳定性更好。
80.c)卡码6定位焊过程中，随时检测转轴2在圆弧安装面的平直度，偏差值不超过1mm。同时对卡码6的定位焊缝4进行层间温度监控测量；层间温度与正式焊缝4施焊的层间温度要求相同，层道间温度不低于预热温度，最高温度低于262℃。
81.d)卡码6定位焊结束后，检测转轴2中心线与摇臂1中心线的垂直度偏差值≤1mm、转轴2中心线与摇臂1顶板的平行度偏差值≤1mm，转轴2与60/120mm肋板的间隙4～6mm。
82.转轴2合金锻钢与连接的摇臂160/120mm肋板高强度钢预热：转轴2合金锻钢与连接的摇臂160/120mm肋板焊接前，对焊接区域及两侧200mm内进行预热，使用专用电磁加热片加热工具进行加热，预热温度≥200℃，预热需均匀缓慢，严禁急剧升温，并使用测温仪实时监控加热温度。达到预热温度≥200℃时立即进行焊接。转轴2合金锻钢25crmo4与连接的摇臂160/120mm肋板(eh36/eh500高强度钢)焊接
83.参考图7和图8，转轴2合金锻钢与连接的摇臂160/120mm肋板(eh36/eh500钢)采用k型坡口陶瓷衬垫5单面焊双面成形co2焊。
84.①
焊接材料：
85.转轴2合金锻钢与60mmeh36钢连接，焊丝：gfl-71niφ1.2mm；衬垫：6*18*35
°
陶瓷角衬垫；保护气体：co2气体，纯度≥99.8％，气体流量15～25l/min。
86.转轴2合金锻钢与120mmeh500钢连接，焊丝：gfr-91k2φ1.2mm；衬垫：6*18*25
°
陶瓷角衬垫；保护气体：co2气体，纯度≥99.8％，气体流量15～25l/min。
87.②
焊接顺序：
88.1)先焊60mm肋板eh36钢与转轴225crmo4合金锻钢的长直角焊缝4，参考图14,。
89.60mm厚板与转轴2打底焊一层后，填充焊焊接三层后，再先焊接转轴2合金锻钢25crmo4与摇臂1eh500侧板120mm厚板角对接缝的打底焊及填充焊三层，减少其焊接变形。从填充焊开始，双数焊工在厚板两侧同时对称施焊，每侧均从中间向两端对称施焊。60mm厚
板与转轴2的数字表示焊接顺序，双向箭头表示焊接方向。
90.2)再焊120mm侧板eh500与转轴225crmo4合金锻钢的半弧角焊缝4。
91.参考图15，120mm厚板与转轴2打底焊一层后，双数焊工在厚板两侧同时对称施焊，每侧均从中间向两端对称施焊，箭头指向的方向为焊接的方向，120mm厚板与转轴2的数字表示焊接顺序，参考图16，双向箭头表示焊接方向。
92.③
焊接参数：
93.a)转轴2合金锻钢25crmo4与摇臂1eh36肋板角对接焊接参数
[0094][0095][0096]
b)转轴2合金锻钢25crmo4与摇臂1eh500侧板角对接焊接参数
[0097][0098]
④
焊接操作技术：
[0099]
a)参考图9和图10，转轴2与肋板预热后马上进行打底单面焊双面成形，形成打底焊接层41，先焊接转轴2合金锻钢25crmo4与摇臂1eh36肋板长直60mm厚板角对接缝，焊好打底焊接层41后，双数焊工在厚板两侧同时对称施焊，每侧均从中间向两端对称施焊。
[0100]
b)打底焊结束后，进行填充焊时，每道焊缝4焊完，立即使用小锤对红热状态下的焊缝4进行均匀迅速的锤击，利用焊缝4金属在高温时的良好塑性使其得以伸展，从而抵消一部分收缩，减小焊接残余应力。
[0101]
c)层道间温度不低于预热温度200℃，最高温度低于262℃，使用测温仪实时监控层间温度。
[0102]
d)参考图11和图12，转轴2合金锻钢与eh36肋板长直60mm厚板角对接缝填充焊焊接三层后，再先焊接转轴2合金锻钢25crmo4与摇臂1eh500侧板120mm厚板角对接缝的打底
焊及填充焊三层，减少其焊接变形。其120mm厚板打底焊一层，拆除定位安装的卡码6后，也是由双数焊工在厚板两侧同时对称施焊，每侧均从中间向两端对称施焊。120mm厚板角对接缝填充焊三层后，再回焊接转轴2合金锻钢与eh36肋板长直60mm厚板角对接缝填充、盖面焊。
[0103]
e)转轴2与60mm/120mm厚度钢板的角对接焊缝4，除打底焊和前三层填充交叉焊接外，其他要一次性连续焊完，尽量避免焊接中途中断或停顿时间过长，以免产生焊接裂纹。
[0104]
f)焊接过程中，严格对焊缝4进行焊前预热、层间温度监控测量。
[0105]
g)转轴2与60mm/120mm厚度钢板的角对接填充、盖面焊采用多层多道焊接，各焊道(层)的接头需错开30mm以上，参考图,13，第一焊接层401、第二焊接层402和第三焊接层403的接头相互错开。
[0106]
h)焊接过程中，每隔1小时检测转轴2的中心线精度偏差(要求转轴2中心线与新摇臂1中心线的垂直度≤2mm，转轴2中心线与新摇臂1顶板的平行度≤2mm)，如转轴2的中心线精度偏差较大，需立即停止焊接，调整焊接顺序。
[0107]
i)焊接结束，焊缝4外观经目测检验合格后，按照焊缝4后热流程立即进行焊缝4后热处理。
[0108]
转轴2合金锻钢与连接的摇臂1高强度钢焊接后缓冷
[0109]
转轴2的角焊缝4焊接结束、经目测检查焊缝4外观合格后，立即进行焊缝4后热处理。焊缝4后热流程：先使用陶瓷加热片包住焊缝4区域，然后使用保温棉包裹住加热片及焊缝4，再加热到250℃-400℃，优选320℃，保温1～2小时，最后使用保温棉包裹住焊缝4缓慢冷却至常温。
[0110]
转轴2合金锻钢与连接的摇臂1高强度钢焊接后检验
[0111]
a)焊缝4外观检验：
[0112]
转轴2的角对接焊缝4经后热处理、自然冷却至常温后，拆走保温棉及加热片，将焊缝4表面打磨平滑过渡，对焊缝4进行100％外观检查。其焊缝4表面过渡均匀，不得有咬边，焊缝4边缘应平顺过渡到母材。
[0113]
b)无损探伤检验：
[0114]
转轴2的角对接焊缝4经后热处理、自然冷却至常温48小时后，再对转轴2与60/120mm厚板的角对接焊缝4进行100％ut+mt无损探伤检验。
[0115]
本发明创新优化转轴225crmo4合金锻钢与肋板eh36及eh500高强度钢肋板装配和焊接作业流程：转轴2合金锻钢打磨预热
→
转轴2合金锻钢堆焊过渡层
→
转轴2合金锻钢无损探伤
→
转轴2合金锻钢与连接的摇臂1肋板装配
→
预热
→
焊接
→
缓冷
→
检验的作业流程的优点：
[0116]
1、转轴2金锻钢φ870mm直径大，对热裂纹、冷裂纹敏感性强，先对转轴225crmo4合金锻钢预热堆焊作过渡层，有效避免与eh36及eh500高强度钢焊接产生裂纹等缺陷。
[0117]
2、摇臂1肋板60/120mm eh36及eh500高强度钢，采用k型坡口陶瓷单面焊双面成形，减少碳刨清根，碳刨过程中碳的渗入，转轴2金锻钢焊接冷裂纹产生几率急增，返修工作量大。从而降低劳动强度和提高作业效率。
[0118]
3、创新装焊流程，减少25crmo4合金锻钢与eh36及eh500高强度钢焊接裂纹产生，有效提升作业质量。
[0119]
在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0120]
在本说明书的描述中，参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0121]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。