船舶建造中水密角焊縫氣密試驗(yàn)原理及分析

余 念，于功志，孫冰妍

（大連海洋大學(xué)，大連 116023）

1 前言

按照船級社的要求，船舶各類液艙都需要進(jìn)行密性試驗(yàn)，在氣密試驗(yàn)前焊縫的表面不得油漆。國內(nèi)船廠通常在分段涂裝時(shí)，先將包括角焊縫在內(nèi)的需進(jìn)行氣密試驗(yàn)的焊縫用膠帶覆蓋，在大合攏工作完成后對液艙進(jìn)行密性試驗(yàn)，然后去除膠帶覆蓋對焊縫表面噴涂油漆。這種油漆涂裝工作要分二步完成，需要大量搭設(shè)腳手架，大大影響了船舶的建造周期，尤其是船塢內(nèi)的大合攏周期[1]。

船體建造過程中，普遍采用在船體分段制作階段進(jìn)行角焊縫氣密試驗(yàn)的方法（簡稱角焊縫充氣試驗(yàn)）。這種密性試驗(yàn)方式，是將原來在船臺(tái)大合攏完成后才能進(jìn)行的艙室氣密試驗(yàn)，提前到船體分段制作階段（分段預(yù)密性試驗(yàn)）完成，能夠很大程度上減少分段涂裝破損面積，滿足 PSPC 的要求[2]，提高生產(chǎn)效率和涂裝完整性，縮短船舶建造周期。水密角焊縫氣密試驗(yàn)的目的，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。

2 水密角焊縫充氣試驗(yàn)原理和步驟

2.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)的原理和方法比較簡單，就是將壓縮空氣充進(jìn)船體結(jié)構(gòu)的非全焊透的雙面連續(xù)角焊縫內(nèi)形成的內(nèi)部空腔中，壓縮空氣在規(guī)定的單位時(shí)間里保持一定的壓力，使氣道內(nèi)空腔與焊縫外面形成壓力差，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(huì)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(bǔ)[3]如圖1 所示。

圖1 角焊縫充氣試驗(yàn)原理

2.2 試驗(yàn)步驟

水密角焊縫密性試驗(yàn)必需的工具和工裝主要有以下幾種：壓縮空氣、充入端鋼制貼片、一公斤空氣壓力儀表、空氣軟管（膠皮制）、噴壺、肥皂水（或洗滌劑）溶液。

操作步驟如下：

1）首先是將壓力儀表與空氣軟管相連，再將空氣軟管道另一端連接到充入端鋼制貼片上，鋼制貼片焊接到船體構(gòu)件的角焊縫處；

2）將壓縮空氣通過膠皮管道注入需要檢測的水密角焊縫內(nèi)部，焊縫內(nèi)部的壓力保持在0.02 MPa 范圍內(nèi)；

3）觀測壓力儀表，當(dāng)壓力穩(wěn)定的連續(xù)保持15 分鐘以后，使用噴壺在檢測焊縫的表面均勻的噴涂肥皂水溶液；

4）目測觀察檢測焊縫的表面是否有間斷或連續(xù)不斷的氣泡冒出；

5）目測時(shí)發(fā)現(xiàn)焊縫表面有氣泡冒出，則說明焊縫內(nèi)部存在缺陷，需要及時(shí)做出修理。對一般的表面氣孔缺陷，可以用焊條電弧焊直接進(jìn)行補(bǔ)焊；如果發(fā)現(xiàn)冒泡處的焊縫缺陷是裂紋，則必需使用小口徑碳弧氣刨或風(fēng)動(dòng)砂輪片打磨清根，徹底的清除焊縫內(nèi)部的焊接缺陷，并再次進(jìn)行焊接修補(bǔ)并對修補(bǔ)后焊縫表面打磨光順；

6）及時(shí)修補(bǔ)焊縫的漏點(diǎn)后，需在24 小時(shí)內(nèi)對修補(bǔ)后的焊縫再次進(jìn)行水密充氣試驗(yàn)；

7）上述工作完成后，在專用的記錄表格上對檢測的結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的記錄。

3 角焊縫氣密試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

3.1 提高生產(chǎn)效率

1）縮短塢內(nèi)建造周期

常用的水密艙室氣密性檢驗(yàn)（大艙充氣），在檢驗(yàn)時(shí)是絕對不允許焊縫上存有油漆的，以免影響檢查效果。這樣原本可以在分段焊后整體涂裝時(shí)完成的工作，就必須在密性試驗(yàn)完成后方可進(jìn)行焊縫表面的油漆工程，大大影響了施工效率，增加了船臺(tái)周期；而采用角焊縫氣密試驗(yàn)，可以在分段整體涂裝前完成絕大部分角焊縫的氣密試驗(yàn)，并且通過采用著色探傷等其它一些方式，便可完成分段上所有水密角焊縫的密性檢查，這樣整個(gè)分段的涂裝工作就可以完成得比較徹底，有效地縮短了船塢內(nèi)的施工周期。

2）順應(yīng)了工序前移趨勢

該工藝方法不僅符合工序前移的大趨勢，還大大降低了船臺(tái)密性試驗(yàn)的工作量，縮短了船臺(tái)周期，優(yōu)化了密性試驗(yàn)作業(yè)環(huán)境，將高空封閉作業(yè)變成平地敞開作業(yè)，且密性試驗(yàn)方法簡單可靠，極大地提高了工作效率[5]。

3.2 降低建造成本

1）由于角焊縫密性試驗(yàn)在分段建造完工未進(jìn)行涂裝前即可實(shí)現(xiàn)，不但利于海水壓載艙 PSPC的涂裝要求，提高分段的完整性，還減少了分段涂裝階段的焊縫保護(hù)與合攏后艙室密性焊縫的二次除銹。

2）減少了貨艙腳手架的搭載量和施工人員與檢驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了建造成本[6]。

3.3 提高產(chǎn)品質(zhì)量

1）可靠性更高

對艙壁的角焊縫進(jìn)行氣密試驗(yàn)時(shí)，同時(shí)檢查了艙壁兩側(cè)的角焊縫，任意一側(cè)的角焊縫存在缺陷都能檢查出來；而傳統(tǒng)的氣密試驗(yàn)方式是在液艙內(nèi)加入壓縮空氣，在艙壁的另一側(cè)進(jìn)行檢查，只能發(fā)現(xiàn)一側(cè)焊縫表面的缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，而另一側(cè)位于受檢艙室內(nèi)的角焊縫就不能進(jìn)行檢查，無法發(fā)現(xiàn)和進(jìn)行修補(bǔ)，所以在裝配階段進(jìn)行的角焊縫氣密試驗(yàn)較傳統(tǒng)檢查方式可靠性也更高。

2）提高涂層質(zhì)量

采用角焊縫氣密試驗(yàn)后，液艙內(nèi)各類焊縫表面的涂裝工作可以在涂裝車間內(nèi)完成，相比艙室密性試驗(yàn)完成后在艙內(nèi)進(jìn)行的油漆噴涂，其施工條件和噴涂質(zhì)量要好許多，這對于海水壓載艙等涂層質(zhì)量要求高的液艙顯得尤其重要。

3）檢查條件較好

角焊縫氣密試驗(yàn)是從分段拼裝時(shí)開始的，一般是在相對寬敞的空間內(nèi)進(jìn)行，檢驗(yàn)條件比較好，容易發(fā)現(xiàn)缺陷；而傳統(tǒng)的氣密檢查方式，一般在密閉的艙室內(nèi)進(jìn)行檢查，照明條件受到限制，不容易發(fā)現(xiàn)問題。

4）修補(bǔ)簡單方便

角焊縫氣密試驗(yàn)一般在平角焊位置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷后修補(bǔ)方便，修補(bǔ)質(zhì)量容易保證，外觀成型也好；而傳統(tǒng)的氣密檢查方式，不可避免的要在一些狹小的空間和仰角焊位置進(jìn)行缺陷修補(bǔ)，焊接修補(bǔ)質(zhì)量難以保證；另一方面，當(dāng)油艙或壓載艙發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，需先將整個(gè)艙內(nèi)的壓縮空氣排出后才可進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)完成后又必須重新注入壓縮空氣進(jìn)行密性檢查，尤其是一些大型油船的油艙和壓載艙容積都非常大，這樣做費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而單獨(dú)進(jìn)行的角焊縫的氣密試驗(yàn)，由于每次檢查的范圍小，重新進(jìn)行檢查非常方便。

5）非常適合海底閥箱的密性檢查

海底閥箱體積雖然小，但由于外板上的格柵開孔，進(jìn)行密性試驗(yàn)比較麻煩。海底閥箱基本都是角焊接結(jié)構(gòu)型式，很少有對接焊縫，非常適合角焊縫氣密試驗(yàn)的方式，即使一個(gè)海底閥箱被布置在二個(gè)分段上，仍然可以在分段施工時(shí)完成海底閥箱的密性試驗(yàn)。

4 角焊縫氣密試驗(yàn)的缺點(diǎn)

綜上所述，角焊縫氣密試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，但事物都有兩面性，有利有弊，水密角焊縫氣密試驗(yàn)還是有其自身的一些缺點(diǎn)：

1）工藝設(shè)計(jì)較繁瑣

采用角焊縫氣密試驗(yàn)，一個(gè)液艙的氣密試驗(yàn)會(huì)根據(jù)分段劃分情況，分解到多個(gè)分段中進(jìn)行，每個(gè)試驗(yàn)段都需設(shè)置空氣注入片、壓力表連接片（見圖2）以及適當(dāng)?shù)腁U 型切口（見圖3），這是一項(xiàng)繁瑣和細(xì)致的工作，要保證水密艙壁上的所有角焊縫都進(jìn)行氣密試驗(yàn)，需要仔細(xì)的施工設(shè)計(jì)，同時(shí)還需編制詳盡的計(jì)劃，對一些不能進(jìn)行氣密試驗(yàn)的角焊縫進(jìn)行檢查。

圖2 空氣注入片和壓力表連接片

圖3 AU 型切口

2）裝配精度要求高

角焊縫氣密試驗(yàn)的原理就是利用兩側(cè)角焊縫之間存在間隙，整條角焊縫內(nèi)的空隙是連通的，一旦局部裝配間隙過大，焊接后可能會(huì)形成角焊縫全焊透形式，使得焊縫內(nèi)部空隙無法連通，這樣注入的壓縮空氣不能到達(dá)預(yù)定的角焊縫間隙內(nèi)，無法檢測到這些位置的焊縫缺陷。

3）輔助材料消耗較高

采用角焊縫氣密試驗(yàn)，需要軟管、壓力表、噴涂設(shè)備，還要?dú)飧钕喈?dāng)數(shù)量的空氣注入貼片、壓力表連接貼片，并且要將這些鋼制貼片焊接在結(jié)構(gòu)上；另外，對液艙內(nèi)不能采用該方式的其它角焊縫，需采用著色探傷的方式進(jìn)行檢查，綜合起來角焊縫氣密試驗(yàn)的輔助消耗材料必然會(huì)高于傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法。

4）監(jiān)督管理水平要求高

分散在船體裝配階段進(jìn)行的角焊縫氣密試驗(yàn)，需要進(jìn)行檢驗(yàn)的次數(shù)要比傳統(tǒng)的方式多，通常是由一個(gè)工人單獨(dú)進(jìn)行檢驗(yàn)，試驗(yàn)完成后進(jìn)行記錄，一般不再安排船東和船級社進(jìn)行復(fù)檢，這樣就給船廠的管理監(jiān)督工作提出了更高的要求。

5）生產(chǎn)中普遍存在的問題

研究發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的很多船廠在生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)用過程中，都或多或少的遇到了很多難題，究其原因主要是船廠的現(xiàn)場管理水平存在問題，具體問題是：首先是水密補(bǔ)板處，水密角焊縫密性試驗(yàn)的成功率普遍不高。充氣后焊縫內(nèi)部有空氣壓力，但如果壓力比較小的話，氣壓表就無法達(dá)到要求值；其次就是充氣不能通過的情況一旦出現(xiàn)，很難找出堵塞處；再次就是施工人員為了充氣成功，避免處罰，采用了一些違反工藝紀(jì)律的做法，例如：在水密肋板厚度處打磨出凹槽、人工氣割出坡口中間塞焊條等常見的違規(guī)操作，這些違規(guī)做法會(huì)影響船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度；另外就是對于平臺(tái)拼接板架的水平度和結(jié)構(gòu)部件的制作精度有了更高要求，延長了這些工序的制作周期。

5 角焊縫氣密試驗(yàn)的配套措施

在分段制造階段完成了水密艙壁的角焊縫密性試驗(yàn)，還需要對其它涉及到艙室密性試驗(yàn)的焊縫進(jìn)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(shí)，會(huì)預(yù)裝各類管系，這些穿過水密艙壁、甲板和舷側(cè)外板的管子貫穿件，不適合采用角焊縫氣密試驗(yàn)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(jìn)行檢查，以及利用傳統(tǒng)的艙室充氣等方法，例如：

1）壓載邊艙的分段，焊接在甲板上的空氣管貫穿件、導(dǎo)門座板與甲板相連的角焊縫，適合表面著色探傷；

2）穿過橫艙壁的貨油管系、管子復(fù)板與艙壁的角焊縫，也適宜進(jìn)行著色探傷；

3）對機(jī)艙分段、船體尾部分段上的一些較小的液艙，這些液艙在分段上已形成完整的艙室，仍然可以小面積的采用傳統(tǒng)的艙室氣密試驗(yàn)方法。

6 關(guān)于角焊縫氣密試驗(yàn)的分析

從上述角焊縫氣密試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)中，可以看到盡管該試驗(yàn)方式有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，縮短了船舶的建造周期，提高了液艙內(nèi)的涂層質(zhì)量，角焊縫充氣試驗(yàn)代替整艙充氣密性試驗(yàn)方法十幾年前已在國內(nèi)大船廠開始使用，但仍然需要具備一定使用條件：

1）船廠自身要具備一定的生產(chǎn)條件，才能適宜采用這種工藝方式。首先，船廠的精度管理和質(zhì)量體系管理需要達(dá)到一定水準(zhǔn)，船廠的自動(dòng)化水平越高，船體的裝配精度就越有保障，角焊縫氣密試驗(yàn)的可靠性才能有保障；AU 切口和各種連接片的布置，需要高水平的施工設(shè)計(jì)，避免設(shè)置不合理導(dǎo)致局部角焊縫檢驗(yàn)出現(xiàn)問題。

2）船廠自身要有適用的工藝技術(shù)和良好的質(zhì)量管理體系。角焊縫氣密試驗(yàn)由工人單獨(dú)進(jìn)行檢驗(yàn)，完成后進(jìn)行記錄，水密艙壁上的各類管系貫穿件的著色探傷也是工人獨(dú)立完成，這就要求施工人員要有強(qiáng)烈的質(zhì)量意識(shí)和認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度；質(zhì)檢部門也要通過記錄、巡檢等形式建立良好的監(jiān)督機(jī)制，從制度層面杜絕違規(guī)操作。

3）如果要廣泛采用這種方式，船廠需要需要循序漸進(jìn)積累一定的經(jīng)驗(yàn)，從學(xué)習(xí)培訓(xùn)到模擬試驗(yàn)再局部試行，最后穩(wěn)步推廣，建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，決不可一蹴而就。

4）船廠之間建造方式不盡相同，各種裝配工藝也不一致，是否適合采用這種氣密試驗(yàn)方式，也需要在實(shí)踐中摸索。傳統(tǒng)的艙室氣密試驗(yàn)簡單直觀，易于操作，而裝配階段進(jìn)行的角焊縫氣密試驗(yàn)像個(gè)系統(tǒng)工程，從施工設(shè)計(jì)時(shí)就需要開始考慮，還必須配套有其它一些檢驗(yàn)方式，根據(jù)建造水平的不同，對于大合攏焊縫的密性檢查還需要考慮傳統(tǒng)的艙室密性試驗(yàn)方式。

總之，當(dāng)船廠自身重視誠信文化理念，具備一定的生產(chǎn)規(guī)模，工藝設(shè)計(jì)和建造精度達(dá)到較高的水平，同時(shí)有著良好的質(zhì)量管理體系，那么能夠提前在船體分段制作階段進(jìn)行角焊縫氣密試驗(yàn)的，還是非常具有吸引力的密性試驗(yàn)方式。

7 結(jié)論

中船集團(tuán)《建模2.0》中明確指出，針對不同船型，推進(jìn)船體、舾裝、涂裝、焊接、檢測和試驗(yàn)等新工藝、新工法研究開發(fā)和推廣應(yīng)用。水密角焊縫氣密試驗(yàn)就是一種新工藝，因此推廣是大勢所趨。本文研究重點(diǎn)是分析水密角焊縫氣密試驗(yàn)這一工藝的利與弊，主旨是新工藝必須采用，但是重點(diǎn)在于怎么采用，采用的條件和時(shí)機(jī)一定要適宜船企自身，因?yàn)槿魏问挛锞衅鋬擅嫘裕欣斜?，既是相互依賴關(guān)系，同時(shí)也存在著在相互制約的特點(diǎn)，所以應(yīng)該結(jié)合自身實(shí)際情況，循序漸進(jìn)，積累經(jīng)驗(yàn)，避免盲目大力推廣造成損失。