試論船舶焊接的缺陷及質量管理

馬修倫

中國船級社質量認證公司青島分公司 山東 青島 266000

引言

國內最早于20世紀初期開始研究船舶制造領域的實用焊接技術,并以1920年的“英國遠洋船”作為標志,正式將船用焊接技術引入國門,這不僅意味著現代焊接技術已經在造船工業中得到廣泛應用,并且成功地將傳統手指關節技術轉變成機械關節技術。由于這種新型焊接技術的應用,主要造船廠的運行方式發生了重大變化,從“集成建造模式”到現代“分段生產模式”已發生了很大的變化。自20世紀40年代以來,造船焊接技術就已經進入了快速發展的應用階段,且隨著重力焊、氣保焊、埋弧焊等多類型高效焊接方法的出現,該項技術的實際應用范圍也在不斷擴張。特別是在1950年代后期,船舶焊接技術的研究取得了全面進展,不僅建立了以高效節能為特征的高效焊接技術體系,也使得原有氣電立焊與埋弧焊技術的應用流程得到不斷完善。70年代起,國家開始大力扶持單面焊、CO2氣體保護焊等多項焊接技術,且隨著焊接型機器人的問世,船舶焊接應用技術也在逐漸趨于完善。

1 船舶焊接的缺陷

1.1 鋼船焊縫咬邊缺陷產生的原因、危害 造成咬邊的原因有焊接電流過大、焊條速度過快、引弧時間過長或焊條角度不合適等。咬邊的危害主要表現為：減少鋼材接頭的工作截面、導致底切應力集中、容易產生斷裂等。因此,在動荷載作用下的重要構件或結構不允許倒切,否則倒切深度會受到限制。

1.2 氣孔缺陷 船舶焊接過程中,氣孔是比較常見的問題。氣孔分為兩種,即表面氣孔和內部氣孔。如果出現氣孔問題,不僅會導致船舶的美觀性受到影響,還會導致船舶的整體強度和硬度降低。出現氣孔的原因如下：

1)氣體在焊接熔池中沒有被全部排出。

2)焊接時沒有采取合理的措施防風,導致空氣直接進入熔池。

3)焊接材料在使用前沒有做好烘焙處理。

4)焊芯上存在雜質。

5)焊接邊縫的清潔不到位,導致焊接中出現水和油漬等。

1.3 鋼船焊接裂紋缺陷 焊接裂紋包括熱裂紋和冷裂紋。在結晶過程中產生裂紋的焊接金屬從液體到固體狀態被稱為熱裂紋,焊后立即可見,主要發生在焊縫的中心,而且大部分的表面裂縫貫穿,顯示氧化顏色和裂紋尖端略圓。熱裂紋的原因是焊接熔池中的低熔點雜質。由于低熔點雜質,最新的結晶固化,固化后的可塑性和強度都非常低。這些低熔點雜質由于大的外部結構的約束應力和焊接金屬的凝固收縮而引起晶間裂紋。當焊接零件和焊條中含有更多的硫和銅雜質時,很容易產生熱裂紋。焊接前必須預熱焊接位置,除去凝結在鋼板上的水分,并消除部分裝配應力。焊縫在金屬冷卻或冷卻過程中,在熔合線的焊縫處,稱為冷裂紋。此類裂紋可能在焊接后立即出現,或者在焊接后數小時,數天甚至更長時間內出現。

2 船舶焊接的質量管理措施

2.1 學習先進的船舶焊接理論 就目前發展情況來看,國內船舶焊接技術的應用理論過于陳舊,很難在注重材料與焊接應用能力使用的同時,在型材韌度、硬度等方面不斷提升。此外,各項船舶用焊接產品的使用期限相對較短,不僅不能抵御海水等外界環境因素的侵害影響,也很難對船舶內部主機進行合理化保護,特別是在惡劣的天氣環境下,由于船板焊接位置處存在著較大的焊縫結構,易導致水、空氣等物質經由此進入船舶主機內部,并對船體的正常航行狀態造成影響。因此,出于應用安全性考慮,應在保持現有船舶焊接技術水平的同時,引進并學習先進的焊接材料選擇理論,一方面使得船舶表面的防護安全性得以有效保障,另一方面亦可避免不良航行行為事件的發生,實現對船舶主機的合理化保護。

2.2 使用新的焊接工藝 在船舶制造業的焊接過程中,由于焊接材料存在單一性,難免會對實際的生產效率產生影響。所以,在船舶的生產過程中不同企業的需求存在差異,對于造船的材料以及產品的結構需求也會存在差異,使得船舶焊接朝著個性化與定制化的方向發展。目前,船舶制造模式已經對焊接技術帶來了影響,所以需要格外重視焊接工藝的更新。我國有很多船廠都選擇先進平面分段裝焊流水線的引入,同時配備了相應的新設備與新工藝,能確保整體能夠朝著半自動化和自動化的方向發展,以此提高船舶焊接效率。此外,應用立焊工藝技術,滿足降低工人勞動強度的要求,同時增強對于工人的培訓,實現對焊接生產操作步驟的簡化處理,確保焊接質量的穩定性。

2.3 使用耐腐蝕的船體材料 為了提高船體的耐腐蝕性,在船體結構中應采用性能良好,強度適當的焊接工藝,并應選擇電化學性能相匹配的不同類型的鋼。同一艘船上使用的建筑材料應使其腐蝕電位盡可能接近,以最大程度地減少對船體的電偶腐蝕的損害。船上的許多動力系統、消防管和相關的冷卻水管網絡經常由于振動或腐蝕而泄漏。如果管道中的流速比較快,可以采用銅鐵陽極的組合技術。如果管道中的流量很高,并且需要承受強烈的腐蝕,則可以選擇雙相不銹鋼管或鈦管。盡管鈦管的性能相當優越,但其價格卻極為昂貴。對于管道流量不高和對耐腐蝕性能不太高的要求,可以使用鍍鋅管或普通鋼管。

2.4 加強焊接檢驗 焊接檢驗作為焊接的最后工序,應及時發現焊接之中存在的問題,采取針對性的措施進行合理的改進與調整,以此提高焊接質量。在檢驗過程中要對于坡口、間隙等有明確的分析,然后利用實際的工藝規定處理,這樣就可以推動后續工作的有效實施。另外,要做好水壓試驗和氣壓試驗工作,避免日后出現滲透的情況,以此保證焊接氣密性與標準相互匹配。所以,針對船舶焊接質量而言,需要從各個環節入手,進行系統的、全面的焊接檢驗,有效規避焊接問題的發生。

3 結語

從實用性角度來看,船舶焊接技術的發展已經成為國內各大船舶制造企業的核心發展方向,特別是在高效焊接材料的選擇與應用方面,各大企業更是投入了極大的關注度,力求使企業自身的焊接處理技術達到理想化應用水平。