鋼質船舶船體焊接缺陷與防止措施

陶如豪

摘 要：本文闡述了鋼質船舶船體在焊接施工時常見的焊接缺陷，分析了焊接缺陷產生的原因和危害，并提出了相關預防措施。

關鍵詞：鋼質船舶 焊接缺陷 防止措施

在近代的金屬加工中，焊接比鑄造、鍛壓工藝發展較晚，但發展速度很快。焊接結構的重量約占鋼材產量的45%，鋁和鋁合金焊接結構的比重也不斷增加。焊接產品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對于交通運輸工具來說可以減輕自重，節約能量。焊接的密封性好，適于制造各類容器，尤其在鋼質船舶建造方面應用廣泛。鋼質船舶焊接是保證船舶密性和強度的關鍵，是保證船舶安全航行和作業的重要條件。如果焊接存在缺陷就有可能造成構件斷裂，船體焊縫滲漏，對船舶航行安全造成嚴重的安全隱患。根據以往對船舶事故的分析，50%的船舶海損事故都與船體焊接缺陷有關，在“沙灘船廠”船舶焊接缺陷尤為突出，因此在對船舶的檢驗過程中，對焊縫的檢驗尤為重要。對焊縫缺陷力求早發現，早處理。在船舶建造工作實踐中，鋼質船舶焊接缺陷種類很多，下面就幾個主要焊接缺陷進行探討：

鋼質船舶焊縫咬邊缺陷的成因、危害及預防措施

所謂焊縫咬邊是指，焊縫邊緣出現凹陷的情況，稱為咬邊。產生咬邊的原因，是由于焊接電流過大，運條速度快，電弧拉的太長或焊條角度不當等造成。埋弧焊的焊接速度過快或焊機軌道不平等原因，都會造成焊件被融化去一定的深度，而填充金屬又沒有及時填滿而造成咬邊。

咬邊的危害主要表現在：減少了母材接頭的工作截面，從而在咬邊處出現應力集中。容易在此處產生斷裂等情況，因此在重要構件或受運動載荷的結構中，一般是不允許咬邊存在的?；驅σн吷疃扔兴拗?。

預防咬邊的措施主要有：選擇合適的焊接電流和運條手法。隨時注意控制焊條角度和電弧長度；埋弧焊工藝參數要合適，特別要注意焊接速度不宜過高，焊機軌道要平整。

鋼質船舶焊縫夾渣缺陷的成因、危害及預防措施

所謂焊縫夾渣就是指殘留在焊縫中的熔渣。產生夾渣的主要原因是焊縫邊緣有氧割或碳弧氣刨殘留的熔渣，破口角度或焊接電流太小，或焊接速度過快，在使用酸性焊條時，由于電流太小或運條不當形成糊渣，使用堿性焊條時，由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣，進行埋弧焊封底時焊絲偏離焊縫中心，也極易形成夾渣。

焊縫夾渣的危害主要表現在，會降低焊縫的強度和致密性。對船舶的航行安全會造成安全隱患。

預防焊縫夾渣的措施主要有：正確選取坡口尺寸，認真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運條擺動要適當，多層焊接時應仔細觀察坡口兩側融化情況，每一焊層都要認真清理焊渣，封底焊渣應徹底清除，埋弧焊應注意不要焊偏。

鋼質船舶焊縫氣孔缺陷的成因、危害及預防措施

所謂焊縫氣孔是指在焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能溢出而行成的空穴。產生氣泡的原因有破口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡，焊條焊劑未按規定進行烘焙，焊芯銹蝕、藥芯變質、剝落。此外低氫焊條焊接時，電弧過長，焊接速度過快，埋弧自動焊電壓過高等，都易在焊接過程中產生氣泡，

焊縫氣泡的危害主要表現在：由于氣泡的存在，焊縫的有效截面積減少，過大的氣泡會降低焊縫的強度，破壞焊縫的致密性。

預防氣泡的產生的措施主要是，選擇合適的焊接電流和焊接速度，認真清理焊縫邊緣水分、油污、銹跡等。嚴格按照規定保管、清理、烘焙、焊接材料，不使用變質焊條，當發現焊條藥皮變質、剝落或焊芯銹蝕時，應嚴格控制使用范圍，埋弧焊時應選用合適的工藝參數，特別是薄板自動焊，焊接速度要盡量小些。

鋼質船舶焊縫未焊透、未熔合缺陷的成因、危害及預防措施

所謂焊縫未焊透是指焊接時，接頭根部未完全熔透的現象，稱為未焊透。、未熔合是指在焊件與焊縫金屬或焊縫層間有局部未熔透現象，稱之為未熔合。未焊透、未熔合產生的原因，是焊件裝配間隙及坡口角度太小。鈍邊太厚，焊條直徑太大、電流過小，速度過快，電弧長度過長等。

焊縫未焊透、未熔合的危害主要表現在：未焊透、未熔合是一種比較嚴重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊縫會出現間斷或突變，焊縫強度會大大降低，甚至會引起裂紋。因此，在船體重要結構中不允許出現未焊透、未熔合的情況，

焊縫未焊透、未熔合的預防措施主要有：焊件坡口表面氧化皮和油污要清除干凈。封底焊清根要徹底，運條擺動要適當，密切注意坡口兩側的熔合情況。

鋼質船舶焊縫裂紋缺陷的成因、危害及預防措施

焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋。焊接金屬由液態到固態結晶過程產生的裂紋稱為熱裂紋，其特征是焊后立即可見，且多發生在焊縫中心，沿焊縫長度分布，熱裂紋的裂口，多數貫穿表面，呈現氧化色彩，裂紋末端略顯圓形。產生熱裂紋的原因是焊接熔池中存有低熔點雜質。由于這些雜質熔點低，結晶凝固最晚，凝固后的塑性和強度又極低，因此，在外界結構約束應力足夠大，和焊接金屬凝固收縮作用下，熔池中這些低熔點雜質在凝固過程中被拉開，或在凝固后不久被拉開，造成晶間開裂，焊件和焊條內含硫、銅雜質多時，也易產生熱裂紋。

焊縫在金屬在冷卻過程或冷卻以后，在母材或母材與焊縫連接處，或與焊縫交界處的熔合線上產生裂紋，稱之為冷裂紋。這類裂紋有可能在焊后立即出現，也有可能在焊后幾小時，幾天，甚至更長時間出現。冷裂紋產生的主要原因為：①在焊接熱循環的作用下，熱區產生了粹硬組織。②焊縫中存在了過量的擴散氫且具有濃集條件。③接頭承受有較大的拘束應力。

焊接裂紋缺陷是一種非常嚴重的缺陷，焊接裂紋缺陷的危害主要是結構的破壞，多從裂紋處開始。嚴重威脅結構的安全。在焊接過程中，要采取一切必要的措施，防止裂紋出現。在焊接后要采取各種方法，檢查有無裂紋，一經發現裂紋，應徹底清除，然后給予修補。

預防產生熱裂紋的措施是：一要嚴格控制焊接工藝參數，減慢冷卻速度，適當提高焊縫形狀系數，盡可能采取小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產生裂紋。二是認真執行工藝規程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應力。endprint

預防產生冷裂紋的措施有：①選用低氫焊條，減少焊縫中擴散氫的含量。②嚴格遵守焊接材料（焊條、焊劑）保管，烘焙使用制度，警方受潮。③仔細清理坡口處的油污，水分、銹跡，減少氫的來源。④根據材料等級、碳當量、構件厚度、施焊環境等，選擇合理的焊接工藝參數和線能量，如焊前預熱，焊后緩冷，采取多層多道焊接，控制一定的層間溫度。⑤緊急后熱處理，以去氫，消除內應力和粹硬組織回火，改善接頭韌性。⑥采取合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以減少焊接應力。

焊縫中的其他缺陷

在鋼質船舶的建造過程中，在對現場鋼構件施焊過程中還經常會出現一些焊瘤，弧坑及焊縫外形尺寸和形狀上的缺陷，產生焊瘤的主要原因，是運條不均，造成熔池溫度過高，液態金屬凝固緩慢下墜，因此，在焊縫表面形成金屬瘤，立、仰焊時采用過大的電流和弧長，也有可能出現焊瘤。產生弧坑的原因是熄弧時間過短?；蚝附油蝗恢袛?，或焊接薄板時電流過大等，焊縫表面形成焊瘤影響美觀，并易造成表面夾渣，弧坑常伴有裂紋和氣孔，嚴重削弱焊接強度。防止產生焊瘤的主要措施是要嚴格控制熔池溫度，立、仰焊時，焊接電流應比平焊小10—15%，使用堿性焊條時，應采用短弧焊接，保持均勻運條，防止產生弧坑的主要措施是在手工收弧時，焊條應做短時間停留，或作幾次環形運條。

有些缺陷的存在對船舶安全航行是非常危險的，因此，一旦發現缺陷要及時修正，對氣孔的修正，特別是對內部氣孔，確認部位后，要用風鏟和碳弧氣刨清除全部氣孔缺陷，并使其形成相應的坡口，然后再進行補焊，對于夾渣、未焊透、未熔合的缺陷，也是要用相同的方法清除缺陷，然后按規定進行補焊，對于裂紋，應先仔細檢查裂紋的始末端，和裂紋的深度，然后再清除缺陷。用風鏟消除裂紋缺陷時，應先在裂紋兩端鉆止裂孔，防止裂紋延長，鉆孔時采用8—12mm鉆頭，深度應大于裂紋深度2—3mm，用碳弧氣刨消除裂紋時，應先從裂紋兩端進行刨削，直至裂紋消除，然后進行整段裂紋刨削，無論采取何種方法消除裂紋，都應使其形成相應的坡口，按規定進行補焊。對焊縫缺陷進行修正時應注意：①缺陷補焊時，宜采用小電流，不擺動，多層多道焊。禁止用過大的電流補焊。②對鋼性大的結構補焊時，除第一層和最后一層焊道外，均可在焊后熱狀態下進行錘擊，每層焊道的起弧和收弧應盡量錯開。③對要求預熱的材質，對工作環境低于0℃時，應采用相應的預熱措施。④對于要求進行熱處理的焊件，應在熱處理前進行缺陷修正。⑤對于D級、E級鋼和高強度結構鋼焊接缺陷，用手工電弧焊焊補時，應采用控制線能量施焊法，每一缺陷應一次補焊完成。不允許中途停頓，預熱溫度和層間溫度均應保持在60℃以上。⑥焊縫缺陷的消除及補焊，不允許在帶壓和背水的情況進行。⑦修正過的焊縫，應按原焊縫的探傷要求重新檢查，若再次發現超過允許限值得缺陷，應重新進行修正，直至合格，補焊次數不得超過規定的返修次數。

結語

采用焊接工藝能有效利用材料，焊接結構可以在不同部位采用不同性能的材料，充分發揮各種材料的特長，達到經濟、優質。焊接已成為現代工業中一種不可缺少，而且日益重要的加工工藝方法。未來的焊接工藝，一方面要研制新的焊接方法、焊接設備和焊接材料，以進一步提高焊接質量和安全可靠性，如改進現有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源；運用電子技術和控制技術，改善電弧的工藝性能，研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。endprint