海洋工程船舶船體結構搭載焊接方法選用淺析

張剛賓 黃博

摘 要：海洋工程船舶搭載焊接方法很多，由于搭載是決定船體質量的重要環節，如何選用高效正確的焊接方法至關重要。本文主要介紹了海洋工程船舶船體結構搭載過程中焊接方法的優缺點，適合位置的焊接方法可供相關技術或施工管理人員選用。

關鍵詞：船體結構；焊接；焊接方法；搭載；大合攏

本文通過對某船廠配備的一座長460米，寬135米，水深14.5米的干船塢和一臺900噸龍門吊及一臺1000噸龍門吊為生產用設備，通過對此干船塢制造的鋪管船、鉆井船、浮船塢以及浮式儲油船的船體結構搭載焊接方法進行總結，并對焊接方法的優缺點及適合位置進行簡單闡述。

施工條件準備：船體分段經過預合攏后，由龍門吊吊裝到干船塢的水泥墩或相應的分段上后，由精度控制人員定位后，鉚工使用馬板將兩個船體分段的結構進行加強定位，定位焊后，打磨工隨后對坡口及焊縫進行打磨，徹底清除接縫邊緣的水分、油銹、切割氧化皮等雜質。焊工就開始對船體大接縫進行焊接工作。

焊接方法的選擇應遵循以下原則，（1）保證質量，獲得外觀和內在質量滿意的焊接接頭，焊接變形盡量小。（2）具有較高的生產率。在干船塢焊接時，受環境的影響較大，易受風、雨、雪、氣溫、濕度等自然因素的影響，并且全位置焊接較多，一些高效、自動化程度較高的焊接方法受到限制。

在海洋工程船體分段大合攏中，主要有以下四種焊接方法：

1.二氧化碳氣體保護藥芯焊

對船體分段搭載中，大部分位置均可選用二氧化碳氣體保護藥芯焊，該方法可以進行平焊、橫焊、角焊、立焊、仰焊。該方法是以連續送進的焊絲與船體分段焊縫之間的燃燒的電弧作為熱源，利用電焊炬噴嘴噴出的氣體來保護電弧進行焊接。二氧化碳的主要作用就是隔離空氣中的某些組分，使其對焊縫的影響減少或杜絕，實現對焊縫及近焊縫區的保護。此方法優點為：焊接速度快，熔敷效率高，飛濺少，電弧更加穩定，焊接成本低，焊接應力變形小，焊接質量高，操作簡單。但采用此方法焊接時，弧光輻射強，風速等于或大于2米/秒時，不采取擋風措施的情況下，現場要停止施工，否則容易出現氣孔，影響焊接質量。有風時需要在現場設置擋風板等防風措施后焊接。焊接對接焊縫時，背部貼陶瓷襯墊，正面采用二氧化碳氣體保護焊方法焊接，使焊縫單面焊，雙面成型。對焊接接頭處或有氣孔的位置，背部需要碳弧氣刨清根，用砂輪機打磨干凈滲碳層與溶渣，直至漏出金屬光澤后，再焊滿為止。在對接焊縫兩端設引弧板或者熄弧板，把焊縫兩端向外延長，避免缺陷落在焊縫的始末端，從而保證了整條焊縫質量穩定均勻。二氧化碳氣體是屬氧化性氣體，焊接時二氧化碳氣體被大量分解，分解出來的原子氧具有強烈的氧化性。常用的脫氧措施是加入鋁、鈦、硅、錳脫氧劑。二氧化碳氣體保護焊可以焊接碳鋼和低合金鋼。焊絲選用TWE-711Ni 的二氧化碳焊絲，焊絲直徑為1.2毫米。

2.埋弧自動焊

埋弧自動焊簡稱（SAW），埋弧焊以連續送進的焊絲作為電極和填充金屬，在焊接區上面覆蓋一層顆粒狀焊劑，電弧在焊劑下燃燒，將焊絲端部和局部母材溶化，形成焊縫，依靠顆粒狀焊劑堆積形成保護條件，焊劑和熔渣能有效地防止空氣侵入熔池而受污染，還可以降低焊縫冷卻速度，從而可以提高焊接接頭的力學性能。需要在高速和大熱量輸入的情況下保證焊縫具有良好的力學性能和背面成形。

埋弧自動焊適用于船體分段搭載后的中厚板（鋼板厚度大于等于8mm），直縫，長縫，平位置的焊接。由于需要導軌行走，所有對于一些形狀不規則的焊縫無法焊接，且不適宜焊接薄板。

此方法的優點為生產效率高，勞動條件好，沒有弧光，對焊工眼睛無傷害，焊接時放出的煙塵和有害氣體少。焊接質量高，由于焊接工藝參數可以通過自動調節保持穩定，焊縫表面光潔平直，焊縫金屬的化學成分和力學性能均勻而穩定。焊接后探傷人員對焊縫進行無損檢測，即磁粉探傷（MT）及手工超聲波探傷（UT）時，通過率極高。

3.氣電垂直自動焊

氣電垂直自動焊簡稱（EGW），適用于船舶分段合攏時立向上對接焊接。由于機頭可隨平行于焊道的軌道自動爬行，因此幾十米長的焊縫可一次完成，是一種高效、優質的垂直焊方法。

焊接過程中用二氧化碳氣體作保護，并對焊接熔池強制一次成形的方法來完成。焊縫的前后面分別用水冷銅滑塊和帶有梯形凹槽襯墊，以保持熔池穩定和成形良好。采用此方法時，在大合攏焊縫內側搭設腳手架，組裝馬板，貼KL型專用襯墊，合攏縫外側上方掛垂直移動吊籠，人員站在吊籠內進行操作。焊件裝配時要求坡口內無定位焊縫，貼襯墊一側用馬板組裝，馬板間距≤350毫米，馬板的槽口必須和坡口中心一致。該方法適用于船體外板，船體舷側，隔艙壁垂直對接縫的焊接。該方法使用的焊接材料為直徑φ1.6毫米的藥芯焊絲，典型牌號DWS-43G。

4.手工電弧焊

手工電弧焊簡稱（SMAW），是焊工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法，焊工以外部涂有涂料的焊條作為電極及填充金屬，電弧在焊條端部和被焊工件表面之間燃燒，熔化焊條和鋼板形成焊縫。涂料在電弧作用下產生氣體，保護電弧，又產生熔渣覆蓋在熔池表面，防止熔化的鋼板與周圍氣體相互作用，又向熔池添加合金元素，改善焊縫金屬性能。此方法適用于大合攏時狹窄空間場合的焊接，對接焊縫及角接焊縫均可采用，也適合船體大合攏完畢，整船驗收時的漏焊和補焊，適合各種位置的焊接。該方法設備簡單，操作靈活方便，適應性強，可達性好，不易受風的影響，在大多數天氣情況下都可以進行焊接，對焊接金屬的最大厚度沒有限制。在環境溫度低于18度時，應采用氣體火焰將母材預熱到21度以上。但是勞動條件差，焊工要受到高溫烘烤，有毒、煙、塵、和金屬蒸汽的危害，熔敷速度慢，焊接效率較低，勞動強度大，在搭載焊接時，空間開闊及易于實現自動化焊接的位置較少適用，對焊工的操作技術要求高，焊接質量在一定程度上取決于焊工的操作水平。焊條應采用船級社認可的堿性低氫型焊條，常用的焊條尺寸為長度460mm，焊條直徑一般為3.2mm，4.0mm。

5.結語

由于船塢工期緊迫，要求施工速度快，而焊接是船塢搭載時最為重要的工序。因此選擇合適的焊接方法對降低成本，提高焊接效率，搞好焊縫的質量極為重要。目前我國船廠的焊接技術基本上滿足了船廠生產的需要，但是隨著大型集裝箱船及海洋工程環保型船舶的開發建造，在大厚度鋼板的焊接及3～6mm薄板的焊接方法等高新技術方面的應用會越來越多，特別是船舶焊接機器人技術，焊接機器人對船舶高效焊接自動化有著深刻的意義，值得我們深入探討。

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