角焊縫預密性試驗探討

方建輝， 顧彬彬， 朱 斌

(泰州口岸有限公司， 江蘇 泰州 225321)

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角焊縫預密性試驗探討

方建輝， 顧彬彬， 朱 斌

(泰州口岸有限公司， 江蘇 泰州 225321)

分段預密性試驗作為一項新工藝，在許多船企得到了應用。分析相關的工藝文件，主要從整體工藝流程進行控制，而對于焊接過程控制這一關鍵環(huán)節(jié)則沒有詳細的介紹。通過模擬試驗，掌握密性位置焊縫的焊接質量控制方法，進而提高密性試驗的成功率。試驗結果表明通過控制焊縫質量來提高密性試驗成功率是可行的。

預密性試驗 貫通 充氣 焊接缺陷 過程控制

0 引言

分段預密性試驗在國內外許多船廠均取得了成功，而本公司也一直在密切關注這項新工藝。為了滿足新涂層性能標準PSPC，必須提高分段的完整性，減少后續(xù)工藝的施工難度及艙室整體涂裝面積的損壞[1]。根據(jù)公司的生產方案，在建造的4 350TEU集裝箱船上首次使用分段預密性工藝。為了配合該工藝的順利推廣，前期進行了多次針對性的試驗，為后續(xù)推廣工作打下堅實的基礎。

根據(jù)已經掌握的資料：一條焊縫能否做通，與裝配、焊接質量過程控制密切相關。部分施工人員由于對該項技術不熟悉、操作不熟練，無法保證施工質量，導致多處焊縫不能貫通，密性試驗屢屢失敗，返修工作量大。因此，為了減少返工量、提高預密性試驗成功率，需進行前期模擬試驗，通過試驗過程獲取經驗。

1 預密性模擬試驗原理

模擬試驗說明：選取T型材為模擬對象，腹板與翼板的裝配間隙為0～3 mm，進行雙面連續(xù)焊。然后在一側端口充入0.02 MPa的壓縮空氣，另一側端口涂上肥皂水，如圖1所示。

出現(xiàn)情況：(1) 如果出氣口肥皂水冒泡，則基本可以認為焊縫無缺陷，內部貫通。(2) 出氣口肥皂水不冒泡，在焊縫表面涂肥皂水，如果焊縫表面冒泡，則表面焊縫存在缺陷，如裂紋、氣孔等。(3) 出氣口肥皂水不冒泡，焊縫表面涂肥皂水后仍然不冒泡，則表明內部間隙已經被堵死，無法貫通。

圖1 原理圖及現(xiàn)場照片

2 典型試驗過程

2.1 試驗一

(1) T型材裝焊。

T型材長5 m，共兩件，裝配間隙分別為0～1 mm、2 mm，如圖2所示。鋼板材質為普通鋼，板厚為δ=12 mm。采用CO2自動角焊小車施焊。

圖2 T型材裝焊示意圖

現(xiàn)場焊接情況： 定位焊采用雙面對稱焊，焊條為Φ=3.2 mm 的堿性焊條。焊腳尺寸均為5 mm～6 mm。電流為240 A～260 A，電壓為26 V～28 V。

現(xiàn)場實際查看：定位焊完畢后，發(fā)現(xiàn)裝配間隙在0～1 mm的T型材焊縫熔深較淺，兩側焊縫不易熔透。裝配間隙在2 mm的T型材兩側焊縫接近熔透，如圖3所示。

圖3 定位焊縫示意圖

實測焊腳尺寸：裝配間隙在0～1 mm的焊腳尺寸為5 mm～5.5 mm,裝配間隙在2 mm的焊腳尺寸為5 mm～6 mm。

(2) T型材充氣試驗。

從T型材一端充入壓縮空氣，充氣壓力為0.02 MPa。焊縫表面及另一端涂肥皂水。

試驗結果：間隙在0～1 mm的T型材中間焊縫區(qū)域有一處小氣孔，如圖4所示。將漏氣處補焊完畢后，另一端冒泡，證明已經貫通。間隙在2 mm的T型材焊縫區(qū)域完整，另一端直接冒泡，證明直接貫通。

圖4 充氣試驗結果

2.2 試驗二

(1) T型材裝焊。

T型材長5 m，共兩組，板厚為δ=12 mm，裝配間隙分別為2 mm、3 mm，如圖5所示。焊腳尺寸均為5 mm～6 mm，鋼板材質為高強鋼EH36，采用CO2氣體半自動焊。

圖5 T型材裝焊示意圖

現(xiàn)場焊接情況： 為避免兩側焊縫熔透，定位焊采用交錯對稱焊，焊條為直徑Φ= 3.2 mm 的堿性焊條。

實測焊腳尺寸：裝配間隙在3 mm的焊腳尺寸為5 mm～5.5 mm。

裝配間隙在2 mm的焊腳尺寸為5 mm～6 mm。

焊接電流為270 A左右，電壓為26 V～28 V，環(huán)境溫度最低為0℃。

(2) T型材充氣試驗。

從T型材一端充氣，充氣壓力為0.02 MPa，焊縫表面及另一端涂肥皂水。

試驗結果：間隙3 mm的T型材焊縫區(qū)域有多處氣孔、裂紋。漏氣現(xiàn)象明顯，其中氣孔多位于起弧、收弧處，如圖6所示。從充氣端開始，將漏氣處逐一補焊完畢后，另一端才冒泡，證明已經貫通。但是補焊過程前后長達4 h，而且補焊過程中困難重重，部分焊縫氣孔處常常需要補焊2～3次才合格。遇到裂紋處，補焊工作量更大。補焊后外觀成型很差，但如果不進行修補，貫通試驗無法繼續(xù)進行。

(3) 間隙2 mm的T型材焊縫區(qū)域同樣有多處氣孔、裂紋，漏氣現(xiàn)象明顯。

其中氣孔多位于起弧、收弧處。從充氣端開始，將漏氣處逐一補焊，但是到了中間位置，2.6 m 左右至另一端，焊縫區(qū)域無任何反應，由此判斷內部已經堵死。于是將充氣管取下，從另一端開始充氣，同樣有多處氣孔、裂紋，漏氣現(xiàn)象明顯。將漏氣處逐一補焊，中間位置2.4 m 左右至另一端，焊縫區(qū)域無任何反應，由此判斷此處內部已經堵死，試驗失敗。堵塞點位于正中偏左100 mm處。堵塞原因：左右兩側焊縫金屬完全熔透所致。

圖6 充氣試驗結果

2.3 試驗三

(1) T型材長5 m，裝配間隙為2 mm，焊腳尺寸均為5 mm～6 mm。鋼板材質為高強鋼DH32，板厚為δ=14 mm，采用CO2氣體半自動焊。吸取此前的教訓，嚴格控制焊接參數(shù)并調整焊槍角度(主要針對第一道打底焊縫)，如圖7所示。焊接電流為240 A左右，電壓為24 V～26 V，外觀成型較好。

圖7 焊槍角度示意圖

(2) 從T型材一端充氣，充氣壓力為0.02 MPa，焊縫表面及另一端均涂肥皂水。

試驗結果：焊縫不貫通，采用“氣刨+切割”的方式進行返修。應用二分之一排除法，在焊縫的中間位置刨開一個孔，如圖8所示。將焊縫一分為二，如果檢查出其中半條焊縫通氣，則另半條就不通，用此方法依次檢查，最終找出問題所在，減少返修的時間與工作量。將漏氣處逐一補焊完畢后，另一端冒泡[2]。

圖8 開孔處示意圖

3 試驗結果

分析幾次試驗過程，得出如下結論。

貫通試驗是否順利成功，主要取決于：(1) 裝配質量。(2) 待焊區(qū)域焊前清理狀況。(3) 焊縫質量，主要指焊縫是否出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷。而焊縫質量主要由焊接過程控制決定，包括焊接方法、焊接參數(shù)、工藝等。

3.1 裝配質量

在本次試驗中，鋼板為數(shù)控切割，比較平整規(guī)則。但在施工過程中，鋼板經過多次裝焊后，不可避免地出現(xiàn)變形及不平整。如果拼板過程中產生波浪變形，會導致裝配后T型接頭處的裝配間隙參差不齊。如果局部出現(xiàn)間隙絕對為零的情況，內部被堵死的可能性將增大。因此，拼板上胎架后，應首先進行校平。另外，從試驗來看，留一定的裝配間隙，對保證內部貫通是有積極作用的。但間隙越大，兩側焊縫熔透的可能性也就越大，特別對于薄板(≤12 mm)，尤其明顯。同時，間隙大易造成焊腳尺寸偏大，引起焊后變形量加大，因此裝配間隙并不是越大越好。另外，裝配前要對裝配區(qū)域以及附近區(qū)域進行嚴格清理，以防止雜質混入接頭間隙中引起堵塞。因此，預密性區(qū)域建議申請焊前報檢。定位焊過程中，焊條尺寸應控制在直徑為3.2 mm左右，建議采用單面定位焊，也可以使用CO2氣體保護焊進行定位焊[3]。

3.2 焊接方法

(1) 采用CO2氣體保護焊(手工)時，人工操作不可避免出現(xiàn)焊接中斷，在起弧、收弧處，易產生弧坑裂紋。因此引熄弧時，須將弧坑填滿后再熄弧。此外，焊接時，若焊槍角度控制不當，熔化金屬被吹向裝配間隙處，也極易導致兩側焊縫熔透。上述問題都會導致后面的充氣試驗無法繼續(xù)。

(2) 使用CO2角焊小車焊接時，焊接參數(shù)及焊槍角度容易控制，焊縫成型好且能保持連續(xù)性，為下一步的充氣試驗打下了良好的基礎，應擴大CO2角焊小車使用范圍。平直角接縫，應盡量采用高效焊接設備，如自動角焊小車。立角焊縫全位置則采用全位置焊接小車，保證焊縫連續(xù)焊接，減少因中途停頓而導致的引弧與熄弧現(xiàn)象[4]。

(3) 對于多道焊縫，打底焊道質量控制尤為關鍵，如果打底焊縫出現(xiàn)缺陷，那么整條焊縫出現(xiàn)缺陷的可能性增加，導致貫通試驗失敗。另外，若焊接電流超過300 A，裂紋產生的概率也會顯著增加。因此，焊接過程中，應安排專人跟蹤監(jiān)控，防止焊接參數(shù)過大，同時保證焊槍角度正確。

3.3 鋼板材質及環(huán)境因素

普通鋼與高強鋼相比，焊接過程中出現(xiàn)裂紋的概率要小許多。在冬季，氣溫低的情況下，高強鋼焊接過程中出現(xiàn)裂紋的可能性更大。而從試驗來看，裂紋的長度從幾毫米至幾十毫米不等，位置也不確定，焊縫中心、焊縫邊緣、熔合線處均可能存在。由于裂紋的長度及方向均不規(guī)則，且有擴展傾向，因此，相對于氣孔來說，裂紋的修補難度更大。而裂紋處的焊縫碳刨后，T型接頭處的裝配質量更難得到保證。夏季施焊，空氣濕度大，鋼板上容易積露，出現(xiàn)氣孔的概率增大。因此，建議不管是冬季還是夏季，密性焊縫待焊區(qū)域各種雜質(水、銹、氧化皮等)必須清理干凈，同時應適當預熱，以減少缺陷產生的可能性。

4 結論

(1) 進行了一系列預密性試驗，使預密性試驗一次性通過率達95%以上，得到船東船檢的高度認可。同時，還獲取了如何減少焊接過程中產生缺陷的措施，并可以應用于其它位置的焊接。

(2) 充氣試驗是公司新推廣的新工藝，其簡單可靠、成本低對縮短船舶建造周期、質量、成本等方面具有重要意義。

[1] 羅伯豪.船體分段預密試的方法與實踐[J].廣船科技,2010,30(2):15-19.

[2] 羅來友.關于提高分段充氣密性試驗合格率的探討[J]. 廣東造船, 2011,30(5):70-72.

[3] 國防科技技術工業(yè)委員會.鋼質海船船體密性試驗方法：GB/T 257-2001[S]．2010．

[4] 方建輝.船舶焊接常見裂紋分析及控制[J].船舶工程,2015，37(S1)：186-190.

Research of Pre-tightness on Fillet-seam

FANG Jian-hui， GU Bin-bin， ZHU Bin

(Taizhou Kouan Shipbuilding Co., Ltd., Taizhou Jiangsu 225321， China)

As a new technology, the subsection pre-tightness test has been applied in many shipping enterprises. The relevant process-documents were mainly focused on the overall process control, but for the key welding process control, there is no detailed introduction. A series of simulation test was conducted to control the welding quality method, and enhance test success rate. The results show that the method to improve the tightness test success-rate is feasible by controlling the quality of the weld.

Pre-tightness test Penetration Inflation Welding defects Process control

江蘇省科技計劃項目(編號：BE2015208)。

方建輝(1981-)，男，工程師，主要從事船舶焊接質量的過程控制及新工藝推廣。

U671

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