散貨船船體結(jié)構(gòu)焊前檢驗(yàn)控制要點(diǎn)

沈 通， 孫麗娜

(1.中國(guó)船級(jí)社 江蘇分社，江蘇 南京 210011； 2.中華人民共和國(guó)南京海事局，江蘇 南京 210011)

0 引 言

船體結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)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(yīng)力區(qū)域以外，對(duì)于焊前的坡口準(zhǔn)備、結(jié)構(gòu)裝配等，一般采用巡檢的方式進(jìn)行控制。但是裝配、定位、對(duì)筋、材料誤用錯(cuò)用等缺陷如焊后再發(fā)現(xiàn)往往為時(shí)已晚，開(kāi)刀調(diào)整可能會(huì)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(gè)典型缺陷完全可通過(guò)焊前檢驗(yàn)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(guò)無(wú)損檢測(cè)的方法可檢驗(yàn)焊縫內(nèi)部缺陷，但僅僅是部分抽檢，無(wú)法覆蓋到所有焊縫。通過(guò)焊前檢驗(yàn)可將問(wèn)題在產(chǎn)生初期就及時(shí)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(gè)典型的對(duì)筋和材質(zhì)誤用缺陷

1 構(gòu)件裝配標(biāo)準(zhǔn)

目前焊前檢驗(yàn)的依據(jù)主要是GB/T 34000-2016(簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)標(biāo))[2]、CB/T 4000-2005(簡(jiǎn)稱(chēng)船標(biāo))[3]和IACS REC.47(簡(jiǎn)稱(chēng)REC.47)[4]，其中對(duì)十字接頭的錯(cuò)位量、對(duì)接接頭的間隙和錯(cuò)位量等有明確的規(guī)定，并對(duì)典型的裝配超差提供一些修整方法。下面對(duì)上述3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)于薄板的錯(cuò)位檢驗(yàn)更為合理。2016年新推出的國(guó)標(biāo)吸納了不少I(mǎi)ACS REC.47中的內(nèi)容，甚至在某些方面要更嚴(yán)于IACS REC.47要求。另外，焊接工藝規(guī)程中也有對(duì)特定坡口形狀以及預(yù)制要求的描述，尤其對(duì)于鑄鋼件會(huì)有一些特殊的J型、U型等坡口形式，焊接工藝規(guī)程應(yīng)該優(yōu)先作為檢驗(yàn)依據(jù)。

表1 3種常用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

續(xù)表1 3種常用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

2 焊前檢驗(yàn)控制要點(diǎn)

焊縫的焊前檢驗(yàn)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(yīng)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(yàn)前驗(yàn)船師應(yīng)對(duì)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(duì)接焊縫，在中組時(shí)是平焊，采用V型坡口，而同樣的焊縫在大合龍時(shí)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(chǎng)張貼與施工相關(guān)的焊接工藝簡(jiǎn)圖，如圖2所示，否則工人憑主觀經(jīng)驗(yàn)施工可能會(huì)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)坡口參數(shù)有疑問(wèn)，可以讓船廠提供相關(guān)的焊接工藝簡(jiǎn)圖進(jìn)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(yīng)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(yīng)符合焊接工藝和認(rèn)可圖，注意坡口的形式、角度、鈍邊的大小等參數(shù)。對(duì)于一些關(guān)鍵部位的坡口形式須熟悉并重點(diǎn)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(yàn)過(guò)程中多次發(fā)現(xiàn)沒(méi)有開(kāi)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(wú)坡口

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

圖5 肘板開(kāi)坡口

2.2 材料材質(zhì)

從分段帶來(lái)的構(gòu)件，尤其是一些筋板、肘板等，可能會(huì)在合龍口遺漏。另外，有些構(gòu)件由于開(kāi)刀調(diào)整的原因被割下后沒(méi)有重新裝上，或重新?lián)Q的構(gòu)件材質(zhì)有誤。驗(yàn)船師必須從宏觀把握，多留心周?chē)南嗨平Y(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)連續(xù)性。一般合龍焊前報(bào)檢時(shí)施工隊(duì)也較少帶圖紙，若遇到有疑問(wèn)的地方，可翻看相關(guān)圖紙，驗(yàn)證船體結(jié)構(gòu)與批準(zhǔn)圖紙的一致性，包括零件編號(hào)、鋼材、構(gòu)件規(guī)格等。

2.3 間隙超標(biāo)

由于分段建造精度或者工人隨意開(kāi)刀調(diào)整后會(huì)造成間隙超標(biāo)，這是合龍過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題。裝配的間隙首先應(yīng)滿足船級(jí)社認(rèn)可的焊接工藝要求。關(guān)鍵位置的間隙超標(biāo)要求船廠進(jìn)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(dá)到60 mm的情況，考慮到該區(qū)域是散貨船的高應(yīng)力區(qū)，根據(jù)工藝要求采取大面積的換板進(jìn)行彌補(bǔ)。對(duì)于板縫間隙略超過(guò)極限，但長(zhǎng)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(duì)于球扁鋼或T型材等構(gòu)件的間隙過(guò)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(kāi)，再將斷開(kāi)結(jié)構(gòu)向間隙大的位置偏移，達(dá)到減小原焊縫間隙的目的。另外，一些肘板在開(kāi)刀后其趾端尺寸可能達(dá)不到要求，也須及時(shí)換掉。

圖6 裝配間隙過(guò)大

2.4 對(duì)位精度

構(gòu)件對(duì)位的精度關(guān)系到力的傳遞，角焊縫接頭錯(cuò)位會(huì)導(dǎo)致力傳遞過(guò)程中的應(yīng)力集中。如圖7所示，在錯(cuò)位0.5倍板厚的時(shí)候剪切力系數(shù)增加了1.2；在錯(cuò)位1倍板厚的時(shí)候剪切力系數(shù)增加了2.3。同時(shí)，有關(guān)研究也表明結(jié)構(gòu)錯(cuò)位對(duì)接頭疲勞強(qiáng)度也有很大的影響[6]。

圖7 角焊縫接頭錯(cuò)位幅度對(duì)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(yīng)滿足船標(biāo)、國(guó)標(biāo)或IACS REC.47 的結(jié)構(gòu)對(duì)位、對(duì)中要求，對(duì)有裝配定位線的構(gòu)件應(yīng)注意構(gòu)件理論線的位置。對(duì)檢驗(yàn)中常見(jiàn)的球扁鋼、T型材出現(xiàn)不對(duì)筋、錯(cuò)位量小的情況，可采用加焊過(guò)度的方法彌補(bǔ)，錯(cuò)位量較大時(shí)一般采用根部開(kāi)刀進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)外板、肋板錯(cuò)位時(shí)，一般重新用碼板定位兩塊板的位置。檢驗(yàn)中推薦隨身帶把鋼尺，可較直觀地看出對(duì)位精度的缺陷，如圖8所示。

圖8 裝配對(duì)位缺陷

發(fā)電機(jī)座、舵機(jī)基座、絞纜機(jī)基座等定位精度可能會(huì)對(duì)振動(dòng)、操作產(chǎn)生影響，除檢驗(yàn)常規(guī)的裝配質(zhì)量、坡口準(zhǔn)備以及構(gòu)件對(duì)筋外，還要對(duì)其水平度進(jìn)行檢驗(yàn)，一般采用水平尺沿多個(gè)方向測(cè)量基座的水平程度。

3 焊前關(guān)鍵細(xì)節(jié)問(wèn)題

3.1 定位焊

定位焊是為裝配和固定構(gòu)件而進(jìn)行的一種焊接。在焊前檢驗(yàn)中會(huì)遇到大量的定位焊，由于后期將在定位焊的表面再進(jìn)行施焊，定位焊的質(zhì)量同時(shí)關(guān)系到整條焊縫的質(zhì)量，在焊前檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)留意定位焊的質(zhì)量。定位焊的數(shù)量應(yīng)盡量減少，且具有足夠的長(zhǎng)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(yīng)圓滑，否則易造成未焊透的情況，并要注意燒焊電流，電流過(guò)大會(huì)刺傷母材。定位焊的質(zhì)量應(yīng)與施焊的焊縫質(zhì)量相同，其中的缺陷應(yīng)在施焊前清除干凈，表面適當(dāng)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?zé)?duì)于全焊透的焊縫，建議將定位焊燒在反刨的一側(cè)。對(duì)于有預(yù)熱要求的母材，在定位焊時(shí)同樣應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。定位焊所用母材與正式焊接一致。

3.2 過(guò)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(dāng)?shù)倪^(guò)焊孔。這須驗(yàn)船師站在施工的角度考慮施焊的方便性。當(dāng)骨材跨過(guò)對(duì)接焊縫以連續(xù)角焊連接時(shí)，應(yīng)要求將交叉點(diǎn)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(duì)接焊縫也應(yīng)焊完并修平。整修部位應(yīng)平順，無(wú)缺口或形狀突變。對(duì)于圖9中穿過(guò)水密壁的骨材和組成液艙周界的板材須注意是否有開(kāi)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(shí)。

圖9 過(guò)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(lái)在焊前固定構(gòu)件，防止構(gòu)件在焊接過(guò)程中產(chǎn)生變形，一般會(huì)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(chǎng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有施工人員隨意裝卸碼板導(dǎo)致?lián)p壞母材的情況。另外，燒碼板時(shí)應(yīng)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(wú)論是CO2氣體保護(hù)焊還是手工焊條焊，在引弧、熄弧時(shí)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(huì)在對(duì)接焊的兩端設(shè)置引弧、熄弧板，其長(zhǎng)度為30～50 mm，材質(zhì)、板厚、坡口形式應(yīng)與母材相同。一般車(chē)間內(nèi)自動(dòng)焊拼板縫的引弧、熄弧施工比較正規(guī)，但在中組、合龍時(shí)施工隊(duì)會(huì)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(cuò)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(diǎn)焊前控制

根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)于可能發(fā)生高應(yīng)力或疲勞破壞的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)位置，應(yīng)按批準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)監(jiān)控計(jì)劃實(shí)施從設(shè)計(jì)、建造進(jìn)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(jì)劃中應(yīng)標(biāo)識(shí)每個(gè)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的裝配對(duì)準(zhǔn)精度，焊接坡口形式、間隙，裝配對(duì)準(zhǔn)不合格時(shí)的糾正措施[7]。

十字接頭對(duì)位的偏差極限值為1/3倍較薄板的板厚，且最大不超過(guò)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(kāi)至少50a的長(zhǎng)度，重新進(jìn)行裝配。在檢驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)量節(jié)點(diǎn)焊前、焊后對(duì)準(zhǔn)精度的數(shù)據(jù)，并將結(jié)果記錄在表格中。具體在現(xiàn)場(chǎng)焊前檢驗(yàn)時(shí)通過(guò)檢驗(yàn)線和樣板檢查構(gòu)建對(duì)位情況。

檢驗(yàn)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(jì)算結(jié)果將檢驗(yàn)線做出來(lái)。

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

表2 散貨船典型高應(yīng)力位置

值得注意的是針對(duì)不同節(jié)點(diǎn)，確定檢驗(yàn)線的方式有所不同，如圖12所示。如：B，C，D，E節(jié)點(diǎn)兩構(gòu)件是沿一側(cè)對(duì)齊，從反面構(gòu)件邊緣偏離100 mm畫(huà)檢驗(yàn)線；F，G節(jié)點(diǎn)是中線對(duì)中，從反面構(gòu)件的中心線偏離100 mm畫(huà)檢驗(yàn)線。檢驗(yàn)中曾發(fā)現(xiàn)過(guò)檢驗(yàn)線畫(huà)錯(cuò)的情況，更要杜絕先裝配后畫(huà)檢驗(yàn)線的情況。

圖12 檢驗(yàn)線的不同畫(huà)法

槽型艙壁與底墩的連接位置(K，J節(jié)點(diǎn))，與頂墩的連接位置(I，H節(jié)點(diǎn))的對(duì)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(diǎn)，注意檢驗(yàn)線應(yīng)畫(huà)在底墩、頂墩上，測(cè)量樣板和槽壁之間的間距?，F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有將檢驗(yàn)線畫(huà)在槽型壁上的情況。圖 13為槽型壁與底墩、頂墩對(duì)筋。

圖13 槽型壁與底墩、頂墩對(duì)筋

圖14中B，C節(jié)點(diǎn)T型材端部與頂邊艙、底邊艙連接的位置會(huì)出現(xiàn)間隙大的情況，應(yīng)按照工藝要求增開(kāi)坡口。此處焊前檢驗(yàn)時(shí)要求施工人員用粉筆畫(huà)出反面結(jié)構(gòu)。除了查看100 mm的檢驗(yàn)線外，還可用卷尺測(cè)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(diǎn)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(diǎn)檢驗(yàn)

5 鑄鋼件焊前

對(duì)船體結(jié)構(gòu)中的鑄鍛件，如掛舵臂、艉柱、錨唇等，驗(yàn)船師在焊前應(yīng)核對(duì)上述部件的船用產(chǎn)品證書(shū)，并拓下鋼印存檔。船體結(jié)構(gòu)鑄鍛件的焊接應(yīng)確保船廠按照批準(zhǔn)的焊接工藝進(jìn)行。一般鑄件的表面以及坡口兩側(cè)100 mm應(yīng)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(yīng)與批準(zhǔn)工藝一致。由于板厚、構(gòu)件形狀和焊接位置的不同，如一個(gè)掛舵臂的鑄鋼件就可能有多種不同的坡口形式，檢驗(yàn)時(shí)須將加熱片掀開(kāi)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(yù)熱至100～150℃，采用點(diǎn)溫計(jì)測(cè)量坡口附近的溫度是否達(dá)到要求[8]。

6 總 結(jié)

(1) 通常焊后檢驗(yàn)只能發(fā)現(xiàn)少量表面問(wèn)題， 驗(yàn)船師對(duì)船廠的質(zhì)量監(jiān)督主要在巡檢和焊前檢驗(yàn)，在中組、合龍前期須加強(qiáng)巡檢，對(duì)于敲碼板、點(diǎn)狀補(bǔ)焊、傷母材等情況要及時(shí)制止，避免典型問(wèn)題后續(xù)重復(fù)發(fā)生。

(2) 驗(yàn)船師可通過(guò)提問(wèn)的方式，考察施工隊(duì)人員和質(zhì)檢員對(duì)各種對(duì)位的檢查要領(lǐng)和施工工藝是否已經(jīng)掌握，必要時(shí)可安排對(duì)船廠質(zhì)檢員進(jìn)行集中培訓(xùn)。驗(yàn)船師的焊前檢驗(yàn)無(wú)法面面俱到，還須船廠自身形成良好的管理體系，例如對(duì)焊縫的坡口參數(shù)留下測(cè)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(chǎng)檢驗(yàn)要點(diǎn)外，還應(yīng)關(guān)注焊接環(huán)境，如：嚴(yán)禁在低溫、焊件表面潮濕或暴露于雨雪或大風(fēng)的環(huán)境條件下進(jìn)行任何焊接工作；焊接材料的儲(chǔ)存，如焊材、焊劑的烘干和保溫；焊接設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)情況。

綜上所述，焊前檢驗(yàn)涉及的面很廣，有很多細(xì)節(jié)問(wèn)題須關(guān)注，焊前準(zhǔn)備的好壞也是考驗(yàn)船廠建造水平的重要依據(jù)，只有處理好細(xì)節(jié)問(wèn)題，才能為船舶大型化提供有力的技術(shù)支撐。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)焊前檢驗(yàn)的要點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，并詳細(xì)闡述一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)，可為船舶制造生產(chǎn)提供規(guī)范化的指導(dǎo)，保證船舶的航行安全。

[1] 高云劍. 船舶建造技術(shù)水平評(píng)價(jià)方法研究[J]. 造船技術(shù),2014(5):4-8.

[2] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 34000-2016[S]. 2016.

[3] 國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：CB/T 4000-2005[S].2005.

[4] 中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2015.

[5] 朱旭志,郭靜. 船體結(jié)構(gòu)裝配中精度控制的幾個(gè)措施[J]. 廣船科技,2012(3):38-40.

[6] 田斌. 結(jié)構(gòu)建造監(jiān)控對(duì)關(guān)鍵位置控制的要求及實(shí)施工藝[J]. 廣船科技, 2014, 34(6):44-49.

[7] 李濤. 船體裝配關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2016(18):93-94.

[8] 陳元迪. 基于焊接工藝的船舶構(gòu)件焊接變形分析與控制[J]. 造船技術(shù),2014(3):38-41.