試論船舶焊接的缺陷及質(zhì)量管理

馬修倫

中國船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司青島分公司 山東 青島 266000

引言

國內(nèi)最早于20世紀(jì)初期開始研究船舶制造領(lǐng)域的實(shí)用焊接技術(shù),并以1920年的“英國遠(yuǎn)洋船”作為標(biāo)志,正式將船用焊接技術(shù)引入國門,這不僅意味著現(xiàn)代焊接技術(shù)已經(jīng)在造船工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,并且成功地將傳統(tǒng)手指關(guān)節(jié)技術(shù)轉(zhuǎn)變成機(jī)械關(guān)節(jié)技術(shù)。由于這種新型焊接技術(shù)的應(yīng)用,主要造船廠的運(yùn)行方式發(fā)生了重大變化,從“集成建造模式”到現(xiàn)代“分段生產(chǎn)模式”已發(fā)生了很大的變化。自20世紀(jì)40年代以來,造船焊接技術(shù)就已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的應(yīng)用階段,且隨著重力焊、氣保焊、埋弧焊等多類型高效焊接方法的出現(xiàn),該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)張。特別是在1950年代后期,船舶焊接技術(shù)的研究取得了全面進(jìn)展,不僅建立了以高效節(jié)能為特征的高效焊接技術(shù)體系,也使得原有氣電立焊與埋弧焊技術(shù)的應(yīng)用流程得到不斷完善。70年代起,國家開始大力扶持單面焊、CO2氣體保護(hù)焊等多項(xiàng)焊接技術(shù),且隨著焊接型機(jī)器人的問世,船舶焊接應(yīng)用技術(shù)也在逐漸趨于完善。

1 船舶焊接的缺陷

1.1 鋼船焊縫咬邊缺陷產(chǎn)生的原因、危害 造成咬邊的原因有焊接電流過大、焊條速度過快、引弧時(shí)間過長(zhǎng)或焊條角度不合適等。咬邊的危害主要表現(xiàn)為：減少鋼材接頭的工作截面、導(dǎo)致底切應(yīng)力集中、容易產(chǎn)生斷裂等。因此,在動(dòng)荷載作用下的重要構(gòu)件或結(jié)構(gòu)不允許倒切,否則倒切深度會(huì)受到限制。

1.2 氣孔缺陷 船舶焊接過程中,氣孔是比較常見的問題。氣孔分為兩種,即表面氣孔和內(nèi)部氣孔。如果出現(xiàn)氣孔問題,不僅會(huì)導(dǎo)致船舶的美觀性受到影響,還會(huì)導(dǎo)致船舶的整體強(qiáng)度和硬度降低。出現(xiàn)氣孔的原因如下：

1)氣體在焊接熔池中沒有被全部排出。

2)焊接時(shí)沒有采取合理的措施防風(fēng),導(dǎo)致空氣直接進(jìn)入熔池。

3)焊接材料在使用前沒有做好烘焙處理。

4)焊芯上存在雜質(zhì)。

5)焊接邊縫的清潔不到位,導(dǎo)致焊接中出現(xiàn)水和油漬等。

1.3 鋼船焊接裂紋缺陷 焊接裂紋包括熱裂紋和冷裂紋。在結(jié)晶過程中產(chǎn)生裂紋的焊接金屬從液體到固體狀態(tài)被稱為熱裂紋,焊后立即可見,主要發(fā)生在焊縫的中心,而且大部分的表面裂縫貫穿,顯示氧化顏色和裂紋尖端略圓。熱裂紋的原因是焊接熔池中的低熔點(diǎn)雜質(zhì)。由于低熔點(diǎn)雜質(zhì),最新的結(jié)晶固化,固化后的可塑性和強(qiáng)度都非常低。這些低熔點(diǎn)雜質(zhì)由于大的外部結(jié)構(gòu)的約束應(yīng)力和焊接金屬的凝固收縮而引起晶間裂紋。當(dāng)焊接零件和焊條中含有更多的硫和銅雜質(zhì)時(shí),很容易產(chǎn)生熱裂紋。焊接前必須預(yù)熱焊接位置,除去凝結(jié)在鋼板上的水分,并消除部分裝配應(yīng)力。焊縫在金屬冷卻或冷卻過程中,在熔合線的焊縫處,稱為冷裂紋。此類裂紋可能在焊接后立即出現(xiàn),或者在焊接后數(shù)小時(shí),數(shù)天甚至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。

2 船舶焊接的質(zhì)量管理措施

2.1 學(xué)習(xí)先進(jìn)的船舶焊接理論 就目前發(fā)展情況來看,國內(nèi)船舶焊接技術(shù)的應(yīng)用理論過于陳舊,很難在注重材料與焊接應(yīng)用能力使用的同時(shí),在型材韌度、硬度等方面不斷提升。此外,各項(xiàng)船舶用焊接產(chǎn)品的使用期限相對(duì)較短,不僅不能抵御海水等外界環(huán)境因素的侵害影響,也很難對(duì)船舶內(nèi)部主機(jī)進(jìn)行合理化保護(hù),特別是在惡劣的天氣環(huán)境下,由于船板焊接位置處存在著較大的焊縫結(jié)構(gòu),易導(dǎo)致水、空氣等物質(zhì)經(jīng)由此進(jìn)入船舶主機(jī)內(nèi)部,并對(duì)船體的正常航行狀態(tài)造成影響。因此,出于應(yīng)用安全性考慮,應(yīng)在保持現(xiàn)有船舶焊接技術(shù)水平的同時(shí),引進(jìn)并學(xué)習(xí)先進(jìn)的焊接材料選擇理論,一方面使得船舶表面的防護(hù)安全性得以有效保障,另一方面亦可避免不良航行行為事件的發(fā)生,實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶主機(jī)的合理化保護(hù)。

2.2 使用新的焊接工藝 在船舶制造業(yè)的焊接過程中,由于焊接材料存在單一性,難免會(huì)對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響。所以,在船舶的生產(chǎn)過程中不同企業(yè)的需求存在差異,對(duì)于造船的材料以及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)需求也會(huì)存在差異,使得船舶焊接朝著個(gè)性化與定制化的方向發(fā)展。目前,船舶制造模式已經(jīng)對(duì)焊接技術(shù)帶來了影響,所以需要格外重視焊接工藝的更新。我國有很多船廠都選擇先進(jìn)平面分段裝焊流水線的引入,同時(shí)配備了相應(yīng)的新設(shè)備與新工藝,能確保整體能夠朝著半自動(dòng)化和自動(dòng)化的方向發(fā)展,以此提高船舶焊接效率。此外,應(yīng)用立焊工藝技術(shù),滿足降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的要求,同時(shí)增強(qiáng)對(duì)于工人的培訓(xùn),實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接生產(chǎn)操作步驟的簡(jiǎn)化處理,確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2.3 使用耐腐蝕的船體材料 為了提高船體的耐腐蝕性,在船體結(jié)構(gòu)中應(yīng)采用性能良好,強(qiáng)度適當(dāng)?shù)暮附庸に?并應(yīng)選擇電化學(xué)性能相匹配的不同類型的鋼。同一艘船上使用的建筑材料應(yīng)使其腐蝕電位盡可能接近,以最大程度地減少對(duì)船體的電偶腐蝕的損害。船上的許多動(dòng)力系統(tǒng)、消防管和相關(guān)的冷卻水管網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常由于振動(dòng)或腐蝕而泄漏。如果管道中的流速比較快,可以采用銅鐵陽極的組合技術(shù)。如果管道中的流量很高,并且需要承受強(qiáng)烈的腐蝕,則可以選擇雙相不銹鋼管或鈦管。盡管鈦管的性能相當(dāng)優(yōu)越,但其價(jià)格卻極為昂貴。對(duì)于管道流量不高和對(duì)耐腐蝕性能不太高的要求,可以使用鍍鋅管或普通鋼管。

2.4 加強(qiáng)焊接檢驗(yàn) 焊接檢驗(yàn)作為焊接的最后工序,應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接之中存在的問題,采取針對(duì)性的措施進(jìn)行合理的改進(jìn)與調(diào)整,以此提高焊接質(zhì)量。在檢驗(yàn)過程中要對(duì)于坡口、間隙等有明確的分析,然后利用實(shí)際的工藝規(guī)定處理,這樣就可以推動(dòng)后續(xù)工作的有效實(shí)施。另外,要做好水壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)工作,避免日后出現(xiàn)滲透的情況,以此保證焊接氣密性與標(biāo)準(zhǔn)相互匹配。所以,針對(duì)船舶焊接質(zhì)量而言,需要從各個(gè)環(huán)節(jié)入手,進(jìn)行系統(tǒng)的、全面的焊接檢驗(yàn),有效規(guī)避焊接問題的發(fā)生。

3 結(jié)語

從實(shí)用性角度來看,船舶焊接技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為國內(nèi)各大船舶制造企業(yè)的核心發(fā)展方向,特別是在高效焊接材料的選擇與應(yīng)用方面,各大企業(yè)更是投入了極大的關(guān)注度,力求使企業(yè)自身的焊接處理技術(shù)達(dá)到理想化應(yīng)用水平。