船舶焊縫缺陷別及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)方法

張順珠

摘要：全面闡述了船舶焊接缺陷類別及其產(chǎn)生的原因和防止措施，介紹船舶焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：船舶;焊接缺陷;焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

1 前言

產(chǎn)品的質(zhì)量是企業(yè)的生命，良好的船舶建造質(zhì)量是保證船舶安全航行與作業(yè)的重要條件。船體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求焊縫保證一定的強(qiáng)度，能承受強(qiáng)風(fēng)浪的沖擊，如果焊接接頭存在嚴(yán)重的焊接缺陷，在惡劣的環(huán)境下，就有可能造成部分結(jié)構(gòu)斷裂，甚至引起斷船沉沒(méi)的重大事故。據(jù)對(duì)船舶脆斷事故調(diào)查表明40%的脆斷事故是從焊縫缺陷處開(kāi)始的。大多數(shù)民營(yíng)企的船廠，在造船質(zhì)量方面存在的主要問(wèn)題就是焊縫質(zhì)量的缺陷，因此，焊接質(zhì)量檢驗(yàn)尤為重要，做到及早發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，對(duì)焊接接頭的質(zhì)量做出客觀的評(píng)價(jià)，把焊接缺陷限制在一定的范圍內(nèi)，以確保船舶航行安全和水上人命財(cái)產(chǎn)安全。

2 焊接缺陷

焊接缺陷的種類較多，按其在焊縫中的位置不同，可分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷。常見(jiàn)的焊接外部缺陷有：焊縫外形尺寸和形狀不符合要求、咬邊、焊瘤、弧坑、表面氣孔、表面夾渣及焊接裂紋等。內(nèi)部缺陷有：氣孔、夾渣、焊接裂紋、未焊透等。在船舶建造過(guò)程中，影響焊接質(zhì)量的因素很多，如鋼材和焊條質(zhì)量，坡口加工和裝配精度，坡口表面清理狀況及焊接設(shè)備、工藝參數(shù)、工藝規(guī)程、焊接技術(shù)、天氣狀況等等。任何一個(gè)環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，都會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，影響焊縫質(zhì)量。應(yīng)要求焊工了解各類焊接缺陷產(chǎn)生的原因及防止措施。

2.1 焊縫外形尺寸和形狀

焊縫外表高低不平，焊波寬窄不齊，成形粗劣，焊縫外形尺寸過(guò)大等，均屬焊縫外形尺寸或形狀不符合要求，產(chǎn)生的原因主要是焊件坡口角度不對(duì)，裝配間隙不均，焊接電流過(guò)大或過(guò)小，運(yùn)條速度和角度不當(dāng)?shù)?。防止措施是改善上述不足，尤其是填角焊更要?jīng)常注意焊條與母材的角度，以保證焊縫成形均勻一致。

2.2 咬邊

由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)，或操作工藝不正確，使焊縫邊緣留下的凹陷，稱為咬邊。咬邊會(huì)減小母材的工作截面，并可能在咬邊處造成應(yīng)力集中。船體的重要結(jié)構(gòu)和船用高壓容器、管道等，均不允許存在咬邊。產(chǎn)生咬邊的原因有焊接電流太大，運(yùn)條速度過(guò)快或手法不穩(wěn)，在填角焊時(shí)，造成咬邊的主要原因是運(yùn)條角度不準(zhǔn)電弧拉得太長(zhǎng)。防止產(chǎn)生咬邊的措施是選擇合適的焊接電流和運(yùn)條手法，填角焊應(yīng)隨時(shí)注意控制焊條角度和電弧長(zhǎng)度。

2.3 焊瘤

在焊接過(guò)程中，熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上所形成的金屬流。常出現(xiàn)在立、橫、仰焊焊縫表面，或無(wú)襯墊單面焊雙面成形焊縫背面。焊縫表面存在焊瘤會(huì)影響美觀。易造成表面夾渣，產(chǎn)生焊瘤的主要原因是運(yùn)條不均，操作不夠熟練，造成熔池溫度過(guò)高液態(tài)金屬凝固緩慢下墜，因而在焊縫表面形成金屬瘤。立、仰焊時(shí)，采用過(guò)大的焊接電流和弧長(zhǎng)，也有可能出現(xiàn)焊瘤。防止產(chǎn)生焊瘤的主要措施是掌握熟練的操作技術(shù)，嚴(yán)格控制熔池溫度，立、仰焊時(shí)，焊接電流應(yīng)比平焊小10%～15%，使用堿性焊條時(shí)，應(yīng)采用短弧焊接，保持均勻運(yùn)條。

2.4 弧坑

弧焊時(shí)由于斷弧或收弧不當(dāng)，在焊道末端形成的低洼部分稱為弧坑。由于弧坑低于焊道表面，且弧坑中常伴有裂紋和氣孔等缺陷，因而該處焊縫嚴(yán)重削弱。產(chǎn)生弧坑的原因是熄弧時(shí)間過(guò)短，或焊接突然中斷，焊接薄板時(shí)電流過(guò)大。防止產(chǎn)生弧坑的主要措施是在手工焊收弧時(shí)，焊條應(yīng)作短時(shí)間停留或作幾次環(huán)形運(yùn)條。

2.5 氣孔

焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而形成空穴。由于氣孔的存在，焊縫的有效截面減小，過(guò)大的氣孔會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度，破壞焊縫金屬的致密性。產(chǎn)生氣孔的主要原因是坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡，焊條或焊劑未按規(guī)定進(jìn)行烘焙，焊芯銹蝕或藥皮變質(zhì)、剝落等。防止產(chǎn)生氣孔的主要措施有選擇合適的焊接電流和焊接速度，認(rèn)真清理坡口邊緣水份、油污和銹跡，嚴(yán)格按規(guī)定保管、清理和烘焙焊接材料，不使用變質(zhì)的焊條，當(dāng)發(fā)現(xiàn)焊條藥皮變質(zhì)、剝落或焊芯銹蝕時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制使用范圍。

2.6 夾渣

焊后殘留在焊縫中的熔渣和氣孔一樣，由于夾渣的存在，焊縫的有效截面減小，過(guò)大的夾渣也會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度和致密性。產(chǎn)生夾渣的主要原因是焊件邊緣有氧割或碳弧氣刨熔渣，坡口角度或焊接電流太小，或焊接速度過(guò)快。在使用酸性焊條時(shí)，由于電流小或運(yùn)條不當(dāng)形成糊渣。使用堿性焊條時(shí)，由于電弧過(guò)長(zhǎng)或極性不正確也會(huì)造成夾渣。防止產(chǎn)生夾渣的主要措施是正確選擇坡口尺寸，認(rèn)真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)，多層焊時(shí)，仔細(xì)觀察坡口兩側(cè)熔化情況，每一層都要認(rèn)真清理焊渣。

2.7 未焊透、未熔合

焊接過(guò)程中，接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象稱為未焊透，還有一種未熔合的情況，即在焊接過(guò)程中，由于焊接電流過(guò)大，焊條熔化過(guò)快，一旦操作不當(dāng)，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，未焊透是一種比較危險(xiǎn)的缺陷，焊縫出現(xiàn)間斷或突變部位，焊縫強(qiáng)度大大降低，甚至引起裂紋，因此，船體重要結(jié)構(gòu)均不允許存在未焊透，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)予鏟除重新修補(bǔ)。產(chǎn)生未焊透的主要原因是焊件裝配間隙或坡口角度太小，焊件邊緣有較厚的銹蝕，焊條直徑太大，電流太小，運(yùn)條速度過(guò)慢以及電弧太長(zhǎng)，極性不正確等等。防止產(chǎn)生未焊透的措施有合理選用焊接電流和速度，正確選取坡口尺寸，封底焊清根要徹底，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)，密切注意坡口兩側(cè)的熔化情況。

2.8 焊接裂紋

它是船舶建造過(guò)程中，各類裂紋的總稱，在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成新界面產(chǎn)生的裂縫，通常分為熱裂縫和冷裂縫。熱裂縫是指在焊接過(guò)程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋，又稱高溫裂縫，其特點(diǎn)是焊后立即可見(jiàn)，且多發(fā)生在焊縫中心，沿焊縫長(zhǎng)度方向分布，產(chǎn)生熱裂縫的主要原因是焊接熔池中存在有低熔點(diǎn)雜質(zhì)，由于雜質(zhì)熔點(diǎn)低，結(jié)晶凝固最晚，而且凝固以后的塑性和強(qiáng)度又極低，因此當(dāng)外界結(jié)構(gòu)拘束力足夠大時(shí)，由于焊縫金屬的凝固收縮以及不均勻的加熱和冷卻作用，熔池中的低熔點(diǎn)雜質(zhì)或在凝固的過(guò)程中就被拉開(kāi)，或凝后不久被拉開(kāi)，造成晶間開(kāi)裂，即熱裂縫。防止產(chǎn)生熱裂縫的主要措施是認(rèn)真把好材料關(guān)，凡用于建造船舶結(jié)構(gòu)的鋼材和焊接材料，都必須有驗(yàn)船部門的認(rèn)可證書(shū)，嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，減慢冷卻速度，遵守工藝規(guī)格，適當(dāng)提高焊縫形狀系數(shù)，盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產(chǎn)生裂縫，認(rèn)真執(zhí)行工藝規(guī)程，選取合理的焊接程序，以減少焊接應(yīng)力。冷裂縫一般指焊接接頭冷卻到較低溫度時(shí)所產(chǎn)生的裂縫。這類焊縫可能焊后立即出現(xiàn)，也可能延遲幾小時(shí)，幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間，焊縫和熱影響區(qū)均可能產(chǎn)生冷裂縫。主要原因是在焊接熱循環(huán)作用下，熱影響區(qū)生成了淬硬組織，焊縫中存在過(guò)量的擴(kuò)散氫，且具有濃集的條件，接頭承受有較大的拘束應(yīng)力。防止產(chǎn)生冷裂縫的主要措施是選用低氫型焊條，減少焊縫中擴(kuò)散氫的含量，嚴(yán)格遵守焊接材料的保管、烘焙、使用制度，謹(jǐn)防受潮，仔細(xì)清理坡口邊緣的油污、水份和銹跡，減少氫的來(lái)源，采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等等，減小焊接應(yīng)力。焊接裂紋是接頭中最危險(xiǎn)的一種焊接缺陷，結(jié)構(gòu)破壞多從裂縫處開(kāi)始，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)查明原因，徹底清除，然后給予修補(bǔ)。

3 檢驗(yàn)方法

焊縫缺陷的存在，嚴(yán)重影響著船體的強(qiáng)度和密蔽性，因此利用不同方法對(duì)船舶焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)，是保證船體建造質(zhì)量的主要措施。焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)方法，一般分無(wú)損檢驗(yàn)和破壞檢驗(yàn)兩大類，采用何種方法，主要根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求和有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。無(wú)損檢驗(yàn)方法常見(jiàn)的有外觀檢查，密性試驗(yàn)和無(wú)損探傷等。外觀檢查是一種常用的簡(jiǎn)便質(zhì)量檢驗(yàn)方法，能夠發(fā)現(xiàn)焊縫表面咬邊、氣孔、夾渣、焊接裂紋、弧坑、焊瘤，以及焊縫的外形尺寸和形狀不符合要求等外部缺陷。密性試驗(yàn)是一種檢驗(yàn)船體致密性的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)可根據(jù)船體結(jié)構(gòu)不同的部分，分別采取灌水、充氣、沖水、真空或煤油試驗(yàn)等方法。無(wú)損探傷分滲透檢驗(yàn)，磁粉探傷，超聲波探傷和射線照相探傷。破壞檢驗(yàn)方法是用機(jī)械方法在焊接接頭（或焊縫）上截取一部分金屬，加工成規(guī)定的形狀和尺寸，然后在專門的設(shè)備和儀器上進(jìn)行破壞試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以了解焊接接頭性能及內(nèi)部缺陷情況，判斷焊接工藝正確與否，經(jīng)檢驗(yàn)船體結(jié)構(gòu)焊縫超過(guò)質(zhì)量允許限值時(shí)，應(yīng)首先查明產(chǎn)生缺陷的原因，確定缺陷在工件上的部位，在確認(rèn)允許修補(bǔ)時(shí)，再按規(guī)定對(duì)焊縫進(jìn)行修正。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中總結(jié)了船舶焊縫常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷和防止措施，并介紹了常用的焊縫檢驗(yàn)方法，可供同行們參考。