維修過程中船體外板焊縫開裂解析

張國華

摘 要：改革開放至今，已經(jīng)走過了四十多個(gè)春秋，我們國家的發(fā)展可以用“日新月異”和“突飛猛進(jìn)”八個(gè)字來形容，尤其是在新形勢的大背景之下，越來越多的行業(yè)獲得了長足的發(fā)展， 其中最具代表性的當(dāng)屬船舶運(yùn)輸行業(yè)。當(dāng)船舶在進(jìn)行運(yùn)輸?shù)倪^程當(dāng)中，因?yàn)殚L時(shí)間的使用，極易會(huì)出現(xiàn)某些問題，例如：船體外板焊縫開裂問題，所以在船舶修造的過程當(dāng)中，為了確保出現(xiàn)的問題不會(huì)對(duì)于船舶的正常使用造成極大的影響，就需要對(duì)于船體外板焊縫開放的主要原因進(jìn)行細(xì)致的分析和研究，之后制定出與之相對(duì)應(yīng)的解決方法與策略，以此來大幅度的提升船體結(jié)構(gòu)焊縫的總體質(zhì)量，保證船舶正常的使用和展開相關(guān)的運(yùn)輸工作。因此，本篇文章主要對(duì)于維修過程當(dāng)中的船體外板焊縫開展工作進(jìn)行認(rèn)真的分析和研究，以做參考。

關(guān)鍵詞：維修過程當(dāng)中;船體外板;焊縫開裂

中圖分類號(hào)：U672 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

當(dāng)船舶在使用的過程當(dāng)中，都會(huì)由專業(yè)的工作人員對(duì)于船體的各個(gè)部分進(jìn)行認(rèn)真的檢查，在正常情況之下，對(duì)于船體需要進(jìn)行分階段的檢查以及維修，如果當(dāng)工作人員在檢查的過程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)了焊接方面的問題，就需要對(duì)于船體外板以及肋骨、肋板等各方面全部進(jìn)行檢查，尤其是需要對(duì)于焊縫問題加大檢查的力度，并且查找之所以出現(xiàn)問題的主要原因，確保焊接的總體質(zhì)量，大幅度的提升焊縫的合格率?；诖耍疚南旅嬷饕獙?duì)于維修過程當(dāng)中船體外板焊縫開裂進(jìn)行進(jìn)一步的分析與研究。

1 維修過程當(dāng)中船體外板焊縫開裂的原因

1.1 案例分析

當(dāng)船廠在對(duì)船體外板分段進(jìn)行焊接的過程當(dāng)中，如果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了焊縫開裂等問題，并且其中有一條裂縫，將船體外板的一塊板全部的貫穿，長度為300 mm，通過細(xì)致的分析和研究之后，發(fā)現(xiàn)船體外面所運(yùn)用的材質(zhì)為鋼板，等級(jí)為A級(jí)，這種材質(zhì)的鋼材只有在溫度零下5℃時(shí)，才需要實(shí)行焊接前的預(yù)熱工作。

1.2 焊縫開裂原理分析

專業(yè)的工作人員在對(duì)船體外板焊縫開裂的主要原因與問題進(jìn)行細(xì)致的分析和研究，發(fā)現(xiàn)船體外板所運(yùn)用的鋼材，都具有韌性強(qiáng)、塑性好等特點(diǎn)，而且船體外鋼板的碳當(dāng)量是0.36%，種種的內(nèi)容與數(shù)據(jù)都表明，此鋼材的焊接性能是極高的。專業(yè)的工作人員運(yùn)用焊縫內(nèi)部無線探傷檢測，發(fā)現(xiàn)有大量的焊接缺陷的存在，這樣的情況，僅僅是導(dǎo)致船體外板焊縫開裂問題出現(xiàn)的主要原因之一，并不代表著全部。船體外板分段的其他兩條外板焊縫并沒有根據(jù)科學(xué)的焊接方法來進(jìn)行相關(guān)的焊接工作，所以呈現(xiàn)出了一個(gè)“丁”字型的焊縫，造成焊接接頭部分出現(xiàn)了約束應(yīng)力，這同樣也是導(dǎo)致船體為了焊接開裂的另一個(gè)原因。通過種種內(nèi)容可以看出，出現(xiàn)的“丁”字型焊縫是導(dǎo)致船體外板出現(xiàn)裂紋的主要原因之一。在產(chǎn)生焊接應(yīng)力的基礎(chǔ)之上，船體外面運(yùn)用鋼材的韌性都處在了正常的狀態(tài)當(dāng)中，焊接裂紋蔓延的長度為230 mm，之后損害就此停止。之所以船體外板發(fā)生了焊縫開裂等問題，與專業(yè)工作人員在日常的工作當(dāng)中出現(xiàn)了敷衍、馬虎的工作心理與態(tài)度，技術(shù)操作與處理不到位等問題都有著緊密的聯(lián)系和關(guān)系。

1.3 解決問題的方法與策略

需要由作業(yè)的工作人員來進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)的焊接工作，還要將所有的準(zhǔn)備工作做到充足而完備，切實(shí)做好船體外板較平和焊縫加“馬板”的處理，同時(shí)還要做好船體外板焊縫表面的清潔工作，保證船體外板不會(huì)有任何的臟污出現(xiàn)，而且打磨工作也同樣重要，爭取將所有的工作做到完美，才能夠?yàn)楹笃诘暮附庸ぷ鞔蛳聢?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，在正式對(duì)于船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接的過程當(dāng)中，還需要對(duì)于焊接的具體情況、焊接的實(shí)際要求等各方面內(nèi)容，進(jìn)行全面的掌握與了解，對(duì)于焊縫當(dāng)中所有的缺陷問題等各項(xiàng)內(nèi)容全部的清除與解決。如果發(fā)現(xiàn)工作環(huán)境當(dāng)中的風(fēng)速非常的大，則需要運(yùn)用高效的方法進(jìn)行擋風(fēng)，嚴(yán)格按照船級(jí)社規(guī)范當(dāng)中的相關(guān)規(guī)定，制定出健全、完善的焊接工藝和操作的流程，保證在進(jìn)行焊接的過程當(dāng)中，不會(huì)出現(xiàn)焊渣分離等問題。但此種方法還有一個(gè)小小的缺點(diǎn)，那就是在新、舊船舶船體外板面上，會(huì)有許多的附加焊縫出現(xiàn)，對(duì)船體外板有著一定影響的作用，并且這種影響是不利的，尤其是當(dāng)相關(guān)工作人員在對(duì)船體進(jìn)行修理的過程當(dāng)中，常常因?yàn)榄h(huán)境的特殊，對(duì)于此種方法的運(yùn)用會(huì)產(chǎn)生極大的影響和束縛。

2 案例

某船廠在對(duì)船舶外板進(jìn)行維修更換的過程當(dāng)中，外板對(duì)接焊縫運(yùn)用的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊來進(jìn)行專業(yè)焊接工作的，當(dāng)外板對(duì)接焊縫焊接工作完畢之后，而且焊接頭出現(xiàn)了裂紋問題，裂紋以垂直的方式在焊道當(dāng)中，沿著板材的軋制方向向一側(cè)母材慢慢的擴(kuò)展，長度為200 mm左右，為了找到之所以出現(xiàn)清裂紋的主要原因，經(jīng)過工作人員將帶有焊接裂縫的鋼材進(jìn)行了專業(yè)的檢測和認(rèn)真的分析，并運(yùn)用母材焊接線能量估算、微觀組織等等專業(yè)的方法，而且對(duì)其焊接工藝的條件、母材組織的性能等各方面都進(jìn)行深入的分析與研[1]。

通過對(duì)于相關(guān)資料進(jìn)行認(rèn)真的分析和查找，發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度鋼焊接產(chǎn)生裂紋90%都屬于冷裂紋范圍。在具體操作的過程當(dāng)中，產(chǎn)生開裂的原因有很多種，需要對(duì)于裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行細(xì)致的分析和研究，之后運(yùn)用分析與實(shí)驗(yàn)的方法，找到鋼板焊接當(dāng)中存在的極有可能導(dǎo)致裂紋的影響因素[2]。

2.1 氫的影響

當(dāng)工作人員在比較潮濕的環(huán)境當(dāng)中展開焊接的工作，如果工作人員的工作能力良莠不齊的話，在控制的過程當(dāng)中出現(xiàn)不當(dāng)問題，就會(huì)造成焊縫當(dāng)中吸入大量的氫，如果并未對(duì)于工件的表面進(jìn)行全面、科學(xué)的處理，導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)許多的臟污和鐵銹，那么也極易會(huì)造成接頭出現(xiàn)增加氫等問題[3]。當(dāng)工作人員在實(shí)際操作的過程當(dāng)中，因?yàn)殡娀〉母邷刈饔?，氫就被分解成為了兩種狀態(tài)，即原子和離子狀態(tài)，并且?guī)缀跤幸淮蟛糠值男袆?dòng)溶解在了焊接熔池當(dāng)中，之后以最快的速度進(jìn)行冷卻，讓氫沒有這么多的時(shí)間進(jìn)行溢出或者是隱藏在了焊縫金屬當(dāng)中，并慢慢的向著焊接熱影響區(qū)發(fā)展，在應(yīng)力非常集中或者是需要中等有塑性應(yīng)變的部位當(dāng)中，慢慢的匯集，之后產(chǎn)生集中作用，引起擴(kuò)散氫的集結(jié)，這時(shí)通過認(rèn)真的觀察之后發(fā)現(xiàn)，開裂部分的氫濃度比原始的氫濃度要大很多。通過對(duì)于現(xiàn)場所呈現(xiàn)出來的焊接情況和焊接的順序進(jìn)行細(xì)致的分析和研究，判斷構(gòu)件的剛性是非常強(qiáng)的，并且船體外板焊接前經(jīng)過了水火彎板專業(yè)處理，其中的內(nèi)部都有著很大的內(nèi)應(yīng)力[4]。在具體的操作過程當(dāng)中，如果運(yùn)用強(qiáng)行裝配的方法，極有可能導(dǎo)致局部應(yīng)力的集中，就是其中的母材就會(huì)有一定的問題出現(xiàn)，在光鏡下對(duì)于裂紋的外貌進(jìn)行細(xì)致的觀察，就會(huì)發(fā)現(xiàn)裂紋旁邊有許多的雜物出現(xiàn)，而且裂紋還多還會(huì)有許多的小氣孔，氣孔最大的直徑竟達(dá)到了1 mm氣孔的出現(xiàn)對(duì)于金屬的連續(xù)性產(chǎn)生了影響，還對(duì)于金屬的效截面積產(chǎn)生了削弱作用，非常容易導(dǎo)致應(yīng)力集中問題的出現(xiàn)，幫助裂紋慢慢的增大[5]。

2.2 鋼裂紋分析

通過鋼裂紋分析表明，裂紋的出現(xiàn)應(yīng)該源于焊接接頭的熱影響區(qū)域，慢慢的向著母材所擴(kuò)展，此裂紋應(yīng)定義為焊接冷裂紋。通過斷口分析則表明，斷裂具有節(jié)理特點(diǎn)，裂紋擴(kuò)展主要是將穿晶作為了重點(diǎn)，沿晶為輔助。

2.3 宏觀與微觀

通過站在的微觀和宏觀的角度來進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)母材當(dāng)中有著數(shù)量很多的MnS等雜質(zhì)，而且在鋼鐵表面當(dāng)中有著許多橢圓形形狀的小氣孔，所以母材的固有問題都極有可能會(huì)成為裂紋出現(xiàn)的主要原因之一[6]。

2.4 船體外板接頭受影響應(yīng)力偏大

不單單因?yàn)榇w外板焊接接頭的受約束性非常的大，而且在潮濕的環(huán)境當(dāng)中展開相關(guān)的焊接工作，無論是焊縫還是熱影響區(qū)域當(dāng)中都極有可能會(huì)增加氫傾向，所以這些內(nèi)容都是引發(fā)裂紋出現(xiàn)的主要原因之一。對(duì)于母材化學(xué)成分和力學(xué)性能再次檢驗(yàn)則表明，錳元素的含量越低的話，就會(huì)造成錳元素的強(qiáng)化作用減弱，同樣也是導(dǎo)致強(qiáng)度值下降的主要因素之一[7]。

3 結(jié)論

通過認(rèn)真的分析和研究，可以得出以下的結(jié)論，其一：在對(duì)船板進(jìn)行焊接的過程當(dāng)中，如果出現(xiàn)焊接裂縫問題，可以將冷裂紋的可能性全面的排除，但是不能將熱裂紋的可能性排除。其二：為了確定是否出現(xiàn)了焊接熱裂紋，需要對(duì)于焊縫的質(zhì)量等各方面加強(qiáng)關(guān)注與重視。并且進(jìn)行焊縫金屬化學(xué)成分的專業(yè)檢測。其三：在船體外板焊接的過程當(dāng)中，焊接殘余應(yīng)力非常大，再加上焊縫背面開槽，會(huì)引發(fā)焊縫金屬的有效承載面積下降等問題。其四：通過對(duì)于焊縫開裂的主要原因進(jìn)行細(xì)致的分析和研究，提出了分段式的焊接工藝，并將開槽過程當(dāng)中焊縫金屬承受的荷載問題妥善的解決[8]。

綜上所述，通過對(duì)于船體維修過程當(dāng)中外板焊縫開裂情況進(jìn)行細(xì)致的分析和研究，之后站在了焊接工藝、斷裂特點(diǎn)等角度，對(duì)于船體外板產(chǎn)生裂紋的主要原因進(jìn)行了細(xì)致的分析和研究，發(fā)現(xiàn)母材當(dāng)中的雜物聚集、氫的影響等各方面都極易會(huì)導(dǎo)致船體外板出現(xiàn)裂紋問題。

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