船舶CO2氣體保護半自動焊接缺陷實際探討

摘 要：焊接質(zhì)量是衡量船舶建造質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，CO2氣體保護半自動焊接是船舶工業(yè)的關(guān)鍵焊接方法之一，對CO2氣體保護半自動焊接實際焊接過程中產(chǎn)生缺陷狀況進行分析有深遠意義。文章針對CO2氣體保護半自動焊接在實際使用中所產(chǎn)生的缺陷問題進行總結(jié)并分析，對缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：CO2氣體保護焊；船舶制造；焊接缺陷；工藝；焊接

引言

作為一種傳統(tǒng)的船舶制造工藝技術(shù)，船舶焊接技術(shù)是船舶建造的關(guān)鍵工藝技術(shù)之一。CO2氣體保護半自動焊是一種高效、低成本的焊接方法，目前已廣泛應(yīng)用于我國船舶制造行業(yè)。CO2氣體保護半自動焊具有焊接速度較快、焊接性能較好等特點，但是CO2氣體保護半自動焊也具有焊縫成型差，并且抗風(fēng)能力較差等缺點，難以避免產(chǎn)生各種缺陷。

作者根據(jù)近幾年來對船舶焊接質(zhì)量的跟蹤，結(jié)合船廠建造過程中的實際情況，對CO2氣體保護半自動焊的焊接缺陷進行統(tǒng)計及實際分析，對實際生產(chǎn)過程中使用CO2氣體保護半自動焊接產(chǎn)生缺陷的原因進行闡述，總結(jié)了實際過程中焊接缺陷返修的經(jīng)驗及預(yù)防缺陷產(chǎn)生的措施。

1 CO2氣體保護半自動焊基本要求

1.1 基本工藝要求

1.1.1 焊前清理及設(shè)備檢查

焊接部位應(yīng)清除水分，鐵銹，氧化皮，油污等雜物，始能焊接。坡口附近30mm區(qū)域的油污、水分、氧化皮及鐵銹等清理干凈。檢驗確認焊機及其附屬設(shè)備以及供氣系統(tǒng)都能正常工作。

1.1.2 防風(fēng)、防雨措施

由于風(fēng)對氣體的保護效果危害較大，室外焊接施工時在風(fēng)速超過2m/s環(huán)境下使用時，應(yīng)采取相應(yīng)的防風(fēng)措施。在焊縫周圍有水或焊縫周圍已潮濕時，要對焊縫周圍吹干后才能進行焊接作業(yè)，如遇惡劣天氣要停止施焊。

1.1.3 引熄弧板、襯墊的使用

引熄弧板一般采用100×100mm的規(guī)格，厚度盡量與母材一致，并切割出與正式焊縫相似的坡口和間隙，坡口延長一般至少30mm。安裝襯墊時必須保證成形槽與坡口中心一致，襯墊之間推緊無間隙，焊前要確保襯墊里無氧化鐵等雜質(zhì)。

1.2 焊接過程基本操作要求及注意事項

1.2.1 焊接過程中，在保證焊縫質(zhì)量的前提下應(yīng)合理安排焊接順序，以減小變形。對于船體拼板對接焊縫，當(dāng)板縫錯開時，應(yīng)先焊橫焊縫，后焊縱縫，當(dāng)板縫未錯開時，應(yīng)先焊縱縫，后焊橫縫。

1.2.2 焊接打底焊時，第一道焊縫要有足夠的厚度（一般不小于4mm），以防止裂紋的產(chǎn)生。焊接過程中，焊槍橫向擺動時，要保證兩側(cè)坡口有一定熔深，避免焊縫兩側(cè)形成夾角，產(chǎn)生未焊透、夾渣等缺陷。采用多道焊時， 要控制每層焊道厚度，焊工在每一道焊后須清除焊渣與飛濺，清除缺陷后再進行下一道的焊接。蓋面焊接時，焊槍擺動的幅度比填充層要大一些，擺動時幅度應(yīng)一致，速度要均勻。

1.2.3 焊工應(yīng)對自己所焊的焊縫正反面進行檢查，用肉眼檢查有無缺陷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有害的缺陷時必須選用打磨，氣刨等方法進行清除，不能直接補焊。并且查明原因，采取必要措施。

2 CO2氣體保護半自動焊缺陷情況分析

2.1 CO2氣體保護半自動焊焊縫的RT無損檢測

RT無損檢測，即Radiographic testing射線檢測，是指用X射線或g射線穿透試件，以膠片作為記錄信息的器材的無損檢測方法，該方法是最基本的，應(yīng)用最廣泛的一種非破壞性檢驗方法。可以獲得缺陷的直觀圖像，定性準(zhǔn)確，對長度、寬度尺寸的定量也比較準(zhǔn)確；對體積型缺陷（氣孔、夾渣、夾鎢、燒穿、咬邊、焊瘤、凹坑等）具有很高的檢出率。

2.2 CO2氣體保護半自動焊缺陷數(shù)據(jù)統(tǒng)計

結(jié)合在船廠的實際工作，對近兩千份RT無損檢測的CO2氣體保護半自動焊接的不合格焊接缺陷片位數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，如下表1所示。

圖1 RT無損檢測不合格片位焊接缺陷統(tǒng)計

如圖1顯示，CO2氣體保護半自動焊缺陷大部分都是夾渣與氣孔，超過了90%，其他的如裂紋、未熔合、未焊透、咬邊缺陷只占少數(shù)部分，而且在統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，夾渣以及氣孔缺陷有相當(dāng)一部分是條狀夾渣、樹枝狀氣孔或者密集型氣孔的嚴(yán)重缺陷。如圖2、3是RT無損檢測出比較嚴(yán)重的焊接缺陷底片。

圖2 條狀夾渣 圖3 樹枝狀氣孔

2.3 CO2氣體保護半自動焊缺陷成因分析

2.3.1 針對缺陷產(chǎn)生的原因主要從幾個方面來分析：人，機，料，法，環(huán)。

（1）人。現(xiàn)場員工的質(zhì)量意識非常重要，是否遵守作業(yè)指導(dǎo)書及工藝要求進行操作，發(fā)生不良情況下的應(yīng)對，并對本工序?qū)嵭凶詸z，互檢并且操作技能熟練程度等方面都對焊接質(zhì)量直接造成影響。

（2）機。現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)如何，設(shè)備的保養(yǎng)，焊機、焊槍等是否正常，需要保持設(shè)備在正常的工作狀況下工作。

（3）料。確認現(xiàn)場使用的焊材是否符合要求，特別是不能潮濕或者有油污等情況。現(xiàn)場中發(fā)現(xiàn)一些用掉一部分的焊絲盤遺留在現(xiàn)場或者放在現(xiàn)場的工具箱中，被雨水打濕或者夜間水汽大的原因，造成了焊絲變潮，如果拿來繼續(xù)使用極大的造成了焊接不穩(wěn)定及焊接缺陷的產(chǎn)生。

（4）法。生產(chǎn)過程的工藝方法及操作手冊，工藝參數(shù)的合理性，特別是各種船型，不同區(qū)域位置鋼材型號及規(guī)格不一樣，需要使用不同的工藝方法以及焊接參數(shù)。

（5）環(huán)。現(xiàn)場焊接過程中環(huán)境也是影響焊接缺陷產(chǎn)生的一大因素，特別是在露天作業(yè)時，需要用防風(fēng)工裝，并且在雨天時如未能很好的防雨則不能進行焊接作業(yè)。

2.3.2 現(xiàn)場實際情況調(diào)查分析

焊接質(zhì)量是和每一位焊工的質(zhì)量責(zé)任心是息息相關(guān)的。如果工人抱著僥幸心理、得過且過的思想就會導(dǎo)致焊接質(zhì)量的惡化，絕大部分的質(zhì)量事故不是因為技能的欠缺，而是敷衍的態(tài)度。

在生產(chǎn)實際的巡查以及調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，很大部分缺陷的產(chǎn)生主要是由于工人操作不規(guī)范或者焊接規(guī)范不合理造成的。由于工人在焊接過程中沒有按照焊接規(guī)范進行焊接，如焊接電流電壓過高等；操作不規(guī)范，如焊槍傾角不合理、焊接速度不當(dāng)?shù)取€別工人責(zé)任心不強，為了趕施工進度，未嚴(yán)格按照施工要求進行施焊，故意調(diào)整焊接參數(shù)，有意加快焊接速度，而忽視了施工質(zhì)量，都極大機率造成了焊接缺陷的產(chǎn)生。而工人操之過急，未清除或者沒有完全清清除上一道產(chǎn)生的缺陷，就直接進行下一道的焊接，焊接完畢后又沒有進行相應(yīng)的返修處理，從而造成了焊縫缺陷的存在。

為了深入了解缺陷產(chǎn)生的原因，經(jīng)過現(xiàn)場實際的現(xiàn)場調(diào)查，走訪了許多工人師傅，對現(xiàn)場的焊接設(shè)備進行了檢查，對現(xiàn)場進行蹲守觀察等手段，發(fā)現(xiàn)了在實際工作中造成了不同缺陷產(chǎn)生的主要原因。

（1）針對夾渣缺陷，夾渣產(chǎn)生主要是在打底焊，或者是填充焊時的焊渣沒有清理干凈以及操作不當(dāng)造成的。如打底焊后，焊縫兩邊焊渣沒有清除干凈，填充焊時，焊槍擺動不到位造成將焊渣覆蓋在里面；或者由于焊縫中間高兩邊低，下一道施焊時操作不當(dāng)造成焊渣遺留在焊縫兩邊。此外，在起弧或者熄弧位置造成了夾渣，而焊接過程中并沒有對接頭中產(chǎn)生的缺陷進行處理就進行下一層的焊接，并且在焊接完畢后又沒有進行翻修處理，從而造成了缺陷遺留在焊縫中。如圖4典型夾渣缺陷示意圖。

圖4 焊道兩邊夾渣 圖5密集氣孔

（2）而針對氣孔缺陷，氣孔的產(chǎn)生主要是坡口內(nèi)的水分及油銹沒有清理，或者在焊接過程中由于沒有很好的防風(fēng)、氣管漏氣或者堵塞造成氣壓不足、操作不規(guī)范等都造成焊縫中產(chǎn)生氣孔。而由于下雨，焊工質(zhì)量意識弱，又趕進度，沒有嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律要求更增加了氣孔的產(chǎn)生機率。如圖5典型氣孔缺陷示意圖。

（3）裂紋主要是在CO2打底焊收弧時，由于縮孔尾部產(chǎn)生的；此外還有焊接過程中焊接參數(shù)不當(dāng)也造成裂紋的產(chǎn)生。其他的如焊瘤、未熔合、未焊透等基本都是由于焊接規(guī)范不合理、焊接操作不合理造成的。

3 CO2氣體保護半自動焊接缺陷返修及預(yù)防

3.1 焊接缺陷翻修

從事焊縫焊接修補的焊工必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)和考試，并取得船級社或有關(guān)的檢驗部門認可的技能證書，方能上崗。

一般情況下條狀氣孔、密集氣孔在焊縫的任何位置都可能；樹枝狀氣一般存在于焊縫表面；夾渣、未熔合一般在焊縫的兩邊或分道焊搭接位置；裂紋一般在襯墊焊的第一道焊或者焊縫引熄弧處。返修作業(yè)時，根據(jù)具體情況采用打磨或碳刨去除缺陷，焊縫表面有氣孔、夾渣、未熔合等焊接缺陷時，則需用砂輪或碳弧氣刨剔除缺陷后進行修補焊接。許多缺陷從焊縫表面上看是看不出來的，通過RT等無損檢測方法可對焊縫進行檢測，如果焊縫內(nèi)部存在超標(biāo)焊接缺陷時，通過觀察RT缺陷片位，觀察缺陷類型及缺陷特點進行預(yù)測焊接缺陷所處的深度及位置，如條狀裂紋則最有可能是打底焊時出現(xiàn)的缺陷，此時應(yīng)該優(yōu)先從焊縫反面先進行碳刨清除缺陷；而如果是密集氣孔或者夾渣之類的缺陷，則焊道里面的所有位置都有可能存在，此時則選擇從焊縫一面先進行碳刨把缺陷清除，如果未能完全找到，則在焊縫反面再進行碳刨把缺陷清除，打磨后進行封底補焊。通常情況下通過經(jīng)驗?zāi)芘袛喑鋈菀桩a(chǎn)生缺陷的位置，如焊接接頭比較同意產(chǎn)生夾渣及裂紋缺陷，如圖6-9所示焊接接頭缺陷返修狀況。在返修前從表面上看焊縫是良好的，但經(jīng)過打磨掉約2mm后顯現(xiàn)出了裂紋的跡象；繼續(xù)打磨到約3mm后清晰看到了裂紋缺陷；繼續(xù)打磨，直至打磨掉約5mm后缺陷完全被清除。

圖6接頭未處理前 圖7 接頭打磨約2mm后

圖8 接頭打磨約3mm后 圖9接頭打磨約5mm后

3.2 焊接缺陷的預(yù)防簡述

為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保焊接質(zhì)量，避免焊接缺陷的產(chǎn)生，首先必須提高焊工的操作技能，提高焊工的質(zhì)量意識，要求操作人員嚴(yán)格根據(jù)操作規(guī)范要求進行，嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程進行，按規(guī)范要求使用合適的焊接參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)暮附与娏骱秃附铀俣龋莆者m當(dāng)?shù)臄[動，嚴(yán)格控制位置和焊絲角度，改善焊道成型。此外，焊縫裝配間隙要適當(dāng)并均勻，控制好裝配質(zhì)量，選用合適正確的坡口。焊前焊工必須持有相應(yīng)類別的焊工上崗證，施焊前要檢查相關(guān)焊接設(shè)備，保證焊接設(shè)備能夠正常使用，仔細檢查焊縫的坡口、間隙等情況，并認真做好焊縫的清潔工作，清除母材和焊絲表面鐵銹、油污、水分等雜物，適當(dāng)預(yù)熱除去水分，CO2焊絲、襯墊要確保干燥沒有受潮，下雨或濕度超過90%的天氣應(yīng)停止焊接，如確要施工，必須做好防護措施，用火焰烘干焊縫表面的水汽。當(dāng)采用多層多道焊時，應(yīng)仔細清除每層焊道及坡口側(cè)壁的熔渣，焊絲的擺幅不應(yīng)太大，注意焊后嚴(yán)禁用點焊修補方式修補焊縫缺陷，焊后做好自檢互檢工作，對發(fā)現(xiàn)的缺陷及時返修。

4 結(jié)束語

目前船舶制造所使用的焊接方法中CO2氣體保護半自動焊接所占的比例非常大，深入了解CO2氣體保護半自動焊接缺陷的產(chǎn)生，制定有效的預(yù)防及應(yīng)對措施成為造船業(yè)避不開的一個重要課題。文章通過在船廠實際工作過程中對CO2氣體保護半自動焊接產(chǎn)生缺陷進行了統(tǒng)計分析，并對在實際操作過程中產(chǎn)生缺陷原因進行總結(jié)分析并總結(jié)了預(yù)防措施，具有積極的借鑒意義。

參考文獻

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