船舶建造焊接質量及檢驗控制研究

摘 要：焊接質量及其檢驗對于保證船舶主體結構安全非常重要，做到及早發現焊接缺陷，對焊接接頭的質量做出客觀的評價；把焊接缺陷限制在一定的范圍內，以確保船舶航行安全和水上人命財產安全。

關鍵詞：船舶；焊接；質量；檢驗

船舶龐大的結構幾乎都是用焊接技術來完成的。進行焊接質量檢驗可以消除隱患，避免將缺陷帶入遠行之中，因此考核產品的一次合格率，提高焊縫檢測的百分比是十分重要的。船舶的焊接質量對船舶的安全、可靠性及壽命有著十分重要的影響。

1 焊接質量及缺陷分析

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部缺陷。常見的焊接外部缺陷有：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；內部缺陷有：氣孔、夾渣、焊接裂紋、未焊透等。

在船舶建造過程中，影響焊接質量的因素很多，如鋼材和焊條質量，坡口加工和裝配精度，坡口表面清理狀況；及焊接設備、工藝參數、工藝規程、焊接技術、天氣狀況等等。任何一個環節處理不當；都會產生焊接缺陷，影響焊縫質量。應要求焊工了解各類焊接缺陷產生的原因及防止措施。

1.1 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，焊縫外形尺寸過大等均屬焊縫外形尺寸或形狀不符合要求。產生的原因主要是焊件坡口角度不對，裝配間隙不均，焊接電流過大或過小，運條速度和角度不當等。防止措施是改善上述不足，尤其是填角焊更要經常注意焊條與母材的角度，以保證焊縫成形均勻一致。

1.2 咬邊

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

1.3 焊瘤

在焊接過程中，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。常出現在立、橫、仰焊焊縫表面，或無襯墊單面焊雙面成形焊縫背面。焊縫表面存在焊瘤會影響美觀，易造成表面夾渣。產生焊瘤的主要原因是運條不均。操作不夠熟練，造成熔池溫度過高液態金屬凝固緩慢下墜；因而在焊縫表面形成金屬瘤。立、仰焊時，采用過大的焊接電流和弧長，也有可能出現焊瘤。

防止產生焊瘤的主要措施是掌握熟練的操作技術、嚴格控制熔池溫度，立、仰焊時，焊接電流應比平焊小10%～15%，使用堿性焊條時，應采用短弧焊接；保持均勻運條。

1.4 弧坑

弧焊時由于斷弧或收弧不當，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，因而該處焊縫嚴重削弱。產生弧坑的原因是熄弧時間過短，或焊接突然中斷，焊接薄板時電流過大。防止產生弧坑的主要措施是在手工焊收弧時，焊條應作短時間停留或作幾次環形運條。

1.5 氣孔

焊接時，熔池中的氣泡在凝固時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，過大的氣孔會降低焊縫的強度，破壞焊縫金屬的致密性。產生氣孔的主要原因是坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡，焊條或焊劑未按規定進行烘焙，焊芯銹蝕或藥皮變質、剝落等。防止產生氣孔的主要措施有選擇合適的焊接電流和焊接速度，認真清理坡口邊緣水份、油污和銹跡，嚴格按規定保管、清理和烘焙焊接材料，不使用變質的焊條，當發現焊條藥皮變質、剝落或焊芯銹蝕時，應嚴格控制使用范圍。

1.6 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，過大的夾渣也會降低焊縫的強度和致密性。產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，或焊接速度過快。在使用酸性焊條時，由于電流小或運條不當形成/糊渣0；使用堿性焊條時，由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣。防止產生夾渣的主要措施是正確選擇坡口尺寸，認真清理坡口邊緣。選用合適的焊接電流和焊接速度，運條擺動要適當。多層焊時，仔細觀察坡口兩側熔化情況，每一層都要認真清理焊渣。

1.7 未焊透

焊接過程中，接頭根部未完全熔透的現象稱為未焊透。還有一種未熔合的情況，即在焊接過程中，由于焊接電流過大，焊條熔化過快，一旦操作不當，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的缺陷，焊縫出現間斷或突變部位，焊縫強度大大降低，甚至引起裂紋，因此，船體重要結構均不允許存在未焊透，一經發現，應予鏟除、重新修補。產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，運條速度過慢以及電弧太長、極性不正確等等。防止產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，運條擺動要適當，密切注意坡口兩側的熔化情況。

1.8 焊接裂紋

它是船舶建造過程中，各類裂紋的總稱。在焊接應力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區的金屬原子結合力遭到破壞而形成新界面產生的裂縫。通常分為熱裂縫和冷裂縫。熱裂縫是指在焊接過程中，焊縫和熱影響區金屬冷卻到高溫區產生的焊接裂紋，又稱高溫裂縫。其特點是焊后立即可見，且多發生在焊縫中心，沿焊縫長度方向分布。防止產生熱裂縫的主要措施是認真把好材料關，凡用于建造船舶結構的鋼材和焊接材料，都必須有驗船部門的認可證書；嚴格控制焊接工藝參數，減慢冷卻速度，遵守工藝規格，適當提高焊縫形狀系數；盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產生裂縫；認真執行工藝規程，選取合理的焊接程序，以減少焊接應力。

冷裂縫一般指焊接接頭冷卻到較低溫度時所產生的裂縫。這類焊縫可能焊后立即出現，也可能延遲幾小時，幾天甚至更長時間。焊縫和熱影響區均可能產生冷裂縫。主要原因是在焊接熱循環作用下，熱影響區生成了淬硬組織，焊縫中存在過量的擴散氫，且具有濃集的條件，接頭承受有較大的拘束應力。防止產生冷裂縫的主要措施是選用低氫型焊條，減少焊縫中擴散氫的含量；嚴格遵守焊接材料的保管、烘焙、使用制度，謹防受潮；仔細清理坡口邊緣的油污、水份和銹跡，減少氫的來源；采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等等，減小焊接應力。

焊接裂紋是接頭中最危險的一種焊接缺陷。結構破壞多從裂縫處開始。一經發現，應查明原因，徹底清除，然后給予修補。

2 焊接質量分析與檢驗

焊縫缺陷的存在，嚴重影響著船體的強度和密蔽性，因此利用不同方法對船舶焊縫進行檢驗，是保證船體建造質量的主要措施。焊接質量的檢驗方法，一般分無損檢驗和破壞檢驗兩大類，采用何種方法，主要根據產品的技術要求和有關規范的規定。

無損檢驗方法常見的有外觀檢查、密性試驗和無損探傷等。外觀檢查是一種常用的簡便質量檢驗方法，能夠發現焊縫表面咬口、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。密性試驗是一種檢驗船體致密性的試驗方法。試驗可根據船體結構不同的部分，分別采取灌水、充氣、沖水、真空或煤油試驗等方法。無損探傷分滲透檢驗、磁粉探傷、超聲波探傷和射線照相探傷。

破壞檢驗方法是用機械方法在焊接接頭（或焊縫）上截取一部分金屬，加工成規定的形狀和尺寸在專門的設備和儀器上進行破壞試驗。依據試驗結果，可以了解焊接接頭性能及內部缺陷情況，判斷焊接工藝正確與否。經檢驗，船體結構焊縫超過質量允許限值時，應首先查明產生缺陷的原因，確定缺陷在工件上的部位。在確認允許修補時，再按規定對焊縫進行修正。

3 結論

產品的質量是企業的生命。良好的船舶建造質量是保證船舶安全航行與作業的重要條件。據對船舶脆斷事故調查表明，40%的脆斷事故是從焊縫缺陷處開始的，質量方面存在的主要問題就是焊縫質量的缺陷。因此，焊接質量檢驗尤為重要，做到及早發現焊接缺陷，對焊接接頭的質量做出客觀的評價；把焊接缺陷限制在一定的范圍內，以確保船舶航行安全和水上人命財產安全。

[參考文獻]

[1]孫麗萍，船舶結構有限元分析[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2004.

[2]Jaeyeo.M.Geometrie reasoning for know ledge based Parametrie design Using graphre presentationl[M].Computer-Aided Design，2009（10）.