船舶焊接存在的缺陷與質(zhì)量控制措施

文/陳文祥，武漢交通職業(yè)學(xué)院

焊接技術(shù)作為船舶制造過(guò)程中的重要技術(shù)，將會(huì)直接決定船舶的密封性和基本強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)船舶焊接缺陷的研究，將缺陷限制在可接受范圍之內(nèi)，從而有效確保船舶建設(shè)的基本質(zhì)量，從以下做起：

1 船舶焊接中存在的缺陷危害及其形成原因

1.1 焊縫中存在氣孔缺陷

焊縫中有單個(gè)氣孔、密集氣孔和鏈狀氣孔，它們有的成球形，有的成橢圓形狀出現(xiàn)，大小各不相同。氣孔的存在減少了焊縫有效截面積，降低了焊縫的強(qiáng)度，同時(shí)也破壞了焊縫的致密性。

產(chǎn)生氣孔原因有：一是在潮濕或惡劣的工作環(huán)境進(jìn)行焊接作業(yè)，沒(méi)有采取有效的防護(hù)措施；二是使用了藥皮受潮、變質(zhì)、脫落和焊芯生銹和過(guò)期的焊接材料和焊劑；三是焊接過(guò)程中焊接電流過(guò)大造成焊條焊芯發(fā)紅藥皮脫落，焊接熔池失去了藥皮的有效保護(hù)；四是待焊焊件坡口及坡口周圍及兩側(cè)油污、鐵銹和氣割殘?jiān)辞謇砀蓛簦晃迨呛腹げ僮饕》椒ú划?dāng)，運(yùn)條過(guò)程中堿性焊條焊接電弧較高，操作水平有限。

1.2 焊縫中存在的夾渣缺陷

夾渣是夾雜在焊縫金屬內(nèi)部的非金屬熔渣，如果在焊縫中出現(xiàn)連續(xù)性尺寸較大的夾渣，會(huì)出現(xiàn)裂縫從而降低焊縫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，是最危險(xiǎn)的焊接缺陷之一。

夾渣產(chǎn)生原因有：一是焊接時(shí)選擇的焊接電流過(guò)小和焊接坡口角度較小；二是坡口部位清理不夠徹底，進(jìn)行多層多道焊焊接時(shí)，焊道層間藥皮未清理干凈；三是焊條角度和運(yùn)條方法不正確。四是整體的焊接速度過(guò)快，熔池中存在的雜質(zhì)缺乏足夠時(shí)間浮出熔池表面。

1.3 焊縫中存在未焊透缺陷

焊接時(shí)，焊道與母材之間，母材有未完全熔化的部分叫未焊透缺陷。焊縫未焊透缺陷是熔敷金屬兩邊或者邊緣沒(méi)有完全融化，出現(xiàn)在單面焊接根部或者雙面焊接的中間部位，會(huì)極大降低焊接部位的機(jī)械性能，甚至?xí)霈F(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。根據(jù)所產(chǎn)生的部位不同，分為根部未焊透和邊緣未焊透。

產(chǎn)生未焊透缺陷原因：一是焊接電流過(guò)小和焊接速度過(guò)快；二是坡口角度較小并且焊接電流過(guò)小；三是選擇的坡口鈍邊太厚，預(yù)留間隙較小；四是選擇的焊條直徑偏大，坡口角度小，焊條未伸進(jìn)坡口根部，母材根部沒(méi)有完全熔化；五是焊條偏心以及焊條擺動(dòng)幅度不到位。

1.4 焊縫中存在裂紋缺陷

裂紋是船舶焊接過(guò)程中最危險(xiǎn)的焊接缺陷，船舶建造過(guò)程中使用的基本碳鋼或者低合金鋼焊接材料，按照不同的產(chǎn)生部位可以分為如下幾種：橫向裂紋、縱向裂紋、弧坑裂紋、熱影響區(qū)裂紋。它存在于焊縫或母材上的縫隙，造成焊接結(jié)構(gòu)的破壞，船體整體斷裂基本上都是由裂紋造成的，所以在焊接過(guò)程中不允許焊接裂紋存在，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)、熱影響區(qū)以及母材存在有裂紋缺陷，必須進(jìn)行徹底清除之后加以修補(bǔ)。

焊接裂紋產(chǎn)生的原因：一是含碳量很高的焊件材料，如果使用含硫、磷較高的焊接材料，在不采取工藝措施的情況下，極容易產(chǎn)生焊接裂紋，所以與焊件材料的化學(xué)成分以及焊件材料的可焊性有關(guān)。二是設(shè)計(jì)不合理，焊縫處在過(guò)于密集區(qū)域，在焊接過(guò)程中，也沒(méi)有按照相應(yīng)的焊接順序進(jìn)行焊接，造成焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大應(yīng)力和變形，超過(guò)焊縫金屬?gòu)?qiáng)度極限。

2 船舶焊接存在的缺陷控制措施

2.1 對(duì)氣孔缺陷進(jìn)行防治

1）焊前將坡口及坡口周圍邊緣10-15mm范圍內(nèi)使用機(jī)械打磨干凈，直至露出金屬光澤。2）在潮濕環(huán)境放置的工件和大構(gòu)件焊接前，還應(yīng)對(duì)工件進(jìn)行火焰烘烤去除水分。3）在焊接之前必須對(duì)焊接材料和焊劑按照規(guī)定要求，即按照規(guī)定的溫度和時(shí)間進(jìn)行烘焙，經(jīng)烘焙合格的焊條放置在保溫桶內(nèi)隨用隨取。4）對(duì)已經(jīng)變質(zhì)、焊條藥皮脫落、焊芯銹蝕和發(fā)生磁偏吹嚴(yán)重的的焊條禁止使用。5）正確選擇焊接電流，堿性焊條采用直流反接電源并采用短電弧焊接，氣孔是熔池中的氣體來(lái)不及逸出而留在焊縫中的空穴，所以在船舶焊接過(guò)程中保證不被焊穿的前提下，適當(dāng)加大焊接電流，降低焊接速度，以延長(zhǎng)熔池停留時(shí)間，有利于氣體從熔池中逸出。6）焊條電弧焊是利用焊條藥皮的分解、熔化而生成氣體和熔渣，對(duì)焊條端部、熔池及附近區(qū)域進(jìn)行有效保護(hù)，防止大氣對(duì)熔化金屬的有害污染，所以焊條電弧焊焊接時(shí)風(fēng)速不得超過(guò)8m/s；而氣體保護(hù)焊是利用氣體對(duì)熔池進(jìn)行有效保護(hù)，在現(xiàn)場(chǎng)焊接風(fēng)速不得超過(guò)2m/s。

2.2 對(duì)夾渣缺陷進(jìn)行防治

1）焊前將坡口及坡口周圍邊緣10-15mm范圍內(nèi)使用機(jī)械打磨干凈，直至露出金屬光澤。2）在保證不被焊穿的前提下，適當(dāng)選擇較大的焊接電流，焊接速度不宜過(guò)快。3）焊縫處在焊接位置不同，焊接電流也不盡相同，平焊位置的焊接電流一般比立焊和仰焊位置的焊接電流要大10%-20%。4）在使用酸性焊條焊接平焊位置時(shí)，焊條對(duì)準(zhǔn)焊縫坡口，焊條與焊接方向成70°-80°夾角，這樣有利于分清熔化金屬和熔渣，必須使熔渣在熔池的后面，否則很容易產(chǎn)生夾渣。5）對(duì)于坡口角度較小和立焊、仰焊的焊接位置，不宜采用大直徑焊條和小規(guī)范電流焊接。6）進(jìn)行多層多道焊焊接時(shí)，應(yīng)將每層焊道藥皮或夾雜物清除干凈再焊接。

2.3 對(duì)未焊透缺陷進(jìn)行防治

1）焊前將坡口及坡口周圍邊緣10-15mm范圍內(nèi)使用機(jī)械打磨干凈，直至露出金屬光澤。2）選擇合適的焊條直徑，單面焊雙面成形時(shí)坡口鈍邊不宜太厚，先預(yù)留合適的焊縫間隙，一般先焊的焊縫間隙略比后焊的焊縫間隙小些，焊接時(shí)焊條端部應(yīng)伸進(jìn)坡口根部便于焊接電弧將鈍邊充分熔化。3）在實(shí)際焊接過(guò)程中，盡量使用交流焊機(jī)代替直流焊機(jī)，從而避免磁偏吹現(xiàn)象出現(xiàn)。4）焊縫根部有未焊透缺陷時(shí)，應(yīng)用碳弧氣刨或角向磨光機(jī)進(jìn)行徹底的清理干凈，然后開適當(dāng)?shù)暮附悠驴谥匦逻M(jìn)行焊接修復(fù)。

2.4 對(duì)裂紋缺陷進(jìn)行防治

1）選擇必須與母材金屬化學(xué)成分相匹配的焊接材料進(jìn)行焊接。2）對(duì)于可焊性較差的合金鋼結(jié)構(gòu)、厚度較大的構(gòu)件和較低的環(huán)境溫度，焊接前應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行焊前預(yù)熱，焊接過(guò)程中保持層間溫度，焊接完成后還需進(jìn)行保溫緩冷或焊后熱處理等技術(shù)措施。3）由于焊接熱源和焊接熱循環(huán)的作用，在焊接過(guò)程中，使焊件受熱不均勻，金屬各部件受熱時(shí)的膨脹和冷卻時(shí)的收縮不同，就在焊件中產(chǎn)生了應(yīng)力和變形，焊接結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的承載能力，常常會(huì)引起裂紋和脆斷，所以在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該事先考慮結(jié)構(gòu)形式，盡量避免焊縫過(guò)于集中，而產(chǎn)生強(qiáng)大的應(yīng)力和變形，還應(yīng)該選擇正確的焊接程序進(jìn)行施焊。

3 提升焊接質(zhì)量的基本方式

3.1 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，有效提升船舶的穩(wěn)定性

船舶設(shè)計(jì)是頂層基礎(chǔ)性的工作，焊接結(jié)構(gòu)在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照船舶制造的相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行。船舶焊接管理人員還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)船舶焊接質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制，根據(jù)船舶制造的實(shí)際需求對(duì)船舶焊接的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行全面系統(tǒng)評(píng)估，從而有效杜絕船舶焊接質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)。加強(qiáng)研究以實(shí)現(xiàn)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分考慮裝配焊接的空間位置，還應(yīng)考慮避免一個(gè)區(qū)域內(nèi)焊縫過(guò)多造成焊接應(yīng)力集中，有利于焊接質(zhì)量的提升。

3.2 完善制造設(shè)備和材料，有效提升焊接質(zhì)量

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，更多新材料出現(xiàn)在船舶制造過(guò)程中，但是在新材料的選擇和使用過(guò)程中必須以進(jìn)行嚴(yán)格審查，材料制造廠應(yīng)具有良好的生產(chǎn)條件、成熟的制造工藝和完善的質(zhì)量管理體系，以確保產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

結(jié)合當(dāng)前的船舶制造新技術(shù)和新工藝進(jìn)行可行性分析，船舶上使用的新鋼材和焊接材料，在制造廠焊接生產(chǎn)開工建造之前焊接工藝需經(jīng)CCS認(rèn)可，從而有效確保材料及其相關(guān)設(shè)備匹配的合理性，最終確保船舶制造的基本質(zhì)量。

3.3 提升技術(shù)研究力度，保證操作水平的專業(yè)化

在船舶建造過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)焊接人員的培訓(xùn)，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和管理理念，船舶焊接質(zhì)量管理工作應(yīng)當(dāng)將質(zhì)量監(jiān)管工作貫穿于制造的全過(guò)程，將責(zé)任逐層落實(shí)到個(gè)人，從事船舶焊接作業(yè)的焊工，必須經(jīng)過(guò)焊工考試合格后，由CCS頒發(fā)或接受的《焊工資格證書》方可上崗進(jìn)行證書所相對(duì)應(yīng)的焊接工作。

保證所有制造人員能夠樹立起正確的質(zhì)量意識(shí)，對(duì)自己所從事的所有工作都能夠切實(shí)承擔(dān)起自身職責(zé)，推動(dòng)制造人員的專業(yè)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和管理制度的有機(jī)結(jié)合，保證船舶焊接工作開展的有序性，最終實(shí)現(xiàn)船舶焊接質(zhì)量的大幅度提升。

3.4 嚴(yán)格焊接檢驗(yàn)工作，確保焊接的有效性

船舶焊接檢驗(yàn)工作是船舶制造的最后環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)將會(huì)直接影響到船舶的后期使用。從事船舶檢驗(yàn)的無(wú)損檢測(cè)人員，應(yīng)參加CCS資格認(rèn)證委員會(huì)舉辦的相應(yīng)級(jí)別的考試，持有CCS頒發(fā)或接受的《無(wú)損檢測(cè)人員資格證書》，并從事與證書的種類和等級(jí)相符的無(wú)損檢測(cè)工作。在實(shí)際檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題及時(shí)與生產(chǎn)部門溝通和研究，作為改進(jìn)工藝的依據(jù)，及時(shí)作出合理調(diào)整，有利于焊接質(zhì)量提升。

另外，在實(shí)際檢查過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的水壓，氣壓和煤油滲透等試驗(yàn)，杜絕后期使用過(guò)程中出現(xiàn)滲透現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

焊接作為船舶制造過(guò)程中的重要工作，焊接缺陷防治將會(huì)直接影響船舶制造的整體質(zhì)量。