提高肋板拉入法分段角焊縫充氣試驗成功率的研究

孫冰妍 于功志

（大連海洋大學，遼寧大連116023；2.大連海洋大學，遼寧大連116023）

按照船級社的要求，各類液艙都需要進行密性試驗，在充氣試驗前，水密焊縫的表面不得涂漆，而艙室中的水密角焊縫數(shù)量巨大。國內船廠通常在分段涂裝時，先將包括角焊縫在內的各類需進行充氣試驗的焊縫用膠帶覆蓋，在大合攏工作完成后對液艙進行密性試驗，然后去除膠帶對焊縫表面噴涂油漆。這種施工步驟使得油漆涂裝工作要分兩步完成，大大影響了船舶的建造周期，尤其是船塢內的大合攏周期。在船體分段制作階段進行角焊縫充氣試驗的目地，就是要在分段整體涂裝前，完成對水密艙壁角焊縫的滲漏檢查。

1 研究背景

目前國內船企在大型船舶平直分段建造過程中，多采用肋板拉入工法進行肋板框架的裝配，代替了傳統(tǒng)的插入法裝配，取消了大型的過梁孔補板加強，減輕了船體重量及裝焊工作量，但是與此同時也對船體建造各道工序的工藝管理及精度控制都提出更高要求。

水密角焊縫充氣試驗也是一種較為先進的工藝，起源于日本船廠，特點是在分段建造階段就著手對水密焊縫進行密性試驗，目前國內船企普遍采用了這種密性試驗方式，因其能夠很大程度上減少分段涂裝破損面積，滿足PSPC的要求，提高生產(chǎn)效率。水密角焊縫充氣試驗和肋板拉入法這兩種先進的工藝工法如何完美的融合，如何提高充氣試驗的成功率是本文研究的重點。

2 存在的問題

2.1 肋板拉入法

就是將船體分段上帶有縱骨梁孔的肋板在外力作用下沿著骨材長度方向拉入已經(jīng)安裝完縱骨的分段板架中，為保證肋板拉入的通暢，對接縫處必須要打磨光滑[1]。采用肋板拉入法的優(yōu)點很多：加大結構強度，減少裝配與焊接工作量，簡化工序，降低船體結構重量，提高了鋼材的利用率和分段制作效率以及縮短生產(chǎn)周期等，本文在這里不加以贅述。

2.2 角焊縫充氣試驗

水密角焊縫充氣試驗的原理并不復雜，就是利用在非全焊透的雙面連續(xù)角焊縫內形成的連續(xù)空腔，將壓縮空氣注入兩側角焊縫之間的間隙里，并保持一定壓力，使氣道內空腔與焊縫外面形成壓差，再將檢測液（通常是肥皂水）噴灑在焊縫表面，如果焊縫存在氣孔或裂紋，壓縮空氣就會溢出從而在缺陷處形成肥皂泡，目測發(fā)現(xiàn)缺陷，并予以修補[2]。

2.3 水密角焊縫充氣的標準操作規(guī)程

角焊縫充氣試驗所需要的設備主要有壓力表、空氣注入貼片、壓力表連接貼片、連接軟管和用于噴灑肥皂水的便攜式設備（見圖1）。角焊縫充氣試驗的基本步驟如下：

圖1 角焊縫氣密試驗所需要的主要設備

（1）將壓力表通過軟管連接到肋板框架的充氣貼片上；

（2）壓縮空氣軟管連接到空氣注入貼片，角焊縫內被充入壓縮氣體，壓力值控制在0.02Mpa；

（3）當壓力表的顯示壓力穩(wěn)定后，使用便攜式設備在角焊縫表面噴灑肥皂水；

（4）檢查焊縫表面是否有滲漏點；

（5）對發(fā)現(xiàn)的缺陷進行修補；如在充氣試驗時發(fā)現(xiàn)滲漏冒泡，應按照下述要求進行修補：對一般的氣孔可以直接進行焊接修補；如冒泡處的焊縫缺陷是裂紋，則用小口徑碳弧氣刨或砂輪徹底清出缺陷，再焊接修補并打磨處理；修補完成后需重新進行角焊縫的充氣試驗。

（6）按照上述程序修補后，需再次進行充氣試驗；

（7）全部檢查完成后，做記錄。

2.4 現(xiàn)場生產(chǎn)中存在的一些問題

水密角焊縫氣密試驗是一種新工藝，能夠提高分段的完整性，減少后續(xù)涂裝工作的施工難度，因此這種新工藝值得大力推廣，但是因為任何事物均有其兩面性，有利就有弊，所以重點是船企應該結合自身實際情況，循序漸進地積累經(jīng)驗并建立持續(xù)改進的機制，經(jīng)過調研我們發(fā)現(xiàn)由于船廠的現(xiàn)場管理水平參差不齊，一些船企多多少少都遇到了一些困擾出現(xiàn)了諸多問題：

采用肋板拉入法分段的充氣成功率很低。

水密補板的位置結構形式復雜，焊接連續(xù)性差，造成充氣試驗困難；

水密焊縫充氣后焊縫內部空氣壓力有，但氣壓比較小，以至氣壓表無法達到要求值；

充氣試驗不能通過的情況一旦出現(xiàn)，肉眼外觀不可見，無法找到堵塞點。

施工人員為充氣試驗成功避免處罰，違反工藝紀律，例如在水密肋板斷面打磨出凹槽，在邊緣氣割出坡口或在焊縫中間塞焊條制造間隙，這些違規(guī)做法將直接影響船體結構的強度，對船舶航行造成巨大的安全隱患。

對于上道工序部件制作的精度提出更高要求，從而延長了工期增加了制造成本。

3 控制方案研究

為了解決上述存在的問題，需要研究出一套科學合理的控制方案，達到提高肋板拉入法分段水密焊縫充氣試驗成功率的目的。肋板拉入法分段的結構形式是數(shù)根“T型材”縱骨連續(xù)穿過水密肋板，“T型材”縱骨的面板處采用貼裝的水密補板，其焊縫內部的空間是相通的，在焊縫的中間安裝空氣注入片，兩側安裝壓力表連接片。對水密艙壁的角焊縫進行試驗時，充氣口與出氣口需要設置在貼板上，高壓空氣通過貼板和母材的縫隙順利進入待檢驗的角焊縫中，壓力表連接部件通過軟管連通壓力表，連接軟管一端與進氣口有效連接，另一端與空氣減壓閥門連接后與高壓風帶連接；空氣減壓閥門能從8kg/cm2減壓到0.2～0.5kg/cm2范圍；一般將試驗時的壓力控制在0.02Mpa。然后將肥皂水噴灑在焊縫表面，檢查焊縫表面是否存在滲漏部位。

經(jīng)過分析問題產(chǎn)生的根源是肋板拉入法獨有的工藝方法和特殊結構設計形式造成的，解決問題的重點之一是肋板與底板之間，水密肋板框架和T型材（丁字鐵）的腹板之間，水密肋板框架和梁孔補板之間，補板和T型材（丁字鐵）面板之間，這一系列結構相互之間的間隙如何控制。重點之二是避免發(fā)生局部焊透現(xiàn)象，而造成壓縮空氣不能通過，堵塞的位置用肉眼從外觀上不可見。重點之三是針對水密補板特殊的設計形式需要制定方案。

（1）水密補板預先貼裝在肋板框架的過梁孔上或提前安裝肋板拉入順序套在T型材上。

（2）在采用肋板拉入法裝配時，必須嚴格保證T型材與肋板或框架的角焊縫間隙，并控制在2--3mm內。

（3）所有可以采用角焊縫充氣試驗的角焊縫在焊接施工時，必須使焊縫兩端焊接完整，尤其是合攏口的范圍要進行包角焊接。

（4）充氣貼板需要在肋板焊接開始前安裝，厚度與母材一致，否則直接影響空氣的流通。

（5）立角焊縫全位置則采用全位置焊接小車，保證焊縫連續(xù)焊接，減少因中途停頓而導致的引弧與熄弧現(xiàn)象［3］

（6）在焊縫的兩端應設計R5通氣孔和排氣孔（見圖2），焊接時要將R5通氣孔和排氣孔的單側焊接，另一側不焊接作為焊縫充氣時使用，從其完成后進行補焊；如果焊縫兩端沒有R5通氣孔和排氣孔，則焊接時在焊縫兩端距端部100～150mm處單側預留3mm長度不焊接，焊縫充氣完成后進行補焊。

圖2 R5通氣孔設計位置示意圖

（7）水密焊縫采取了跟蹤補涂工藝措施，進行充氣試驗前，檢查焊縫上車間底漆厚度，如果車間底漆膜的厚度超過50μm，將掩蓋掉氣孔和裂紋導致的滲漏問題[4]。

（8）肋板裝配時嚴禁釘焊位置（見圖3），才能保證充氣時壓縮空氣流注入補板與肋板之間。

圖3 禁止釘焊位置示意圖

（9）在補板安裝時必須保證補板的四周焊縫不能焊透；必須預先將補板安裝在正確的位置，然后安裝肋板。

（10）若補板安裝不滿足圖紙要求、需要將補板拆分安裝時，采取在兩塊補板的對接焊縫處加墊紫銅片的方法進行施工。

（11）當補板安裝不滿足圖紙要求、需要將補板拆分成兩塊或三塊安裝時，補板安裝前必須嵌套在T型材上焊接成整體。

（12）封堵角焊縫的截止孔，設計成“AU”型切口的形式（見圖4），根據(jù)板厚的不同分別采用單面坡口或雙面坡口的形式。利用“AU”型切口在分段制造階段將需要進行充氣試驗的角焊縫兩端封閉（見圖5），然后再進行充氣試驗。

圖4 “AU”型切口的標準形式

圖5 已完成焊接的“AU”型切口

（13）焊接參數(shù)的選擇十分重要，水密角焊縫非常容易發(fā)生了焊縫內部局部出現(xiàn)了焊透的現(xiàn)象，造成壓縮空氣不能流通。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)《焊接工藝規(guī)程》中要求的電流250A和電壓35V的參數(shù)，適合普通的不需要充氣試驗的角焊縫，對于參與水密充氣試驗焊縫此參數(shù)明顯偏大，經(jīng)過試驗，嚴格控制焊接參數(shù)并調整焊槍角度（主要針對第一道打底焊縫）焊接電流設定為240A,電壓為24V～26V,試驗后效果最為理想[5]。

4 輔助方案

在分段制造階段完成了水密肋板的角焊縫密性試驗后，還需要對其它涉及到艙室密性試驗的焊縫進行檢查，最大限度地提高分段整體涂裝的完整性。在分段建造時會預裝各類管系，這些穿過水密艙壁、甲板和舷側外板的管子貫穿件，這些就不適合采用角焊縫氣密試驗的方式，通常采用著色探傷的方式，對這些角焊縫的外表面進行檢查，密性試驗手段可以多樣化，靈活的結合，穿插使用。

例1：壓載邊艙的分段焊接在甲板上的空氣管貫穿件、導門座板與甲板相連的角焊縫，可以進行了表面著色探傷。

例2：穿過橫艙壁的貨油管系，管子復板與艙壁的角焊縫等可采用著色探傷。

例3：機艙分段、船體尾部分段上的有一些較小的液艙，這些空間較小的液艙在分段上如果已經(jīng)形成完整的艙室，建議仍然采用傳統(tǒng)的艙室氣密試驗方法將最為經(jīng)濟且效果更好。

例4：水密焊縫充氣試驗不成功，經(jīng)判定修復過程將會影響船體結構強度，則應采用抽真空或者以全焊透代替的方法[6]。

5 結論

中船集團《建模2.0》中明確指出針對不同船型，推進船體、舾裝、涂裝、焊接、檢測和試驗等新工藝、新工法研究開發(fā)和推廣應用。在船體分段裝配階段進行的角焊縫充氣試驗，更像是一個系統(tǒng)工程，從設計到現(xiàn)場施工都需要研究，還須配套有其它一些檢驗方式，尤其是要找出難點，分析控制要點，權衡利弊得失，科學合理的制定一套施工工藝，并做好宣貫和培訓。

收益與風險并存，如果要廣泛采用這種密性試驗方式，船廠需要積累一定的經(jīng)驗，要求施工人員有強烈的質量意識和認真細致的工作態(tài)度，質檢部門也要通過記錄、巡檢等形式建立良好的監(jiān)督機制。不斷的研究不斷的改進不斷的完善，使船企的建造工藝和精度管理達到較高的水平，這樣船體分段裝配階段進行水密角焊縫充氣試驗，就會是一個非常具有吸引力的密性試驗方式。本文經(jīng)過研究制定出了一套控制工藝，并有針對性的提出了解決難點的輔助方案，實踐證明可以從根本上提高肋板拉入法分段的水密角焊縫充氣試驗成功率。