散貨船船體結構焊前檢驗控制要點

沈 通， 孫麗娜

(1.中國船級社 江蘇分社，江蘇 南京 210011； 2.中華人民共和國南京海事局，江蘇 南京 210011)

0 引 言

船體結構檢驗一般側重于結構完整性及焊后焊縫質量的檢查。除了某些高應力區域以外，對于焊前的坡口準備、結構裝配等，一般采用巡檢的方式進行控制。但是裝配、定位、對筋、材料誤用錯用等缺陷如焊后再發現往往為時已晚，開刀調整可能會損傷母材，增大間隙，更有甚者須局部換板或重新下料。圖1所示的3個典型缺陷完全可通過焊前檢驗杜絕。另一方面，坡口的質量在很大程度上影響焊接質量，雖然通過無損檢測的方法可檢驗焊縫內部缺陷，但僅僅是部分抽檢，無法覆蓋到所有焊縫。通過焊前檢驗可將問題在產生初期就及時解決，不留到下一步工序，在控制整船焊接質量的流程中十分必要[1]。

圖1 3個典型的對筋和材質誤用缺陷

1 構件裝配標準

目前焊前檢驗的依據主要是GB/T 34000-2016(簡稱國標)[2]、CB/T 4000-2005(簡稱船標)[3]和IACS REC.47(簡稱REC.47)[4]，其中對十字接頭的錯位量、對接接頭的間隙和錯位量等有明確的規定，并對典型的裝配超差提供一些修整方法。下面對上述3個標準進行簡單的比較，具體如表1所示。從比較可看出，IACS REC.47涉及的面更廣，有些標準考慮到母材板厚的因素，而不是單純考慮裝配間隙的大小，這樣對于薄板的錯位檢驗更為合理。2016年新推出的國標吸納了不少IACS REC.47中的內容，甚至在某些方面要更嚴于IACS REC.47要求。另外，焊接工藝規程中也有對特定坡口形狀以及預制要求的描述，尤其對于鑄鋼件會有一些特殊的J型、U型等坡口形式，焊接工藝規程應該優先作為檢驗依據。

表1 3種常用標準對比

續表1 3種常用標準對比

2 焊前檢驗控制要點

焊縫的焊前檢驗為焊接提供符合質量要求的焊接坡口，是確保焊接質量的必要措施，主要應關注裝配定位精度、坡口質量與間隙控制等方面[5]。

2.1 焊接工藝和坡口質量

在焊前檢驗前驗船師應對船廠的焊接施工工藝有一定的了解。同一道焊縫在不同階段可能采用不同的焊接工藝，如某散貨船貨艙舷側T型材對接焊縫，在中組時是平焊，采用V型坡口，而同樣的焊縫在大合龍時是橫焊，采用的是單邊坡口的形式，2種焊接方式的坡口形式，焊接參數都有所區別。這就需要船廠在工作場張貼與施工相關的焊接工藝簡圖，如圖2所示，否則工人憑主觀經驗施工可能會造成焊接質量隱患。船廠在合龍階段較少有張貼相關信息的措施。若對現場坡口參數有疑問，可以讓船廠提供相關的焊接工藝簡圖進行核查。

坡口內部不能有明顯的凹槽、鋸齒、銹和毛刺，坡口兩側各100 mm范圍應予清除并保持清潔和干燥，不能有水、油污、雜物等，如圖3所示，特別是深熔焊全焊透區域。

焊接坡口形式應符合焊接工藝和認可圖，注意坡口的形式、角度、鈍邊的大小等參數。對于一些關鍵部位的坡口形式須熟悉并重點關注，如圖4中舷頂列板和甲板邊板的深熔焊區域，在檢驗過程中多次發現沒有開坡口的情況。

圖2 焊接工藝圖

圖3 坡口缺陷

圖4 深熔焊區域無坡口

肘板與骨材邊緣一般應有5～6 mm的距離，如圖5所示，若裝配時兩邊緣平齊則肘板須在平齊一側開坡口，否則無法施焊，該位置也是一個典型的結構節點。由于開刀調整在板材、骨材的角焊縫位置可能會產生間隙較大的情況，發現后應及時開坡口。

圖5 肘板開坡口

2.2 材料材質

從分段帶來的構件，尤其是一些筋板、肘板等，可能會在合龍口遺漏。另外，有些構件由于開刀調整的原因被割下后沒有重新裝上，或重新換的構件材質有誤。驗船師必須從宏觀把握，多留心周圍的相似結構以及結構連續性。一般合龍焊前報檢時施工隊也較少帶圖紙，若遇到有疑問的地方，可翻看相關圖紙，驗證船體結構與批準圖紙的一致性，包括零件編號、鋼材、構件規格等。

2.3 間隙超標

由于分段建造精度或者工人隨意開刀調整后會造成間隙超標，這是合龍過程中的常見問題。裝配的間隙首先應滿足船級社認可的焊接工藝要求。關鍵位置的間隙超標要求船廠進行換板，換板尺寸不小于300 mm。例如，圖6中某船槽型艙壁與頂墩、底墩的連接，出現整條合龍縫間隙達到60 mm的情況，考慮到該區域是散貨船的高應力區，根據工藝要求采取大面積的換板進行彌補。對于板縫間隙略超過極限，但長度有限的情況，可以不用換板，在貼襯墊堆焊后增加100%的超聲波探傷。對于球扁鋼或T型材等構件的間隙過大，可以采用“借”的工藝方法，即在離間隙大的位置約300 mm以外的地方將結構斷開，再將斷開結構向間隙大的位置偏移，達到減小原焊縫間隙的目的。另外，一些肘板在開刀后其趾端尺寸可能達不到要求，也須及時換掉。

圖6 裝配間隙過大

2.4 對位精度

構件對位的精度關系到力的傳遞，角焊縫接頭錯位會導致力傳遞過程中的應力集中。如圖7所示，在錯位0.5倍板厚的時候剪切力系數增加了1.2；在錯位1倍板厚的時候剪切力系數增加了2.3。同時，有關研究也表明結構錯位對接頭疲勞強度也有很大的影響[6]。

圖7 角焊縫接頭錯位幅度對剪切力系數的變化

結構裝配的施工質量及結構的定位，應滿足船標、國標或IACS REC.47 的結構對位、對中要求，對有裝配定位線的構件應注意構件理論線的位置。對檢驗中常見的球扁鋼、T型材出現不對筋、錯位量小的情況，可采用加焊過度的方法彌補，錯位量較大時一般采用根部開刀進行調整；當外板、肋板錯位時，一般重新用碼板定位兩塊板的位置。檢驗中推薦隨身帶把鋼尺，可較直觀地看出對位精度的缺陷，如圖8所示。

圖8 裝配對位缺陷

發電機座、舵機基座、絞纜機基座等定位精度可能會對振動、操作產生影響，除檢驗常規的裝配質量、坡口準備以及構件對筋外，還要對其水平度進行檢驗，一般采用水平尺沿多個方向測量基座的水平程度。

3 焊前關鍵細節問題

3.1 定位焊

定位焊是為裝配和固定構件而進行的一種焊接。在焊前檢驗中會遇到大量的定位焊，由于后期將在定位焊的表面再進行施焊，定位焊的質量同時關系到整條焊縫的質量，在焊前檢驗時應留意定位焊的質量。定位焊的數量應盡量減少，且具有足夠的長度，一般為30～50 mm，間距為150～200 mm，焊層厚度一般為1/2板厚。定位焊起頭和結尾處應圓滑，否則易造成未焊透的情況，并要注意燒焊電流，電流過大會刺傷母材。定位焊的質量應與施焊的焊縫質量相同，其中的缺陷應在施焊前清除干凈，表面適當打磨，一些表面存在明顯缺陷如氣孔、未融合的定位焊須刨掉重燒。對于全焊透的焊縫，建議將定位焊燒在反刨的一側。對于有預熱要求的母材，在定位焊時同樣應進行預熱。定位焊所用母材與正式焊接一致。

3.2 過焊孔和止漏孔

為了方便施焊和貼襯墊，某些構件須在焊縫、結構交叉或角落位置留下適當的過焊孔。這須驗船師站在施工的角度考慮施焊的方便性。當骨材跨過對接焊縫以連續角焊連接時，應要求將交叉點焊縫余高鏟平，避免將構件切口。同樣，在角接前，骨材腹板上的對接焊縫也應焊完并修平。整修部位應平順，無缺口或形狀突變。對于圖9中穿過水密壁的骨材和組成液艙周界的板材須注意是否有開止漏孔，止漏孔鄰近處所內的構件須靠近艙壁，并完全焊實。

圖9 過焊孔和止漏孔

3.3 碼板和引弧、熄弧板

碼板和引弧、熄弧板是焊前常用的2種輔助工具。碼板用來在焊前固定構件，防止構件在焊接過程中產生變形，一般會設在構件的端部或反面。在曲率變化大的位置，碼板也設置得更多。現場檢驗發現有施工人員隨意裝卸碼板導致損壞母材的情況。另外，燒碼板時應使用盡可能小的電流以免大的熱輸入量割傷母材，如圖10所示。

圖10 割傷母材

無論是CO2氣體保護焊還是手工焊條焊，在引弧、熄弧時都容易產生氣孔、夾渣等缺陷， 因此為避免在母材上引弧、熄弧，一般會在對接焊的兩端設置引弧、熄弧板，其長度為30～50 mm，材質、板厚、坡口形式應與母材相同。一般車間內自動焊拼板縫的引弧、熄弧施工比較正規，但在中組、合龍時施工隊會忽視引弧、熄弧板的設置，隨意下料用于引弧、熄弧，忽視板厚、材質等因素，如圖11所示。引弧、熄弧板與母材之間有錯位的情況是不允許的。另外，焊接完成后要用氣割將引弧板割除，且留根2～3 mm，不能割傷母材。

圖11 引弧、熄弧板設置缺陷

4 CM節點焊前控制

根據規范要求，對于可能發生高應力或疲勞破壞的關鍵結構位置，應按批準的結構監控計劃實施從設計、建造進行全程監控，確保這些結構關鍵位置的構造和建造工藝如表2所示。結構監控計劃中應標識每個結構關鍵位置的裝配對準精度，焊接坡口形式、間隙，裝配對準不合格時的糾正措施[7]。

十字接頭對位的偏差極限值為1/3倍較薄板的板厚，且最大不超過5 mm。偏差在一定范圍內可增加10%～15%的焊腳尺寸，若偏差再大則要松開至少50a的長度，重新進行裝配。在檢驗過程中，測量節點焊前、焊后對準精度的數據，并將結果記錄在表格中。具體在現場焊前檢驗時通過檢驗線和樣板檢查構建對位情況。

檢驗線法：在結構的一側做100 mm的檢查線，用雙面尺或其他工具將檢查線投影至結構的另一側，然后依照計算結果將檢驗線做出來。

樣板法：選用全船最多的對位位置為典型，以1∶1的比例用鋼板做出樣板，再通過樣板與具體肋位之間的差值做成全船的公差表，測量時樣板配合公差表一起使用，誤差在公差范圍內即可。當其裝配間隙超差時必須按照結構監控計劃的要求進行修正。

表2 散貨船典型高應力位置

值得注意的是針對不同節點，確定檢驗線的方式有所不同，如圖12所示。如：B，C，D，E節點兩構件是沿一側對齊，從反面構件邊緣偏離100 mm畫檢驗線；F，G節點是中線對中，從反面構件的中心線偏離100 mm畫檢驗線。檢驗中曾發現過檢驗線畫錯的情況，更要杜絕先裝配后畫檢驗線的情況。

圖12 檢驗線的不同畫法

槽型艙壁與底墩的連接位置(K，J節點)，與頂墩的連接位置(I，H節點)的對位精度關系到橫向載荷的傳遞，此處也是重要的CM節點，注意檢驗線應畫在底墩、頂墩上，測量樣板和槽壁之間的間距。現場檢驗發現有將檢驗線畫在槽型壁上的情況。圖 13為槽型壁與底墩、頂墩對筋。

圖13 槽型壁與底墩、頂墩對筋

圖14中B，C節點T型材端部與頂邊艙、底邊艙連接的位置會出現間隙大的情況，應按照工藝要求增開坡口。此處焊前檢驗時要求施工人員用粉筆畫出反面結構。除了查看100 mm的檢驗線外，還可用卷尺測量T型材之間的距離是否與圖紙一致。A，E，G，F既是CM節點又是全焊透區域，建議將定位焊燒在需反刨的一側，這樣可有效避免定位焊中的缺陷影響主焊縫。

圖14 B，C節點檢驗

5 鑄鋼件焊前

對船體結構中的鑄鍛件，如掛舵臂、艉柱、錨唇等，驗船師在焊前應核對上述部件的船用產品證書，并拓下鋼印存檔。船體結構鑄鍛件的焊接應確保船廠按照批準的焊接工藝進行。一般鑄件的表面以及坡口兩側100 mm應打磨干凈、光順并清除鑄件氣孔、裂紋、縮孔、毛刺、結疤、包砂等。裝配間隙、坡口形式應與批準工藝一致。由于板厚、構件形狀和焊接位置的不同，如一個掛舵臂的鑄鋼件就可能有多種不同的坡口形式，檢驗時須將加熱片掀開觀察坡口形狀，或讓施工人員留下照片。焊前采用加熱片緊貼所有坡口兩側200 mm范圍的區域，預熱至100～150℃，采用點溫計測量坡口附近的溫度是否達到要求[8]。

6 總 結

(1) 通常焊后檢驗只能發現少量表面問題， 驗船師對船廠的質量監督主要在巡檢和焊前檢驗，在中組、合龍前期須加強巡檢，對于敲碼板、點狀補焊、傷母材等情況要及時制止，避免典型問題后續重復發生。

(2) 驗船師可通過提問的方式，考察施工隊人員和質檢員對各種對位的檢查要領和施工工藝是否已經掌握，必要時可安排對船廠質檢員進行集中培訓。驗船師的焊前檢驗無法面面俱到，還須船廠自身形成良好的管理體系，例如對焊縫的坡口參數留下測量數據或拍照片留下記錄等。

(3) 除了本文所述的焊前現場檢驗要點外，還應關注焊接環境，如：嚴禁在低溫、焊件表面潮濕或暴露于雨雪或大風的環境條件下進行任何焊接工作；焊接材料的儲存，如焊材、焊劑的烘干和保溫；焊接設備的保養和維護情況。

綜上所述，焊前檢驗涉及的面很廣，有很多細節問題須關注，焊前準備的好壞也是考驗船廠建造水平的重要依據，只有處理好細節問題，才能為船舶大型化提供有力的技術支撐。本文通過現場檢驗發現的問題對焊前檢驗的要點進行系統的總結，并詳細闡述一些關鍵細節，可為船舶制造生產提供規范化的指導，保證船舶的航行安全。

[1] 高云劍. 船舶建造技術水平評價方法研究[J]. 造船技術,2014(5):4-8.

[2] 國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.中國造船質量標準：GB/T 34000-2016[S]. 2016.

[3] 國防科學技術工業委員會.中國造船質量標準：CB/T 4000-2005[S].2005.

[4] 中國船級社.鋼質海船入級規范[S].北京：人民交通出版社,2015.

[5] 朱旭志,郭靜. 船體結構裝配中精度控制的幾個措施[J]. 廣船科技,2012(3):38-40.

[6] 田斌. 結構建造監控對關鍵位置控制的要求及實施工藝[J]. 廣船科技, 2014, 34(6):44-49.

[7] 李濤. 船體裝配關鍵技術研究[J]. 中國新技術新產品,2016(18):93-94.

[8] 陳元迪. 基于焊接工藝的船舶構件焊接變形分析與控制[J]. 造船技術,2014(3):38-41.