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史上最難焊接材料之一：殷瓦鋼，中國只有極少人掌握其焊接技術(shù)

2021-10-29 17:20:32 作者：金屬加工來源：金屬加工分享至：

液化天然氣（LNG）船被喻為造船業(yè)“皇冠上的明珠”，目前全球只有中、美、韓等國少數(shù)幾個(gè)造船廠能建造LNG船，所以建造LNG船也是一個(gè)國家制造業(yè)水平的最好證明。

LNG船建造難度最高的就是儲(chǔ)存?zhèn)}，儲(chǔ)存?zhèn)}所使用的特殊材料是殷瓦鋼，而殷瓦鋼的焊接普通人很少聽說過，只是偶爾能從新聞里聽到這個(gè)詞，甚至在焊工界也一直是個(gè)神秘的傳說。直到2005年，我國才有了第一批16個(gè)掌握這項(xiàng)焊接技術(shù)的工人。

何為殷瓦焊接技術(shù)

首先，我們通過視頻來了解下殷瓦焊接技術(shù)以及為何殷瓦焊接技術(shù)只有少數(shù)人掌握。

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殷瓦合金

殷瓦合金，是1896年法國物理學(xué)家C.E.Guialme發(fā)現(xiàn)的一種奇妙的合金，這種合金在磁性溫度即居里點(diǎn)附近熱膨脹系數(shù)顯著減少，出現(xiàn)所謂反常熱膨脹現(xiàn)象，從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內(nèi)，或很小的甚至接近零的膨脹系數(shù)，呈面心立方結(jié)構(gòu)，其牌號(hào)為4J36，中文名為殷瓦鋼，英文名字叫 invar，意思是體積不變。

圖片來自寶鋼特鋼

因瓦效應(yīng)

一般來說，絕大多數(shù)金屬和合金都是在受熱時(shí)體積膨脹，冷卻時(shí)體積收縮，它們的熱膨脹系數(shù)呈線性增大，但是元素周期表中的鐵、鎳、鈷等過渡族元素組成的某些合金，由于它們的鐵磁性，在一定的溫度范圍內(nèi)，熱膨脹不符合正常的膨脹規(guī)律，具有因瓦效應(yīng)的反常熱膨脹。例如，4J36因瓦合金在居里點(diǎn)以上的熱膨脹與一般合金相似，但在居里點(diǎn)以下形成反常熱膨脹。試驗(yàn)表明，它的機(jī)理與化學(xué)成分及磁性有關(guān)。它在一定范圍的線膨脹系數(shù)是由低膨脹和高膨脹兩部分組成，含鎳量在一定范圍內(nèi)的增減會(huì)引起鐵、鎳合金線膨脹系數(shù)的急劇變化。當(dāng)合金中鎳的含量趨近于36%時(shí)，合金熱膨脹系數(shù)最低，從而可獲得低到接近零值甚至負(fù)值的熱膨脹系數(shù)。合金在居里溫度以上（230℃）失去了磁性，膨脹系數(shù)變大，而在居里點(diǎn)附近熱脹系數(shù)比正常的系數(shù)小，出現(xiàn)所謂的“負(fù)反常”現(xiàn)象。

殷瓦鋼特性

殷瓦鋼的特殊性質(zhì)決定了它是船舶工業(yè)中制造大型LNG船舶必不可少的材料，用于防止船體結(jié)構(gòu)在超低溫環(huán)境下冷裂。而且殷瓦鋼極為嬌貴，0.7mm厚的殷瓦鋼，空手摸一下，24小時(shí)就會(huì)銹穿，所以在焊接過程中必須極為小心。所以在殷瓦鋼的焊接過程中，需要焊工中最高級(jí)別，即G級(jí)的高級(jí)焊工在佩戴專用羊皮吸汗手套在極其艱苦的環(huán)境下進(jìn)行。

攻克特殊焊技術(shù)

張冬偉

鋼板薄如紙焊接如繡花

3.5米，走路可能只需要4秒鐘，而張冬偉焊完一條這樣長(zhǎng)度的焊縫卻需要整整五個(gè)小時(shí)。張冬偉說：“我燒出來的焊縫基本上能夠辨認(rèn)出來，都是一次成型的，像魚鱗一樣比較均勻，我個(gè)人追求就是像繡花一樣，一針一針一針很均勻的。”

張冬偉正在焊接的，是我國的第九條LNG船的內(nèi)膽，也是整個(gè)船最核心的部分，需要焊接工人將一塊塊薄如紙的殷瓦鋼板，像做衣服一樣，一塊一塊連接起來。

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焊縫技能展示

苦練技藝通過考核外國考官豎起拇指

殷瓦焊接超強(qiáng)的電弧光對(duì)眼睛的刺激很大，并且焊接時(shí)產(chǎn)生的飛沫對(duì)身體也有一定傷害，剛開始學(xué)徒時(shí)，不少同伴看師傅焊接一兩個(gè)小時(shí)就走了，唯獨(dú)只有張冬偉寸步不離。

殷瓦焊接對(duì)焊工的要求非常高，要成為殷瓦焊工都需要經(jīng)過嚴(yán)格的篩選培訓(xùn)，淘汰率非常的高，光前期的培訓(xùn)費(fèi)用就高達(dá)幾十萬，堪比飛行員，最后還要經(jīng)過法國GTT的嚴(yán)格考試認(rèn)證后才能持證上崗焊接，而目前國內(nèi)，擁有GTT所頒發(fā)的焊工資格證書的殷瓦焊工也就200人左右。

張冬偉說：“我跟我?guī)煾傅臅r(shí)候，我就下定決心我技術(shù)一定要超過師傅，我自己帶徒弟的時(shí)候，就是我希望我?guī)У耐降芗夹g(shù)方面也能夠超過我，如果說人人都能往上一個(gè)臺(tái)階的話，那我們國家技術(shù)方面的這個(gè)人才，肯定是后繼有人了。”

秦毅

國內(nèi)殷瓦焊接G證第一人

作為國內(nèi)獲得國際權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)法國GTT公司頒發(fā)的殷瓦焊接G證第一人，秦毅為我國LNG船從無到有，進(jìn)而進(jìn)入一流建造方陣作出了突出貢獻(xiàn)。

當(dāng)年，為填補(bǔ)我國在殷瓦焊接領(lǐng)域的空白，秦毅被選派赴日本進(jìn)修。在日本期間，秦毅僅用了四周時(shí)間就通過了GTT公司的考核，而常規(guī)培訓(xùn)一名合格的殷瓦焊工至少需要3個(gè)月。

回國后，作為國內(nèi)殷瓦焊接G證第一人，秦毅立即投身于殷瓦技術(shù)規(guī)范國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的建立，同技術(shù)人員一起編制了殷瓦焊接工藝和作業(yè)指導(dǎo)書。這份工藝規(guī)范和作業(yè)指導(dǎo)書，成為國內(nèi)唯一的殷瓦焊接技術(shù)規(guī)范，填補(bǔ)了我國在殷瓦鋼焊接領(lǐng)域的空白。

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LNG船運(yùn)載的是零下163攝氏度的液化天然氣，普通鋼板如果接觸到零下163攝氏度的液化天然氣，馬上就會(huì)脆硬開裂。因此該船液貨艙需要經(jīng)過嚴(yán)格的密性檢驗(yàn)。一個(gè)液貨艙做一次密性氦氣實(shí)驗(yàn)，需耗時(shí)一周，僅氦氣的成本就需要十幾萬元。有效控制和減少焊接漏點(diǎn)成為關(guān)鍵。秦毅總是主動(dòng)擔(dān)綱關(guān)鍵點(diǎn)、要害點(diǎn)、難點(diǎn)的焊接，并摸索出一種扭動(dòng)施焊法，使液貨艙的焊接漏點(diǎn)逐步做到100%無漏點(diǎn)，保證了LNG船的建造質(zhì)量，更為公司每艘LNG船節(jié)約試驗(yàn)成本近1200萬元，目前滬東中華焊縫漏點(diǎn)檢測(cè)一次性合格率已經(jīng)超過日韓造船企業(yè)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

積極參與焊接設(shè)備國產(chǎn)化研制

針對(duì)進(jìn)口焊接設(shè)備成本高舉的現(xiàn)狀，秦毅積極參與焊接設(shè)備國產(chǎn)化研制，認(rèn)真為樣機(jī)“把脈”，提出改進(jìn)建議，使國產(chǎn)化焊接設(shè)備逐步滿足了生產(chǎn)需求，為滬東中華節(jié)約進(jìn)口設(shè)備費(fèi)200余萬元。他還根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，先后解決了焊炬改制、焊接變形控制、焊接工裝設(shè)計(jì)等一系列技術(shù)難題，獲得了“一種對(duì)焊工進(jìn)行模擬培訓(xùn)的LNG船非熔化鎢極氬弧焊方法”的發(fā)明專利和“用于LNG船液貨艙連接件基座自動(dòng)焊接試樣的固定裝置”實(shí)用型專利，并與工程技術(shù)人員共同完成了《殷瓦鋼端部到列板及單折邊部位的焊接通用工裝的設(shè)計(jì)運(yùn)用》《LNG船殷瓦焊接G證工藝研究》《殷瓦薄膜局部損壞的工藝研究》《殷瓦列板安裝與焊接工藝研究》等課題，不斷總結(jié)提煉，優(yōu)化LNG船建造質(zhì)量。

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2008年4月，由滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司承造的第一艘裝載量為14.7萬立方米的LNG船順利出塢，標(biāo)志著中國船廠在LNG船建造領(lǐng)域迅速崛起。但作為L(zhǎng)NG船最核心的材料——殷瓦合金卻始終全部依賴進(jìn)口。

2017年9月，寶鋼特鋼成功通過法國GTT公司對(duì)LNG（液化天然氣）船用殷瓦合金的認(rèn)證，寶鋼特鋼在實(shí)現(xiàn)LNG船用殷瓦合金國產(chǎn)化的同時(shí)，成為目前世界上繼法國之后第二家可供應(yīng)薄膜型LNG船用殷瓦合金的合格供應(yīng)商。

2021年1-8月船舶工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況公布，根據(jù)中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)來看。今年上半年我國承接的新船訂單數(shù)劇增，共4911萬載重噸，同比增長(zhǎng)227.2%。

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