高效焊接在船舶管系制造中的發(fā)展及應(yīng)用

張宏

摘 要：船舶管系制作、安裝的特點是多品種、多規(guī)格、多數(shù)量并要求在短期完成繁重的工作。焊接工藝在船舶管系制造中起著舉足輕重的作用，焊接技術(shù)是現(xiàn)代造船模式的關(guān)鍵。本文在分析船舶管系制造中應(yīng)用現(xiàn)狀與問題的基礎(chǔ)上，對焊接工藝的未來發(fā)展前景作了展望。

關(guān)鍵詞：船舶焊接技術(shù)；焊接工藝；節(jié)能環(huán)保；機械化；自動化

充分認識到的發(fā)展和應(yīng)用焊接技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，深刻分析當前存在的主題要問題，并采用新技術(shù)，加快發(fā)展的步伐是擺在世人面前的重要課題。

1 船舶管系焊接技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 焊接方法實現(xiàn)不斷優(yōu)化

隨著焊接工藝以及焊接設(shè)備和焊接材料，先進的開發(fā)，焊接方法也進行了改進，得到了優(yōu)化發(fā)展?，F(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的CO2氣體保護角焊縫角焊自動或半自動的方法大大提高了焊接的效率，促進船舶工業(yè)的快速發(fā)展。

1.2 焊接材料更加優(yōu)質(zhì)化

船舶焊接工藝的逐步推進，更接近國際化的發(fā)展方向，焊接材料也將被更新。當前，國內(nèi)造船過程中，主要使用的電極，CO2氣體保護焊絲和埋弧焊焊接材料的焊接材料。逐步優(yōu)化國內(nèi)焊接材料的發(fā)展正在迅速減少，國內(nèi)各大船廠手工焊條，焊接材料生產(chǎn)和應(yīng)用的不斷更新和發(fā)展。雙絲埋弧自動焊接，如國內(nèi)焊材逐步替代進口焊材金屬粉芯藥芯焊絲本地化，藥芯焊絲用量穩(wěn)步增長，繼續(xù)優(yōu)化其性能。

1.3 焊接新工藝得到應(yīng)用與推廣

重要的國內(nèi)船廠積極學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)，引進外國飛機的子裝配和焊接生產(chǎn)線，自動焊接單面焊雙面成型的新技術(shù)，同時，使用半自動或全自動的平面焊接的船體分段的體系結(jié)構(gòu)氣漸漸保護角焊接工藝。

1.4 焊接設(shè)備逐步機械化、自動化

焊接過程中，焊接設(shè)備更換的進展迅速，逐步淘汰原來的旋轉(zhuǎn)式直流弧焊機，CO2氣體保護焊機可廣泛的應(yīng)用，這是一個長期的經(jīng)濟價值的新設(shè)備。目前，國內(nèi)各大船廠的應(yīng)用SCR CO2氣體保護焊，焊接技術(shù)的改進，逆變CO2氣體保護焊應(yīng)用程序的頻率逐漸提高。 CO2氣體保護焊機的應(yīng)用和推廣，可以減少焊接耗材，降低了焊工的數(shù)量，降低成本的焊接工藝，提高焊接效率的焊接工藝的發(fā)展，有著深遠的影響。

2 焊接存在的問題及缺陷

2.1 氣孔

焊接時熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而殘留下來形成的空穴就是氣孔。焊接中存在氣孔，會降低焊縫的強度，破壞焊縫的密封性，焊縫的有效面積減小。一般在兩種情況下生成并分為兩類：一是在高溫下溶解在液態(tài)金屬中，氣體的突然下降的溶解度，如氫氣，氮氣等，二是溶解在液態(tài)金屬的氣體，如CO等。主要是因為芯銹蝕或藥皮變質(zhì)，剝落；焊條或焊劑未烘烤；焊傘邊緣不潔，存在水分、油脂和鐵銹；保護濕氣體污染或交通，焊接電流過大、電壓太高、太長電極伸長率；焊接太快。

2.2 咬邊

焊接時焊接參數(shù)選擇不當或操作工藝不正確，當焊接金屬沒能填滿母材焊趾或焊根的熔化凹槽時，使焊縫邊緣留下的凹陷稱為咬邊。咬邊使母材金屬接頭的有效工作界面減少，從而在咬邊處造成應(yīng)力集中，減弱了焊接接頭的強度，承載后有可能在咬邊處產(chǎn)生裂紋，甚至引起結(jié)構(gòu)的破壞。造成咬邊的主要原因有：焊接電流過大；焊接速度過快或運條不穩(wěn)，以致沒能加上足夠的填充金屬；在角焊時，造成咬邊的主要原因是運條角度不準或電焊電弧拉得太長等。

2.3 夾渣

夾渣或夾雜物是由于爐渣不干凈，在焊縫金屬中的殘余物。爐渣將焊接接頭的延展性和韌性的降低；尖角渣，導(dǎo)致應(yīng)力集中，特別是用于淬火傾向較大的焊接金屬，容易產(chǎn)生焊接裂紋，在所說的熔渣風口浪尖上形成巨大的壓力。形成的主要原因是焊件表面，焊接前清理不良（如油，銹等），焊料層之間的清理不徹底，覆蓋潮濕和焊接材料選擇不當，電極；焊縫邊緣有氧切或碳弧氣刨殘留渣，焊接電流過小，焊接速度太快。另外，使用酸電極時，由于電流太小或所輸送的物品和不當形成糊劑殘余物。

2.4 裂紋

焊接過程中或焊接完成后在焊接區(qū)域中出現(xiàn)的金屬局部破裂的表現(xiàn)稱為焊縫裂紋。焊縫金屬從熔化狀態(tài)到冷卻凝固的過程經(jīng)過熱膨脹與冷收縮變化，有較大的冷收縮應(yīng)力存在，而且顯微組織也有從高溫到低溫的相變過程而產(chǎn)生組織應(yīng)力，更加上母材非焊接部位處于冷固態(tài)狀況，與焊接部位存在很大的溫差，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力等等，這些應(yīng)力的共同作用一旦超過了材料的屈服極限，材料將發(fā)生塑性變形，超過材料的強度極限則導(dǎo)致開裂。焊接裂紋可能發(fā)生在焊縫金屬內(nèi)部或外部，或者在焊縫附近的母材熱影響區(qū)內(nèi)，或者位于母材與焊縫交界處。裂紋的存在大大降低了焊接接頭的強度，并且焊縫裂紋的尖端也成為承載后的應(yīng)力集中點，成為結(jié)構(gòu)斷裂的起源。

2.5 未焊透、未熔合

未焊透是指焊接時接頭根部未完全熔透，抑或是焊件邊緣或者前一道焊層未能充分受熱熔化，熔敷金屬卻已覆蓋上了，造成熔敷金屬未能很好和焊件邊緣熔合在一起。未焊透常出現(xiàn)在單面焊的根部和雙面焊的中部。運條速度太快；焊條角度不當或電弧發(fā)生偏吹；坡口角度或?qū)陂g隙太?。缓讣崽?；氧化物和熔渣等阻礙了金屬間充分的熔合等是產(chǎn)生未焊透產(chǎn)生的原因。在焊件與焊縫金屬或焊縫層間有局部未熔透現(xiàn)象稱為未熔合。焊接線能量太低；電弧發(fā)生偏吹；坡口側(cè)壁有銹垢和污物；焊層間清渣不徹底等是產(chǎn)生未熔合的原因。未焊透和未熔合不僅使焊接接頭的機械性能降低，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點，承載后會引起裂紋。

3 提高船舶管系焊接質(zhì)量的措施

為了提高焊接質(zhì)量，需要做好以下工作。

3.1 焊縫的焊前檢驗

焊接縫釘焊接縫間隙、槽和所謂的焊縫錯邊了，定位焊和焊接質(zhì)量的清潔狀況做好檢查焊前檢查。焊接前檢查內(nèi)容、精度標準、試驗方法，涉及多個項目，還應(yīng)注意下面的問題：

1）清除焊縫坡口區(qū)域的鐵銹，氧化皮，油污，雜物和車間底漆，并保持清潔和干燥。

2）焊接必須在潮濕，多風或過冷的開放空間進行，反應(yīng)正確的屏蔽焊接作業(yè)區(qū)，一般強度船體結(jié)構(gòu)鋼，如焊接環(huán)境溫度低于0，材料的碳當量大于0.41%，采取焊前預(yù)熱措施。

3）高強度鋼，鑄鋼和鍛鋼船體結(jié)構(gòu)件的焊接，應(yīng)咨詢有關(guān)工藝文件對船舶進行檢查，嚴格執(zhí)行焊接電弧，定位焊，預(yù)熱和焊后保溫隔熱或熱處理等措施。

3.2 焊縫的焊接規(guī)格和表面質(zhì)量檢驗

焊接的焊接規(guī)范對接焊縫類型和規(guī)模的要求。焊接型對接焊縫、角焊縫、搭接焊縫和塞焊。角焊縫類型分別角焊縫的單面，雙面全熔透角焊、縫交錯斷續(xù)角焊、接鏈斷續(xù)角焊、縫挖孔焊接。焊縫表面質(zhì)量檢驗焊接質(zhì)量的檢驗應(yīng)首先檢查的項目，即使檢驗和批準后，其內(nèi)部最終焊縫氣密性試驗的質(zhì)量抽查。

3.3 焊縫內(nèi)部檢驗質(zhì)量

焊縫質(zhì)量檢查中發(fā)現(xiàn)的焊接規(guī)格尺寸和表面質(zhì)量的檢查和修復(fù)缺損的完成，并重新檢查和批準。內(nèi)部品質(zhì)的焊接，可用于測試射線，超聲波，滲透，磁粉探傷，或其它適當?shù)姆椒?。另外，液壓、氣動、煤油（實際上滲透探傷試驗）也可以被用作內(nèi)部的焊縫質(zhì)量檢查裝置。

4 船舶焊接工藝的發(fā)展展望

1）焊接工藝的機械化、自動化發(fā)展方向焊接工藝機械化、自動化是船舶工業(yè)的一大發(fā)展趨勢。

2）焊接材料的發(fā)展將不斷促進焊接工藝進步。

3）研究機械手、機器人焊接。

參考文獻：

[1]通八達，沈建斌.船舶焊接中常見缺陷的形成機理及防止與修正措施研究與探討[J].中國水運，2010，10（11）：119-120.

[2]趙伯楗，曹凌源，鄭惠錦等.船舶高效焊接工藝及裝備[J].國防制造技術(shù)，2010，03.

[3]張永達，孫成文，于小虎等.船舶高效焊接工藝及存在的問題[J].造船技術(shù)，2014，05.