探討船舶焊接的缺陷及防治的措施

席昕

摘要：船舶焊接是保證船舶密性和強(qiáng)度的關(guān)鍵，在船舶修造中占有重要地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，船體焊接工時(shí)占船體建造總工時(shí)的30%～40%，焊接成本占船體建造總成本的30%～50%。焊接中接頭金屬不連續(xù)、不致密或連接不良等現(xiàn)象，稱之為焊接缺陷，容易造成船舶滲漏、斷裂，甚至引發(fā)重大安全事故。因此，正確識別常見船舶焊接缺陷的特征與形成機(jī)理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)防范措施，對船舶修造、營運(yùn)意義重大。

關(guān)鍵詞：船舶焊接；缺陷；防治；措施

1船舶焊接的常見缺陷及形成原因

1.1氣孔

氣孔是船舶焊接中最常見的一種現(xiàn)象。在焊接過程中，熔池中的氣體沒有能完全溢出（部分已溢出），而熔池已凝固，在成型的焊縫中便會出現(xiàn)孔洞，這樣的孔洞就被稱為氣孔。氣孔根據(jù)存在的位置可以分為表面氣孔和內(nèi)部氣孔。氣孔的存在會使得焊縫的有效截面積減小，從而降低焊縫處的強(qiáng)度，片狀的表面氣孔也會嚴(yán)重的影響焊縫的美觀。因此在船舶焊接中，船舶外板、艙口圍板等重要部位的焊縫不允許存在表面氣孔，而在其他位置的焊縫，100mm長范圍內(nèi)也最多允許存在2個(gè)氣孔。焊接中氣孔出現(xiàn)的主要原因可以概括為以下幾點(diǎn)：①焊接過程中防風(fēng)措施不到位，有空氣進(jìn)入了熔池；②焊接材料在焊接前沒有根據(jù)要求進(jìn)行烘焙，焊芯出現(xiàn)銹蝕或者藥皮變質(zhì)；③焊件坡口邊緣處在焊接作業(yè)前沒有清潔到位，存在水分或油漬；④焊接過程中速度過快，熔池凝固的時(shí)間過短。

1.2夾渣

焊接完成后，焊縫中存在的雜質(zhì)被稱為夾渣。夾渣的存在會影響焊縫的致密性和強(qiáng)度，故在船舶焊接作業(yè)中，焊縫表面是不允許存在夾渣的，焊接后進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)如發(fā)現(xiàn)夾渣，必須對該處碳弧氣刨后補(bǔ)焊。夾渣產(chǎn)生的原因可以概括為以下幾點(diǎn)：①焊件的坡口處清理不干凈；②多層多道焊時(shí)，各層各道之間的焊渣清理不干凈；③焊接材料較差，藥皮脫落在熔池中；④焊接速度過快，使得熔池中熔化的雜質(zhì)沒有足夠的時(shí)間浮出熔池凝固。

1.3咬邊

船舶焊接作業(yè)中，焊縫與母材交接處出現(xiàn)的凹陷現(xiàn)象稱為咬邊。咬邊會導(dǎo)致焊接接頭存在強(qiáng)度方面的不足，咬邊現(xiàn)象在焊接中較為常見，一般情況下，咬邊的深度不得大于0.5mm，且長度不得大于焊縫長度的10%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，造成咬邊現(xiàn)象的原因主要有以下兩點(diǎn)：①焊接過程中，焊接電流過大，焊接線能量過大；②焊接人員在焊接時(shí)操作不當(dāng)，焊槍的角度選擇有誤。

1.4未焊透

一般而言，未焊透發(fā)生在單面焊接的根部或者雙面焊接的中部，主要表現(xiàn)為熔敷金屬兩邊沒有完全熔透或者是焊接的邊緣沒有完全熔化。未焊透現(xiàn)象往往會大大降低焊接接頭的機(jī)械性能，更嚴(yán)重的是未焊透會形成應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中是船舶制造中最大的忌諱。未焊透出現(xiàn)的原因有以下兩點(diǎn)：①焊接中選擇的電流過大，運(yùn)絲速度過快，導(dǎo)致母材沒有真正的熔合；②焊接前選擇的焊接材料直徑過大，導(dǎo)致母材所開的坡口嫌小。

2船舶焊接常見缺陷的解決措施

1.5充分的焊前準(zhǔn)備

施焊前的準(zhǔn)備包括，一原材料（被焊金屬和焊接材料）的檢驗(yàn)，例如，焊接低碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼時(shí)，一般根據(jù)母材的抗拉強(qiáng)度按“等強(qiáng)匹配”原則選用相同等級的焊條；焊接耐熱鋼和不銹鋼時(shí)，通?？紤]母材的化學(xué)成分按“等成分匹配”原則選擇相同成分的焊條。二焊接設(shè)備和裝配質(zhì)量檢查，包括焊接設(shè)備的工作性能檢查；焊接區(qū)污物，如油漆、鐵銹、油脂、水、氣割的熔渣等應(yīng)在焊前清除干凈。三焊接工藝和規(guī)范的檢查，包括焊接工藝參數(shù)和焊接順序是否符合文件規(guī)范要求；焊工的操作技能是否經(jīng)過培訓(xùn)、考試合格并持有相關(guān)證書；對重要工件的焊接，焊前應(yīng)進(jìn)行焊接工藝性能試驗(yàn)。

1.6嚴(yán)格控制焊接過程

在船舶焊接的整個(gè)過程中，應(yīng)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)測焊接工程，并隨時(shí)檢查其施工的規(guī)范性。比如，在焊條電弧焊的過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)注意焊接的使用電流；在氣體保護(hù)焊過程中，應(yīng)時(shí)刻注意氣體實(shí)施保護(hù)的實(shí)際效果。同時(shí)還要注意各個(gè)分段之間的焊接順序。在特定工藝條件下，焊接接頭可能會出現(xiàn)不同效果，因此為了進(jìn)一步確定焊接接頭與設(shè)計(jì)要求的一致性，在焊接中應(yīng)定期對其性能進(jìn)行抽樣試驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)焊接中存在缺陷，就應(yīng)及時(shí)對缺陷具體情況，如性質(zhì)、大小、所處位置等加強(qiáng)了解，并在分析出原因的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行針對性解決。

1.7對焊接缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)

焊接檢驗(yàn)是在焊接前或過程中對影響焊接質(zhì)量的因素進(jìn)行系統(tǒng)檢查，是發(fā)現(xiàn)焊接缺陷隱患，確保焊接質(zhì)量的必要程序，船舶建造質(zhì)量受到焊接質(zhì)量的影響，因此要對各個(gè)焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)，主要包括以下要點(diǎn)：（1）認(rèn)真執(zhí)行三級檢驗(yàn)制度，即焊前檢驗(yàn)、焊接時(shí)檢驗(yàn)以及焊后成品檢驗(yàn)。（2）對焊接表面的質(zhì)量要予以全面檢驗(yàn)，主要方式有近觀檢驗(yàn)、用焊角規(guī)測量外觀尺寸等。（3）按照《內(nèi)河船舶法定建造檢驗(yàn)規(guī)程》和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，嚴(yán)格對焊縫內(nèi)部的質(zhì)量進(jìn)行檢查。

1.8及時(shí)修正焊接缺陷

焊接過程中不同程度的缺陷存在總是難免，對焊接缺陷的修正是一項(xiàng)必要的措施。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。對剛性大的結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(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。對要求進(jìn)行熱處理的焊件，應(yīng)在熱處理前進(jìn)行缺陷修正。對D級、E級鋼和高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊縫缺陷，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)一次焊補(bǔ)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。焊縫缺陷的消除焊補(bǔ)，不允許在帶壓和背水情況下進(jìn)行。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)超過允許限值的缺陷，應(yīng)重新修正，直至合格。焊補(bǔ)次數(shù)不得超過規(guī)定的返修次數(shù)。

1.9針對焊接缺陷提出改正措施

（1）防止裂紋產(chǎn)生措施：主要分為冷裂紋和熱裂縫這兩種，具體措施為：針對冷裂紋：①選擇材料時(shí)，要盡量挑選低氫型的焊絲或者焊條；②嚴(yán)格遵照焊接材料的使用、保管以及烘焙規(guī)定，防止受潮現(xiàn)象；③保證焊接材料的清潔，尤其是一些坡口邊緣，不能有油污、水漬或者銹斑；④結(jié)合采用材料的等級、構(gòu)件厚度以及焊接環(huán)境等，挑選最合理的線能量或者工藝參數(shù)；⑤焊接后要予以熱處理，這樣能夠使內(nèi)應(yīng)力得到消除，同時(shí)還能去氫等，提升接頭韌性；⑥應(yīng)用分段退焊法，以降低焊接應(yīng)力。

（2）防止焊瘤、弧坑產(chǎn)生的主要措施：①焊瘤：對熔池溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免過高，在進(jìn)行立焊或者仰焊時(shí)，其電流應(yīng)該調(diào)整，比在平焊時(shí)要少10%～15%。若使用的焊條為堿性，則要采用短弧進(jìn)行焊接，這樣能夠保持其運(yùn)條均勻。②弧坑：在應(yīng)用手工焊法來收弧時(shí)，應(yīng)該給予相應(yīng)時(shí)間做些許停留，或者進(jìn)行環(huán)形運(yùn)條，多做幾次即可。

（3）防止焊瘤、弧坑產(chǎn)生的主要措施：氣孔、夾渣：對于氣孔，尤其是內(nèi)部氣孔而言，待部位得到確認(rèn)后，利用碳弧氣刨或者風(fēng)鏟將所有氣孔缺陷全部清除并適當(dāng)向兩端延伸，并形成坡口，而后進(jìn)行焊補(bǔ)。而對于由于未焊透或者未熔合而產(chǎn)生的缺陷，同樣可以采取上述措施。

2結(jié)語

從金屬工藝學(xué)、焊接工藝學(xué)等角度，結(jié)合筆者自身在造船中積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了船舶焊接中常見焊接缺陷的形式特征、形成機(jī)理、造成的危害，并在此基礎(chǔ)上分析了焊接缺陷及質(zhì)量的檢驗(yàn)，以及焊接缺陷的防止措施，對于從事相關(guān)工作的人員具有較好的指導(dǎo)性。

參考文獻(xiàn)：

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