船舶焊接技術的缺陷類型及其處理對策

(海裝駐上海地區(qū)第五軍事代表室，上海 200139)

0 引言

焊接是船舶建造中極其關鍵的一環(huán)，船體焊接占造船總工藝的30%～40%，對船舶整體質(zhì)量安全產(chǎn)生較大的影響。先進、高效的船舶焊接技術是確保船體強度和密封性能的前提，也是提高船舶建造質(zhì)量，實現(xiàn)節(jié)本增效的關鍵。在當前船舶建造過程中，船舶焊接技術存在的常見缺陷直接影響焊接質(zhì)量和船舶建造質(zhì)量，為此探究船舶船體建造中焊接缺陷的種類及其形成機理，同時提出相應的解決措施，從而將焊接缺陷消除或控制在規(guī)定范圍內(nèi)，對于確保船舶主體結構安全和船舶航行安全意義重大。

1 船舶焊接技術的缺陷類型與成因

在船舶建造中，焊接技術配置不合理會導致焊接缺陷的出現(xiàn)，焊接缺陷主要指的是焊接接頭缺乏完整性以及焊縫質(zhì)量與技術要求規(guī)定不相符，根據(jù)焊縫中缺陷位置的差異，可將焊接缺陷分為外部缺陷（暴露在焊縫外表面且肉眼能夠觀察到的缺陷）和內(nèi)部缺陷（焊縫內(nèi)部存在的缺陷）兩大類。本文對船舶焊接技術存在的常見缺陷種類與成因進行歸納與分析。

1.1 船舶焊接外部缺陷

（1）焊縫尺寸、形狀與焊縫質(zhì)量檢驗標準要求不一致。主要體現(xiàn)在：①焊件坡口角度有誤，焊接結構裝配間隙不均勻以及焊接電流與工藝要求不符合均會導致焊縫外觀尺寸與形狀的缺陷[1]。②焊接時運條不合理，擺動大小程度不一會導致焊縫過寬或過窄，而運條過快或過慢會使焊縫余高高低不平。③焊條同母材間的角度在焊接角焊縫工藝中不對，導致角焊縫焊偏向一側，造成應力分布不均勻，焊接結構強度降低。

（2）咬邊和飛濺。咬邊是指焊接人員在焊接時因操作不合理、運條速度過快或焊接電流、電壓過大，導致焊縫邊緣產(chǎn)生凹陷，抑或是在焊接角焊縫時因母材與焊條間的角度有誤，電弧長度過長也可造成咬邊，咬邊在一定程度上降低了焊接接頭的強度；飛濺是指焊接時電流過大，加之焊接人員操作不當，導致金屬溶液從焊縫熔池中逸出，濺射至焊道外，經(jīng)冷卻后形成密集殘渣呈球狀。飛濺對目視檢查造成嚴重影響，應及時清除。

（3）焊瘤和弧坑。焊瘤是由于焊工操作手法不嫻熟，焊接速度太慢，運條不均勻或焊接電流（電壓）過大，金屬溶液從熔池中流出，在焊縫表面固化為金屬瘤；焊瘤極易導致表面夾渣的形成，嚴重影響焊縫質(zhì)量。弧坑是指焊接完畢后因斷弧或收弧不合理，焊條（絲）從焊接區(qū)域過早脫離，焊縫終端出現(xiàn)凹陷坑?；】映梢蛟谟诤附与娏鬟^大或者焊接驟然中斷以致熄弧時間太短；弧坑的產(chǎn)生往往誘發(fā)氣孔和裂紋，嚴重降低焊縫結構強度。

1.2 船舶焊接內(nèi)部缺陷

1.2.1 夾渣和氣孔

夾渣是指焊縫內(nèi)部殘留的熔渣，未清理焊縫邊緣的熔渣、運條不當、焊接速度過快、焊接電流過小以及焊接材料質(zhì)量差，熔池中留存藥皮等均可導致夾渣的產(chǎn)生。夾渣對焊縫強度及其致密性造成極大的影響且常伴有裂紋形成，致使焊接接頭強度降低，因此夾渣是船舶焊縫表面不允許存在的缺陷，焊縫中存在夾渣需及時對該處碳弧氣刨后補焊；氣孔是指焊接時產(chǎn)生的氣體凝固在熔池中未逸出，進而形成空穴。外部氣孔可經(jīng)肉眼查驗，而內(nèi)部氣孔則需進行無損檢驗方可查出。氣孔成因包括焊件坡口內(nèi)殘留銹、水、油等雜質(zhì)，未清潔徹底，焊接時防風不當致使熔池中進入空氣，焊接速度過快以致熔池凝固時間過短或者焊條未按要求烘焙等，氣孔導致焊縫強度和金屬密度下降[2]。

1.2.2 裂紋

裂紋是指在焊接完成后焊縫內(nèi)外部出現(xiàn)的裂縫，焊接作業(yè)中的裂紋有熱裂紋（高溫裂縫）和冷裂紋之分，前者是以焊縫中心處多發(fā)，順著焊縫長度分布，其成因在于熔池存在低熔點雜質(zhì)，凝固后低強度的雜質(zhì)在外界強大應力的作用下被拉開，導致開裂；后者順著焊縫寬度和長度都有分布，其成因為熱循環(huán)作用于焊縫，熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織，且大量擴散氫蘊含在焊縫中，拘束應力施壓于焊接接頭，約束應力拉開焊縫產(chǎn)生裂紋。焊接裂紋是破壞船舶結構的源頭，焊接后發(fā)現(xiàn)裂紋要及時修補焊縫。

1.2.3 未焊透和未熔合

未焊透指的是焊縫根部在焊接時未完全熔透，未熔合指的是焊件和焊縫層間或和焊縫金屬未熔合在一起。二者成因在于焊件裝配間隙或坡口角度過小，焊接電流過小以及焊縫邊緣生銹、焊條直徑過長和運條速度過慢等；未焊透和未熔合的產(chǎn)生導致焊縫局部突變與間斷[3]，大幅度降低焊縫強度，嚴重時會有裂紋出現(xiàn)。

2 船舶焊接缺陷的處理對策

（1）船舶焊接缺陷的修補。焊接缺陷的存在極大程度上威脅船舶的安全航行，一旦發(fā)現(xiàn)焊接缺陷隱患要及時糾正和修補，針對焊縫的修補應注意：①嚴格按照焊接工藝規(guī)程實施修補且單個焊縫的焊接長度≧50mm。②缺陷的清除方法可采取碳弧氣刨與砂輪打磨，同時為保證缺陷徹底清除，需對焊縫中的缺陷清理后通過無損檢測技術實施檢測。③手工電弧焊或CO2氣體保護焊作為返修焊接方法時，需要合理控制預熱及層間溫度。④清除小而間斷的焊接缺陷可采取打磨的方法，確保缺陷和周圍光滑、平穩(wěn)地過渡，針對較大的焊接缺陷，在實施補焊修補時應先將焊縫中不合格部分清除（注意保護母材）后再進行。

（2）船舶焊接外部缺陷的預防措施。①嚴格遵循焊接工藝相關規(guī)程施工，對焊接結構裝配間隙、焊接速度、焊接電流大小以及焊件坡口角度進行合理控制和選用，尤其是注意角焊縫焊接工藝中母材和焊條間的角度、電弧長度，能夠有效預防焊縫尺寸不符合要求、咬邊與飛濺現(xiàn)象的出現(xiàn)。②提高焊工焊接操作技術的熟練程度，確保運條均勻，對熔池溫度和電流強度進行合理控制與選取，防止焊瘤的產(chǎn)生。③避免手工焊收弧時突然中斷且焊條以稍作停留為宜，能夠有效規(guī)避弧坑的形成。

（3）船舶焊接內(nèi)部缺陷的防控對策。①焊接電流（電壓）的選用應依據(jù)焊接工藝規(guī)程進行合理選擇，焊接速度避免過快，清理焊縫邊緣殘留的熔渣，特別是多層多道焊接工藝中要仔細清理各層焊渣，最大限度防止夾渣的產(chǎn)生。②焊接材料依規(guī)保管，嚴禁使用生銹或變質(zhì)的焊條，對坡口內(nèi)的銹跡、油污和水分進行清理，并且控制焊接速度，尤其是焊接薄板時要避免速度過快，從而預防氣孔產(chǎn)生。③焊接順序、方法和工藝參數(shù)應符合焊接工藝規(guī)程，最大限度減少焊接應力，建造船舶結構所需焊接材料要達標，以及焊后冷卻速度放緩，采取適當?shù)木徖浯胧┚煞乐垢邷亓芽p的產(chǎn)生。④嚴禁使用受潮焊條，盡量選用低氫型焊條，并且使用分段退焊法，最大限度降低焊接時的應力等工藝措施能夠預防冷裂紋的產(chǎn)生[4]。⑤按照焊接工藝規(guī)程對焊接電流、焊接速度進行合理的選取，確保運條擺動適當，嚴格清除坡口表面污漬，避免未焊透和未熔合的發(fā)生。

3 結語

（1）在當代船舶建造中，焊接技術發(fā)揮的作用極為重要，船舶焊接技術的應用發(fā)展在降低船舶建造成本，提高船舶建造效率和質(zhì)量的同時，難免存在一些缺陷問題導致船舶的使用安全性受到影響，總結了船舶焊接技術缺陷種類和形成機理，并提出針對性的防控措施，旨在為相關行業(yè)人員提供有益參考和借鑒。

（2）焊接接縫缺陷是誘發(fā)船舶斷脆事故的關鍵因素，為確保船舶船體建造中焊接結構質(zhì)量，強化焊縫無損檢測極其重要，隨著國內(nèi)船舶工業(yè)的蓬勃發(fā)展，焊接檢測技術越來越受人們的關注，且諸多研究成果已在生產(chǎn)實踐中成功應用。譬如通過模糊聚類法、S-T非線性灰度變法和基于形態(tài)學的濾波方法確定焊縫缺陷的位置，基于特征參數(shù)、空間對比度與空間方差以及曲線擬合等方法進行焊縫缺陷特征提取，采取神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機和k-近鄰分類器等方法進行焊接缺陷分類識別。當前，有諸多方法應用于焊接缺陷檢測，而可達到應用水平的方法有限，有待進一步深入研究。

（3）船舶焊接技術缺陷的檢測和識別作為一門復雜綜合學科，對其研究、探討離不開大量人力、物力的投入，而隨著先進焊接技術的不斷推動，船舶焊接技術勢必會創(chuàng)新發(fā)展。