船舶結(jié)構(gòu)角焊縫裂紋分析及改進(jìn)措施

張兆光，李紹祥

（中海工業(yè)（江蘇）有限公司，江蘇揚(yáng)州 225211）

0 引言

集裝箱船舶結(jié)構(gòu)中存在大量角焊縫焊接，集裝箱船舶典型角焊縫示意圖如圖1所示，在集裝箱船總組階段，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)角焊縫存在沿焊縫長(zhǎng)度方向的縱向裂紋（圖2），而且還存在不斷延伸的現(xiàn)象，給生產(chǎn)帶來了困難。

圖1 集裝箱船舶典型角焊縫示意圖

圖2 縱向裂紋

結(jié)構(gòu)角焊縫產(chǎn)生裂紋實(shí)屬罕見，發(fā)現(xiàn)裂紋的結(jié)構(gòu)母材鋼為一般船體結(jié)構(gòu)A級(jí)鋼，焊接采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊。結(jié)構(gòu)裝配采用定位焊固定，在裝配間隙不小于5mm的部位加開單邊坡口，并用“T”型碼固定。

焊接材料是經(jīng)過船級(jí)社焊接工藝試驗(yàn)合格，所有批次的焊材在入庫(kù)時(shí)都進(jìn)行過試驗(yàn)評(píng)定合格的，因此裂紋的產(chǎn)生與母材、焊材及焊接工藝無關(guān)。

1 產(chǎn)生裂紋原因初步分析

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)裂紋后，對(duì)該區(qū)域內(nèi)所有角焊縫進(jìn)行了PT檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)多處裂紋并存在延伸跡象，針對(duì)該現(xiàn)象從以下幾點(diǎn)進(jìn)行了分析。

1）裝配定位焊。在裝配完成時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)定位焊存在夾渣、未熔合及裂紋情況，當(dāng)時(shí)只是刨除了發(fā)現(xiàn)有缺陷的定位焊縫，由于自身重力分段結(jié)構(gòu)角焊縫處存在一定的外張力，導(dǎo)致局部定位焊縫出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

2）裝配間隙。由于搭載定位是對(duì)分段余量的修割，導(dǎo)致整條角焊縫存在一定間隙和間隙大小不一等現(xiàn)象，只是針對(duì)裝配間隙不小于 5mm的部位加開單邊坡口（圖3）。

圖3 單邊坡口

3）焊接環(huán)境。由于板材自身存在一定濕氣和焊接周圍環(huán)境也存在一定潮濕，也可能是產(chǎn)生裂紋的一個(gè)因素。CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，由于表面沒有熔渣覆蓋，CO2氣體又有冷卻作用，因而熔池內(nèi)凝固比較快，熔池中溶解的氣體來不及逸出，在焊縫中形成氣孔[1]，氣孔位置極易產(chǎn)生裂紋。在對(duì)角焊縫進(jìn)行打磨是不能將底板與壁板在焊縫位置的油漆完全去除。焊接過程油漆受熱變質(zhì)并揮發(fā)出刺激性很強(qiáng)的煙霧，導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生密集性氣孔，同時(shí)也是促使產(chǎn)生氫致冷裂紋的根本原因[2]。

4）焊接方式。現(xiàn)場(chǎng)施焊人員水平與專業(yè)素質(zhì)參差不齊，在進(jìn)行角焊縫焊接時(shí)，尤其是第一道打底焊接時(shí)存在操作與WPS不相符的現(xiàn)象（圖4），同時(shí)焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)不能完全按照WPS執(zhí)行。

5）焊接順序。按照工藝要求應(yīng)由雙數(shù)焊工由中間向兩側(cè)對(duì)稱焊接，減少焊接應(yīng)力變形。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際并沒有完全按此操作，同時(shí)在風(fēng)速較大的情況下不能及時(shí)地使用擋風(fēng)板。

圖4 不規(guī)范的焊接方式

2 改進(jìn)措施

1）采用“┓”型馬板定位

為了避免定位焊產(chǎn)生夾渣、未熔合及裂紋情況的產(chǎn)生，在角焊縫定位時(shí)采用“┓”型馬板定位，然后用圓形打磨機(jī)將角焊縫位置銹跡及油漆打磨干凈，然后再進(jìn)行焊接。

2）改進(jìn)裝配間隙

因?yàn)槠胀ń呛缚p位置工藝規(guī)范不要求留有間隙，故加強(qiáng)對(duì)搭載定位時(shí)精度的要求，做到將角焊縫間隙控制在最小范圍內(nèi)，當(dāng)角焊縫間隙不小于 5mm時(shí)，加開深熔焊坡口（圖5），確保焊縫質(zhì)量。

圖5 深熔焊坡口

3）改善焊接環(huán)境

由于板材自身存在一定濕氣和焊接周圍環(huán)境也存在一定潮濕，所以在焊接前用火焰對(duì)角焊縫位置烘焙，去除板材自身和環(huán)境中的潮濕，檢查焊接所使用的氣體純潔度，避免保護(hù)氣體中攜帶水氣。同時(shí)，將焊縫周圍30mm范圍內(nèi)打磨干凈，避免周圍油漆受熱散發(fā)出氣體致使焊縫產(chǎn)生冷裂紋。

4）加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施焊人員焊接方式的檢查與要求

由于現(xiàn)場(chǎng)施焊人員在進(jìn)行縫焊接時(shí)，尤其是第一道打底焊接時(shí)存在操作與WPS不相符的現(xiàn)象，特別加強(qiáng)了對(duì)焊工的培訓(xùn)與教育，要求按照 WPS正確焊接（圖 6），尤其是在進(jìn)行第一道打底焊時(shí)，確保焊縫填充飽滿，與焊縫兩側(cè)母材完全熔合。同時(shí)要求焊機(jī)上面的焊接參數(shù)刻度及調(diào)節(jié)開關(guān)要齊全，完全按照WPS要求的焊接參數(shù)進(jìn)行焊接。

圖6 普通角焊縫規(guī)范的焊接方式

5）焊接過程的控制

在焊接過程中要求現(xiàn)場(chǎng)施焊人員嚴(yán)格按照工藝要求由雙數(shù)焊工由中間向兩側(cè)對(duì)稱焊接，減少焊接應(yīng)力變形。在風(fēng)速較大的情況下正確的使用擋風(fēng)板保證焊接保護(hù)氣體的有效性，同時(shí)，在環(huán)境溫度低于 0℃時(shí)，高強(qiáng)鋼焊接前按照工藝要求進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到預(yù)熱溫度后再進(jìn)行焊接。

3 焊接記錄

在按照改進(jìn)方法情況下焊接時(shí)，實(shí)施了焊接過程記錄，包括焊材領(lǐng)用記錄、現(xiàn)場(chǎng)焊接參數(shù)記錄。都符合焊接工藝指導(dǎo)書及WPS的相關(guān)要求[3]。

4 結(jié)果檢驗(yàn)

在焊接結(jié)束24h后對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔及夾雜等缺陷。對(duì)焊縫進(jìn)行 100%著色檢查，沒有發(fā)現(xiàn)焊接缺陷（圖7）。

圖7 改進(jìn)方法后著色試驗(yàn)焊縫

5 結(jié)束語(yǔ)

由于集裝箱船舶船體削瘦，方形系數(shù)小，航速相對(duì)較快，且貨艙內(nèi)存在大量角焊縫，故角焊縫質(zhì)量對(duì)整個(gè)集裝箱的安全保障至關(guān)重要，所以在船舶建造過程中必須加強(qiáng)對(duì)角焊縫的焊接過程及操作方法進(jìn)行控制，確保航運(yùn)安全。

[1] 李書超, 姜?jiǎng)僬? CO2氣體保護(hù)焊全熔透角焊縫焊接質(zhì)量控制[J]. 金屬加工, 2011(14): 49, 65.

[2] 殷莉影. 鋼結(jié)構(gòu)角焊縫裂紋分析及再現(xiàn)試驗(yàn)[J], 焊接,2004(5): 35-37.

[3] 魏鵬, 曾憲華, 廖丹揚(yáng). 換熱器U型管板角焊縫產(chǎn)生裂紋的原因分析及改進(jìn)措施[J]. 余熱鍋爐, 2011(1):22-25.