散貨船船體結(jié)構(gòu)焊前檢驗控制要點

沈 通， 孫麗娜

(1.中國船級社 江蘇分社，江蘇 南京 210011； 2.中華人民共和國南京海事局，江蘇 南京 210011)

0 引 言

船體結(jié)構(gòu)檢驗一般側(cè)重于結(jié)構(gòu)完整性及焊后焊縫質(zhì)量的檢查。除了某些高應力區(qū)域以外，對于焊前的坡口準備、結(jié)構(gòu)裝配等，一般采用巡檢的方式進行控制。但是裝配、定位、對筋、材料誤用錯用等缺陷如焊后再發(fā)現(xiàn)往往為時已晚，開刀調(diào)整可能會損傷母材，增大間隙，更有甚者須局部換板或重新下料。圖1所示的3個典型缺陷完全可通過焊前檢驗杜絕。另一方面，坡口的質(zhì)量在很大程度上影響焊接質(zhì)量，雖然通過無損檢測的方法可檢驗焊縫內(nèi)部缺陷，但僅僅是部分抽檢，無法覆蓋到所有焊縫。通過焊前檢驗可將問題在產(chǎn)生初期就及時解決，不留到下一步工序，在控制整船焊接質(zhì)量的流程中十分必要[1]。

圖1 3個典型的對筋和材質(zhì)誤用缺陷

1 構(gòu)件裝配標準

目前焊前檢驗的依據(jù)主要是GB/T 34000-2016(簡稱國標)[2]、CB/T 4000-2005(簡稱船標)[3]和IACS REC.47(簡稱REC.47)[4]，其中對十字接頭的錯位量、對接接頭的間隙和錯位量等有明確的規(guī)定，并對典型的裝配超差提供一些修整方法。下面對上述3個標準進行簡單的比較，具體如表1所示。從比較可看出，IACS REC.47涉及的面更廣，有些標準考慮到母材板厚的因素，而不是單純考慮裝配間隙的大小，這樣對于薄板的錯位檢驗更為合理。2016年新推出的國標吸納了不少IACS REC.47中的內(nèi)容，甚至在某些方面要更嚴于IACS REC.47要求。另外，焊接工藝規(guī)程中也有對特定坡口形狀以及預制要求的描述，尤其對于鑄鋼件會有一些特殊的J型、U型等坡口形式，焊接工藝規(guī)程應該優(yōu)先作為檢驗依據(jù)。

表1 3種常用標準對比

續(xù)表1 3種常用標準對比

2 焊前檢驗控制要點

焊縫的焊前檢驗為焊接提供符合質(zhì)量要求的焊接坡口，是確保焊接質(zhì)量的必要措施，主要應關(guān)注裝配定位精度、坡口質(zhì)量與間隙控制等方面[5]。

2.1 焊接工藝和坡口質(zhì)量

在焊前檢驗前驗船師應對船廠的焊接施工工藝有一定的了解。同一道焊縫在不同階段可能采用不同的焊接工藝，如某散貨船貨艙舷側(cè)T型材對接焊縫，在中組時是平焊，采用V型坡口，而同樣的焊縫在大合龍時是橫焊，采用的是單邊坡口的形式，2種焊接方式的坡口形式，焊接參數(shù)都有所區(qū)別。這就需要船廠在工作場張貼與施工相關(guān)的焊接工藝簡圖，如圖2所示，否則工人憑主觀經(jīng)驗施工可能會造成焊接質(zhì)量隱患。船廠在合龍階段較少有張貼相關(guān)信息的措施。若對現(xiàn)場坡口參數(shù)有疑問，可以讓船廠提供相關(guān)的焊接工藝簡圖進行核查。

坡口內(nèi)部不能有明顯的凹槽、鋸齒、銹和毛刺，坡口兩側(cè)各100 mm范圍應予清除并保持清潔和干燥，不能有水、油污、雜物等，如圖3所示，特別是深熔焊全焊透區(qū)域。

焊接坡口形式應符合焊接工藝和認可圖，注意坡口的形式、角度、鈍邊的大小等參數(shù)。對于一些關(guān)鍵部位的坡口形式須熟悉并重點關(guān)注，如圖4中舷頂列板和甲板邊板的深熔焊區(qū)域，在檢驗過程中多次發(fā)現(xiàn)沒有開坡口的情況。

圖2 焊接工藝圖

圖3 坡口缺陷

圖4 深熔焊區(qū)域無坡口

肘板與骨材邊緣一般應有5～6 mm的距離，如圖5所示，若裝配時兩邊緣平齊則肘板須在平齊一側(cè)開坡口，否則無法施焊，該位置也是一個典型的結(jié)構(gòu)節(jié)點。由于開刀調(diào)整在板材、骨材的角焊縫位置可能會產(chǎn)生間隙較大的情況，發(fā)現(xiàn)后應及時開坡口。

圖5 肘板開坡口

2.2 材料材質(zhì)

從分段帶來的構(gòu)件，尤其是一些筋板、肘板等，可能會在合龍口遺漏。另外，有些構(gòu)件由于開刀調(diào)整的原因被割下后沒有重新裝上，或重新?lián)Q的構(gòu)件材質(zhì)有誤。驗船師必須從宏觀把握，多留心周圍的相似結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)連續(xù)性。一般合龍焊前報檢時施工隊也較少帶圖紙，若遇到有疑問的地方，可翻看相關(guān)圖紙，驗證船體結(jié)構(gòu)與批準圖紙的一致性，包括零件編號、鋼材、構(gòu)件規(guī)格等。

2.3 間隙超標

由于分段建造精度或者工人隨意開刀調(diào)整后會造成間隙超標，這是合龍過程中的常見問題。裝配的間隙首先應滿足船級社認可的焊接工藝要求。關(guān)鍵位置的間隙超標要求船廠進行換板，換板尺寸不小于300 mm。例如，圖6中某船槽型艙壁與頂墩、底墩的連接，出現(xiàn)整條合龍縫間隙達到60 mm的情況，考慮到該區(qū)域是散貨船的高應力區(qū)，根據(jù)工藝要求采取大面積的換板進行彌補。對于板縫間隙略超過極限，但長度有限的情況，可以不用換板，在貼襯墊堆焊后增加100%的超聲波探傷。對于球扁鋼或T型材等構(gòu)件的間隙過大，可以采用“借”的工藝方法，即在離間隙大的位置約300 mm以外的地方將結(jié)構(gòu)斷開，再將斷開結(jié)構(gòu)向間隙大的位置偏移，達到減小原焊縫間隙的目的。另外，一些肘板在開刀后其趾端尺寸可能達不到要求，也須及時換掉。

圖6 裝配間隙過大

2.4 對位精度

構(gòu)件對位的精度關(guān)系到力的傳遞，角焊縫接頭錯位會導致力傳遞過程中的應力集中。如圖7所示，在錯位0.5倍板厚的時候剪切力系數(shù)增加了1.2；在錯位1倍板厚的時候剪切力系數(shù)增加了2.3。同時，有關(guān)研究也表明結(jié)構(gòu)錯位對接頭疲勞強度也有很大的影響[6]。

圖7 角焊縫接頭錯位幅度對剪切力系數(shù)的變化

結(jié)構(gòu)裝配的施工質(zhì)量及結(jié)構(gòu)的定位，應滿足船標、國標或IACS REC.47 的結(jié)構(gòu)對位、對中要求，對有裝配定位線的構(gòu)件應注意構(gòu)件理論線的位置。對檢驗中常見的球扁鋼、T型材出現(xiàn)不對筋、錯位量小的情況，可采用加焊過度的方法彌補，錯位量較大時一般采用根部開刀進行調(diào)整；當外板、肋板錯位時，一般重新用碼板定位兩塊板的位置。檢驗中推薦隨身帶把鋼尺，可較直觀地看出對位精度的缺陷，如圖8所示。

圖8 裝配對位缺陷

發(fā)電機座、舵機基座、絞纜機基座等定位精度可能會對振動、操作產(chǎn)生影響，除檢驗常規(guī)的裝配質(zhì)量、坡口準備以及構(gòu)件對筋外，還要對其水平度進行檢驗，一般采用水平尺沿多個方向測量基座的水平程度。

3 焊前關(guān)鍵細節(jié)問題

3.1 定位焊

定位焊是為裝配和固定構(gòu)件而進行的一種焊接。在焊前檢驗中會遇到大量的定位焊，由于后期將在定位焊的表面再進行施焊，定位焊的質(zhì)量同時關(guān)系到整條焊縫的質(zhì)量，在焊前檢驗時應留意定位焊的質(zhì)量。定位焊的數(shù)量應盡量減少，且具有足夠的長度，一般為30～50 mm，間距為150～200 mm，焊層厚度一般為1/2板厚。定位焊起頭和結(jié)尾處應圓滑，否則易造成未焊透的情況，并要注意燒焊電流，電流過大會刺傷母材。定位焊的質(zhì)量應與施焊的焊縫質(zhì)量相同，其中的缺陷應在施焊前清除干凈，表面適當打磨，一些表面存在明顯缺陷如氣孔、未融合的定位焊須刨掉重燒。對于全焊透的焊縫，建議將定位焊燒在反刨的一側(cè)。對于有預熱要求的母材，在定位焊時同樣應進行預熱。定位焊所用母材與正式焊接一致。

3.2 過焊孔和止漏孔

為了方便施焊和貼襯墊，某些構(gòu)件須在焊縫、結(jié)構(gòu)交叉或角落位置留下適當?shù)倪^焊孔。這須驗船師站在施工的角度考慮施焊的方便性。當骨材跨過對接焊縫以連續(xù)角焊連接時，應要求將交叉點焊縫余高鏟平，避免將構(gòu)件切口。同樣，在角接前，骨材腹板上的對接焊縫也應焊完并修平。整修部位應平順，無缺口或形狀突變。對于圖9中穿過水密壁的骨材和組成液艙周界的板材須注意是否有開止漏孔，止漏孔鄰近處所內(nèi)的構(gòu)件須靠近艙壁，并完全焊實。

圖9 過焊孔和止漏孔

3.3 碼板和引弧、熄弧板

碼板和引弧、熄弧板是焊前常用的2種輔助工具。碼板用來在焊前固定構(gòu)件，防止構(gòu)件在焊接過程中產(chǎn)生變形，一般會設(shè)在構(gòu)件的端部或反面。在曲率變化大的位置，碼板也設(shè)置得更多?，F(xiàn)場檢驗發(fā)現(xiàn)有施工人員隨意裝卸碼板導致?lián)p壞母材的情況。另外，燒碼板時應使用盡可能小的電流以免大的熱輸入量割傷母材，如圖10所示。

圖10 割傷母材

無論是CO2氣體保護焊還是手工焊條焊，在引弧、熄弧時都容易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷， 因此為避免在母材上引弧、熄弧，一般會在對接焊的兩端設(shè)置引弧、熄弧板，其長度為30～50 mm，材質(zhì)、板厚、坡口形式應與母材相同。一般車間內(nèi)自動焊拼板縫的引弧、熄弧施工比較正規(guī)，但在中組、合龍時施工隊會忽視引弧、熄弧板的設(shè)置，隨意下料用于引弧、熄弧，忽視板厚、材質(zhì)等因素，如圖11所示。引弧、熄弧板與母材之間有錯位的情況是不允許的。另外，焊接完成后要用氣割將引弧板割除，且留根2～3 mm，不能割傷母材。

圖11 引弧、熄弧板設(shè)置缺陷

4 CM節(jié)點焊前控制

根據(jù)規(guī)范要求，對于可能發(fā)生高應力或疲勞破壞的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)位置，應按批準的結(jié)構(gòu)監(jiān)控計劃實施從設(shè)計、建造進行全程監(jiān)控，確保這些結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的構(gòu)造和建造工藝如表2所示。結(jié)構(gòu)監(jiān)控計劃中應標識每個結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的裝配對準精度，焊接坡口形式、間隙，裝配對準不合格時的糾正措施[7]。

十字接頭對位的偏差極限值為1/3倍較薄板的板厚，且最大不超過5 mm。偏差在一定范圍內(nèi)可增加10%～15%的焊腳尺寸，若偏差再大則要松開至少50a的長度，重新進行裝配。在檢驗過程中，測量節(jié)點焊前、焊后對準精度的數(shù)據(jù)，并將結(jié)果記錄在表格中。具體在現(xiàn)場焊前檢驗時通過檢驗線和樣板檢查構(gòu)建對位情況。

檢驗線法：在結(jié)構(gòu)的一側(cè)做100 mm的檢查線，用雙面尺或其他工具將檢查線投影至結(jié)構(gòu)的另一側(cè)，然后依照計算結(jié)果將檢驗線做出來。

樣板法：選用全船最多的對位位置為典型，以1∶1的比例用鋼板做出樣板，再通過樣板與具體肋位之間的差值做成全船的公差表，測量時樣板配合公差表一起使用，誤差在公差范圍內(nèi)即可。當其裝配間隙超差時必須按照結(jié)構(gòu)監(jiān)控計劃的要求進行修正。

表2 散貨船典型高應力位置

值得注意的是針對不同節(jié)點，確定檢驗線的方式有所不同，如圖12所示。如：B，C，D，E節(jié)點兩構(gòu)件是沿一側(cè)對齊，從反面構(gòu)件邊緣偏離100 mm畫檢驗線；F，G節(jié)點是中線對中，從反面構(gòu)件的中心線偏離100 mm畫檢驗線。檢驗中曾發(fā)現(xiàn)過檢驗線畫錯的情況，更要杜絕先裝配后畫檢驗線的情況。

圖12 檢驗線的不同畫法

槽型艙壁與底墩的連接位置(K，J節(jié)點)，與頂墩的連接位置(I，H節(jié)點)的對位精度關(guān)系到橫向載荷的傳遞，此處也是重要的CM節(jié)點，注意檢驗線應畫在底墩、頂墩上，測量樣板和槽壁之間的間距?，F(xiàn)場檢驗發(fā)現(xiàn)有將檢驗線畫在槽型壁上的情況。圖 13為槽型壁與底墩、頂墩對筋。

圖13 槽型壁與底墩、頂墩對筋

圖14中B，C節(jié)點T型材端部與頂邊艙、底邊艙連接的位置會出現(xiàn)間隙大的情況，應按照工藝要求增開坡口。此處焊前檢驗時要求施工人員用粉筆畫出反面結(jié)構(gòu)。除了查看100 mm的檢驗線外，還可用卷尺測量T型材之間的距離是否與圖紙一致。A，E，G，F(xiàn)既是CM節(jié)點又是全焊透區(qū)域，建議將定位焊燒在需反刨的一側(cè)，這樣可有效避免定位焊中的缺陷影響主焊縫。

圖14 B，C節(jié)點檢驗

5 鑄鋼件焊前

對船體結(jié)構(gòu)中的鑄鍛件，如掛舵臂、艉柱、錨唇等，驗船師在焊前應核對上述部件的船用產(chǎn)品證書，并拓下鋼印存檔。船體結(jié)構(gòu)鑄鍛件的焊接應確保船廠按照批準的焊接工藝進行。一般鑄件的表面以及坡口兩側(cè)100 mm應打磨干凈、光順并清除鑄件氣孔、裂紋、縮孔、毛刺、結(jié)疤、包砂等。裝配間隙、坡口形式應與批準工藝一致。由于板厚、構(gòu)件形狀和焊接位置的不同，如一個掛舵臂的鑄鋼件就可能有多種不同的坡口形式，檢驗時須將加熱片掀開觀察坡口形狀，或讓施工人員留下照片。焊前采用加熱片緊貼所有坡口兩側(cè)200 mm范圍的區(qū)域，預熱至100～150℃，采用點溫計測量坡口附近的溫度是否達到要求[8]。

6 總 結(jié)

(1) 通常焊后檢驗只能發(fā)現(xiàn)少量表面問題， 驗船師對船廠的質(zhì)量監(jiān)督主要在巡檢和焊前檢驗，在中組、合龍前期須加強巡檢，對于敲碼板、點狀補焊、傷母材等情況要及時制止，避免典型問題后續(xù)重復發(fā)生。

(2) 驗船師可通過提問的方式，考察施工隊人員和質(zhì)檢員對各種對位的檢查要領(lǐng)和施工工藝是否已經(jīng)掌握，必要時可安排對船廠質(zhì)檢員進行集中培訓。驗船師的焊前檢驗無法面面俱到，還須船廠自身形成良好的管理體系，例如對焊縫的坡口參數(shù)留下測量數(shù)據(jù)或拍照片留下記錄等。

(3) 除了本文所述的焊前現(xiàn)場檢驗要點外，還應關(guān)注焊接環(huán)境，如：嚴禁在低溫、焊件表面潮濕或暴露于雨雪或大風的環(huán)境條件下進行任何焊接工作；焊接材料的儲存，如焊材、焊劑的烘干和保溫；焊接設(shè)備的保養(yǎng)和維護情況。

綜上所述，焊前檢驗涉及的面很廣，有很多細節(jié)問題須關(guān)注，焊前準備的好壞也是考驗船廠建造水平的重要依據(jù)，只有處理好細節(jié)問題，才能為船舶大型化提供有力的技術(shù)支撐。本文通過現(xiàn)場檢驗發(fā)現(xiàn)的問題對焊前檢驗的要點進行系統(tǒng)的總結(jié)，并詳細闡述一些關(guān)鍵細節(jié)，可為船舶制造生產(chǎn)提供規(guī)范化的指導，保證船舶的航行安全。

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