鋼質(zhì)船舶船體焊接缺陷與防止措施

陶如豪

摘 要：本文闡述了鋼質(zhì)船舶船體在焊接施工時(shí)常見的焊接缺陷，分析了焊接缺陷產(chǎn)生的原因和危害，并提出了相關(guān)預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：鋼質(zhì)船舶 焊接缺陷 防止措施

在近代的金屬加工中，焊接比鑄造、鍛壓工藝發(fā)展較晚，但發(fā)展速度很快。焊接結(jié)構(gòu)的重量約占鋼材產(chǎn)量的45%，鋁和鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的比重也不斷增加。焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對(duì)于交通運(yùn)輸工具來說可以減輕自重，節(jié)約能量。焊接的密封性好，適于制造各類容器，尤其在鋼質(zhì)船舶建造方面應(yīng)用廣泛。鋼質(zhì)船舶焊接是保證船舶密性和強(qiáng)度的關(guān)鍵，是保證船舶安全航行和作業(yè)的重要條件。如果焊接存在缺陷就有可能造成構(gòu)件斷裂，船體焊縫滲漏，對(duì)船舶航行安全造成嚴(yán)重的安全隱患。根據(jù)以往對(duì)船舶事故的分析，50%的船舶海損事故都與船體焊接缺陷有關(guān)，在“沙灘船廠”船舶焊接缺陷尤為突出，因此在對(duì)船舶的檢驗(yàn)過程中，對(duì)焊縫的檢驗(yàn)尤為重要。對(duì)焊縫缺陷力求早發(fā)現(xiàn)，早處理。在船舶建造工作實(shí)踐中，鋼質(zhì)船舶焊接缺陷種類很多，下面就幾個(gè)主要焊接缺陷進(jìn)行探討：

鋼質(zhì)船舶焊縫咬邊缺陷的成因、危害及預(yù)防措施

所謂焊縫咬邊是指，焊縫邊緣出現(xiàn)凹陷的情況，稱為咬邊。產(chǎn)生咬邊的原因，是由于焊接電流過大，運(yùn)條速度快，電弧拉的太長(zhǎng)或焊條角度不當(dāng)?shù)仍斐伞Ｂ窕『傅暮附铀俣冗^快或焊機(jī)軌道不平等原因，都會(huì)造成焊件被融化去一定的深度，而填充金屬又沒有及時(shí)填滿而造成咬邊。

咬邊的危害主要表現(xiàn)在：減少了母材接頭的工作截面，從而在咬邊處出現(xiàn)應(yīng)力集中。容易在此處產(chǎn)生斷裂等情況，因此在重要構(gòu)件或受運(yùn)動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)中，一般是不允許咬邊存在的?；?qū)σн吷疃扔兴拗啤?/p>

預(yù)防咬邊的措施主要有：選擇合適的焊接電流和運(yùn)條手法。隨時(shí)注意控制焊條角度和電弧長(zhǎng)度；埋弧焊工藝參數(shù)要合適，特別要注意焊接速度不宜過高，焊機(jī)軌道要平整。

鋼質(zhì)船舶焊縫夾渣缺陷的成因、危害及預(yù)防措施

所謂焊縫夾渣就是指殘留在焊縫中的熔渣。產(chǎn)生夾渣的主要原因是焊縫邊緣有氧割或碳弧氣刨殘留的熔渣，破口角度或焊接電流太小，或焊接速度過快，在使用酸性焊條時(shí)，由于電流太小或運(yùn)條不當(dāng)形成糊渣，使用堿性焊條時(shí)，由于電弧過長(zhǎng)或極性不正確也會(huì)造成夾渣，進(jìn)行埋弧焊封底時(shí)焊絲偏離焊縫中心，也極易形成夾渣。

焊縫夾渣的危害主要表現(xiàn)在，會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度和致密性。對(duì)船舶的航行安全會(huì)造成安全隱患。

預(yù)防焊縫夾渣的措施主要有：正確選取坡口尺寸，認(rèn)真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)，多層焊接時(shí)應(yīng)仔細(xì)觀察坡口兩側(cè)融化情況，每一焊層都要認(rèn)真清理焊渣，封底焊渣應(yīng)徹底清除，埋弧焊應(yīng)注意不要焊偏。

鋼質(zhì)船舶焊縫氣孔缺陷的成因、危害及預(yù)防措施

所謂焊縫氣孔是指在焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能溢出而行成的空穴。產(chǎn)生氣泡的原因有破口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡，焊條焊劑未按規(guī)定進(jìn)行烘焙，焊芯銹蝕、藥芯變質(zhì)、剝落。此外低氫焊條焊接時(shí)，電弧過長(zhǎng)，焊接速度過快，埋弧自動(dòng)焊電壓過高等，都易在焊接過程中產(chǎn)生氣泡，

焊縫氣泡的危害主要表現(xiàn)在：由于氣泡的存在，焊縫的有效截面積減少，過大的氣泡會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度，破壞焊縫的致密性。

預(yù)防氣泡的產(chǎn)生的措施主要是，選擇合適的焊接電流和焊接速度，認(rèn)真清理焊縫邊緣水分、油污、銹跡等。嚴(yán)格按照規(guī)定保管、清理、烘焙、焊接材料，不使用變質(zhì)焊條，當(dāng)發(fā)現(xiàn)焊條藥皮變質(zhì)、剝落或焊芯銹蝕時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制使用范圍，埋弧焊時(shí)應(yīng)選用合適的工藝參數(shù)，特別是薄板自動(dòng)焊，焊接速度要盡量小些。

鋼質(zhì)船舶焊縫未焊透、未熔合缺陷的成因、危害及預(yù)防措施

所謂焊縫未焊透是指焊接時(shí)，接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，稱為未焊透。、未熔合是指在焊件與焊縫金屬或焊縫層間有局部未熔透現(xiàn)象，稱之為未熔合。未焊透、未熔合產(chǎn)生的原因，是焊件裝配間隙及坡口角度太小。鈍邊太厚，焊條直徑太大、電流過小，速度過快，電弧長(zhǎng)度過長(zhǎng)等。

焊縫未焊透、未熔合的危害主要表現(xiàn)在：未焊透、未熔合是一種比較嚴(yán)重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊縫會(huì)出現(xiàn)間斷或突變，焊縫強(qiáng)度會(huì)大大降低，甚至?xí)鹆鸭y。因此，在船體重要結(jié)構(gòu)中不允許出現(xiàn)未焊透、未熔合的情況，

焊縫未焊透、未熔合的預(yù)防措施主要有：焊件坡口表面氧化皮和油污要清除干凈。封底焊清根要徹底，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)，密切注意坡口兩側(cè)的熔合情況。

鋼質(zhì)船舶焊縫裂紋缺陷的成因、危害及預(yù)防措施

焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋。焊接金屬由液態(tài)到固態(tài)結(jié)晶過程產(chǎn)生的裂紋稱為熱裂紋，其特征是焊后立即可見，且多發(fā)生在焊縫中心，沿焊縫長(zhǎng)度分布，熱裂紋的裂口，多數(shù)貫穿表面，呈現(xiàn)氧化色彩，裂紋末端略顯圓形。產(chǎn)生熱裂紋的原因是焊接熔池中存有低熔點(diǎn)雜質(zhì)。由于這些雜質(zhì)熔點(diǎn)低，結(jié)晶凝固最晚，凝固后的塑性和強(qiáng)度又極低，因此，在外界結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力足夠大，和焊接金屬凝固收縮作用下，熔池中這些低熔點(diǎn)雜質(zhì)在凝固過程中被拉開，或在凝固后不久被拉開，造成晶間開裂，焊件和焊條內(nèi)含硫、銅雜質(zhì)多時(shí)，也易產(chǎn)生熱裂紋。

焊縫在金屬在冷卻過程或冷卻以后，在母材或母材與焊縫連接處，或與焊縫交界處的熔合線上產(chǎn)生裂紋，稱之為冷裂紋。這類裂紋有可能在焊后立即出現(xiàn)，也有可能在焊后幾小時(shí)，幾天，甚至更長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)。冷裂紋產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋孩僭诤附訜嵫h(huán)的作用下，熱區(qū)產(chǎn)生了粹硬組織。②焊縫中存在了過量的擴(kuò)散氫且具有濃集條件。③接頭承受有較大的拘束應(yīng)力。

焊接裂紋缺陷是一種非常嚴(yán)重的缺陷，焊接裂紋缺陷的危害主要是結(jié)構(gòu)的破壞，多從裂紋處開始。嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)的安全。在焊接過程中，要采取一切必要的措施，防止裂紋出現(xiàn)。在焊接后要采取各種方法，檢查有無裂紋，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋，應(yīng)徹底清除，然后給予修補(bǔ)。

預(yù)防產(chǎn)生熱裂紋的措施是：一要嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，減慢冷卻速度，適當(dāng)提高焊縫形狀系數(shù)，盡可能采取小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產(chǎn)生裂紋。二是認(rèn)真執(zhí)行工藝規(guī)程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應(yīng)力。endprint

預(yù)防產(chǎn)生冷裂紋的措施有：①選用低氫焊條，減少焊縫中擴(kuò)散氫的含量。②嚴(yán)格遵守焊接材料（焊條、焊劑）保管，烘焙使用制度，警方受潮。③仔細(xì)清理坡口處的油污，水分、銹跡，減少氫的來源。④根據(jù)材料等級(jí)、碳當(dāng)量、構(gòu)件厚度、施焊環(huán)境等，選擇合理的焊接工藝參數(shù)和線能量，如焊前預(yù)熱，焊后緩冷，采取多層多道焊接，控制一定的層間溫度。⑤緊急后熱處理，以去氫，消除內(nèi)應(yīng)力和粹硬組織回火，改善接頭韌性。⑥采取合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以減少焊接應(yīng)力。

焊縫中的其他缺陷

在鋼質(zhì)船舶的建造過程中，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鋼構(gòu)件施焊過程中還經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些焊瘤，弧坑及焊縫外形尺寸和形狀上的缺陷，產(chǎn)生焊瘤的主要原因，是運(yùn)條不均，造成熔池溫度過高，液態(tài)金屬凝固緩慢下墜，因此，在焊縫表面形成金屬瘤，立、仰焊時(shí)采用過大的電流和弧長(zhǎng)，也有可能出現(xiàn)焊瘤。產(chǎn)生弧坑的原因是熄弧時(shí)間過短?；蚝附油蝗恢袛?，或焊接薄板時(shí)電流過大等，焊縫表面形成焊瘤影響美觀，并易造成表面夾渣，弧坑常伴有裂紋和氣孔，嚴(yán)重削弱焊接強(qiáng)度。防止產(chǎn)生焊瘤的主要措施是要嚴(yán)格控制熔池溫度，立、仰焊時(shí)，焊接電流應(yīng)比平焊小10—15%，使用堿性焊條時(shí)，應(yīng)采用短弧焊接，保持均勻運(yùn)條，防止產(chǎn)生弧坑的主要措施是在手工收弧時(shí)，焊條應(yīng)做短時(shí)間停留，或作幾次環(huán)形運(yùn)條。

有些缺陷的存在對(duì)船舶安全航行是非常危險(xiǎn)的，因此，一旦發(fā)現(xiàn)缺陷要及時(shí)修正，對(duì)氣孔的修正，特別是對(duì)內(nèi)部氣孔，確認(rèn)部位后，要用風(fēng)鏟和碳弧氣刨清除全部氣孔缺陷，并使其形成相應(yīng)的坡口，然后再進(jìn)行補(bǔ)焊，對(duì)于夾渣、未焊透、未熔合的缺陷，也是要用相同的方法清除缺陷，然后按規(guī)定進(jìn)行補(bǔ)焊，對(duì)于裂紋，應(yīng)先仔細(xì)檢查裂紋的始末端，和裂紋的深度，然后再清除缺陷。用風(fēng)鏟消除裂紋缺陷時(shí)，應(yīng)先在裂紋兩端鉆止裂孔，防止裂紋延長(zhǎng)，鉆孔時(shí)采用8—12mm鉆頭，深度應(yīng)大于裂紋深度2—3mm，用碳弧氣刨消除裂紋時(shí)，應(yīng)先從裂紋兩端進(jìn)行刨削，直至裂紋消除，然后進(jìn)行整段裂紋刨削，無論采取何種方法消除裂紋，都應(yīng)使其形成相應(yīng)的坡口，按規(guī)定進(jìn)行補(bǔ)焊。對(duì)焊縫缺陷進(jìn)行修正時(shí)應(yīng)注意：①缺陷補(bǔ)焊時(shí)，宜采用小電流，不擺動(dòng)，多層多道焊。禁止用過大的電流補(bǔ)焊。②對(duì)鋼性大的結(jié)構(gòu)補(bǔ)焊時(shí)，除第一層和最后一層焊道外，均可在焊后熱狀態(tài)下進(jìn)行錘擊，每層焊道的起弧和收弧應(yīng)盡量錯(cuò)開。③對(duì)要求預(yù)熱的材質(zhì)，對(duì)工作環(huán)境低于0℃時(shí)，應(yīng)采用相應(yīng)的預(yù)熱措施。④對(duì)于要求進(jìn)行熱處理的焊件，應(yīng)在熱處理前進(jìn)行缺陷修正。⑤對(duì)于D級(jí)、E級(jí)鋼和高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊接缺陷，用手工電弧焊焊補(bǔ)時(shí)，應(yīng)采用控制線能量施焊法，每一缺陷應(yīng)一次補(bǔ)焊完成。不允許中途停頓，預(yù)熱溫度和層間溫度均應(yīng)保持在60℃以上。⑥焊縫缺陷的消除及補(bǔ)焊，不允許在帶壓和背水的情況進(jìn)行。⑦修正過的焊縫，應(yīng)按原焊縫的探傷要求重新檢查，若再次發(fā)現(xiàn)超過允許限值得缺陷，應(yīng)重新進(jìn)行修正，直至合格，補(bǔ)焊次數(shù)不得超過規(guī)定的返修次數(shù)。

結(jié)語

采用焊接工藝能有效利用材料，焊接結(jié)構(gòu)可以在不同部位采用不同性能的材料，充分發(fā)揮各種材料的特長(zhǎng)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)。焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)中一種不可缺少，而且日益重要的加工工藝方法。未來的焊接工藝，一方面要研制新的焊接方法、焊接設(shè)備和焊接材料，以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性，如改進(jìn)現(xiàn)有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源；運(yùn)用電子技術(shù)和控制技術(shù)，改善電弧的工藝性能，研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。endprint