船舶焊接存在的缺陷與質量控制措施

文/陳文祥，武漢交通職業學院

焊接技術作為船舶制造過程中的重要技術，將會直接決定船舶的密封性和基本強度，應當加強對船舶焊接缺陷的研究，將缺陷限制在可接受范圍之內，從而有效確保船舶建設的基本質量，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，大小各不相同。氣孔的存在減少了焊縫有效截面積，降低了焊縫的強度，同時也破壞了焊縫的致密性。

產生氣孔原因有：一是在潮濕或惡劣的工作環境進行焊接作業，沒有采取有效的防護措施；二是使用了藥皮受潮、變質、脫落和焊芯生銹和過期的焊接材料和焊劑；三是焊接過程中焊接電流過大造成焊條焊芯發紅藥皮脫落，焊接熔池失去了藥皮的有效保護；四是待焊焊件坡口及坡口周圍及兩側油污、鐵銹和氣割殘渣未清理干凈；五是焊工操作引弧方法不當，運條過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部的非金屬熔渣，如果在焊縫中出現連續性尺寸較大的夾渣，會出現裂縫從而降低焊縫結構強度，是最危險的焊接缺陷之一。

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

1.3 焊縫中存在未焊透缺陷

焊接時，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有完全融化，出現在單面焊接根部或者雙面焊接的中間部位，會極大降低焊接部位的機械性能，甚至會出現應力集中現象。根據所產生的部位不同，分為根部未焊透和邊緣未焊透。

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

1.4 焊縫中存在裂紋缺陷

裂紋是船舶焊接過程中最危險的焊接缺陷，船舶建造過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、熱影響區裂紋。它存在于焊縫或母材上的縫隙，造成焊接結構的破壞，船體整體斷裂基本上都是由裂紋造成的，所以在焊接過程中不允許焊接裂紋存在，經過檢驗發現焊縫內、熱影響區以及母材存在有裂紋缺陷，必須進行徹底清除之后加以修補。

焊接裂紋產生的原因：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，極容易產生焊接裂紋，所以與焊件材料的化學成分以及焊件材料的可焊性有關。二是設計不合理，焊縫處在過于密集區域，在焊接過程中，也沒有按照相應的焊接順序進行焊接，造成焊接結構產生較大應力和變形，超過焊縫金屬強度極限。

2 船舶焊接存在的缺陷控制措施

2.1 對氣孔缺陷進行防治

1）焊前將坡口及坡口周圍邊緣10-15mm范圍內使用機械打磨干凈，直至露出金屬光澤。2）在潮濕環境放置的工件和大構件焊接前，還應對工件進行火焰烘烤去除水分。3）在焊接之前必須對焊接材料和焊劑按照規定要求，即按照規定的溫度和時間進行烘焙，經烘焙合格的焊條放置在保溫桶內隨用隨取。4）對已經變質、焊條藥皮脫落、焊芯銹蝕和發生磁偏吹嚴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不及逸出而留在焊縫中的空穴，所以在船舶焊接過程中保證不被焊穿的前提下，適當加大焊接電流，降低焊接速度，以延長熔池停留時間，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，對焊條端部、熔池及附近區域進行有效保護，防止大氣對熔化金屬的有害污染，所以焊條電弧焊焊接時風速不得超過8m/s；而氣體保護焊是利用氣體對熔池進行有效保護，在現場焊接風速不得超過2m/s。

2.2 對夾渣缺陷進行防治

1）焊前將坡口及坡口周圍邊緣10-15mm范圍內使用機械打磨干凈，直至露出金屬光澤。2）在保證不被焊穿的前提下，適當選擇較大的焊接電流，焊接速度不宜過快。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，焊條對準焊縫坡口，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，否則很容易產生夾渣。5）對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范電流焊接。6）進行多層多道焊焊接時，應將每層焊道藥皮或夾雜物清除干凈再焊接。

2.3 對未焊透缺陷進行防治

1）焊前將坡口及坡口周圍邊緣10-15mm范圍內使用機械打磨干凈，直至露出金屬光澤。2）選擇合適的焊條直徑，單面焊雙面成形時坡口鈍邊不宜太厚，先預留合適的焊縫間隙，一般先焊的焊縫間隙略比后焊的焊縫間隙小些，焊接時焊條端部應伸進坡口根部便于焊接電弧將鈍邊充分熔化。3）在實際焊接過程中，盡量使用交流焊機代替直流焊機，從而避免磁偏吹現象出現。4）焊縫根部有未焊透缺陷時，應用碳弧氣刨或角向磨光機進行徹底的清理干凈，然后開適當的焊接坡口重新進行焊接修復。

2.4 對裂紋缺陷進行防治

1）選擇必須與母材金屬化學成分相匹配的焊接材料進行焊接。2）對于可焊性較差的合金鋼結構、厚度較大的構件和較低的環境溫度，焊接前應按規范要求進行焊前預熱，焊接過程中保持層間溫度，焊接完成后還需進行保溫緩冷或焊后熱處理等技術措施。3）由于焊接熱源和焊接熱循環的作用，在焊接過程中，使焊件受熱不均勻，金屬各部件受熱時的膨脹和冷卻時的收縮不同，就在焊件中產生了應力和變形，焊接結構中的殘余應力，會影響結構的承載能力，常常會引起裂紋和脆斷，所以在設計焊接結構時，應該事先考慮結構形式，盡量避免焊縫過于集中，而產生強大的應力和變形，還應該選擇正確的焊接程序進行施焊。

3 提升焊接質量的基本方式

3.1 進行結構設計的優化，有效提升船舶的穩定性

船舶設計是頂層基礎性的工作，焊接結構在實際設計過程中，必須嚴格按照船舶制造的相關技術要求進行。船舶焊接管理人員還應當加強對船舶焊接質量風險控制，根據船舶制造的實際需求對船舶焊接的風險點進行全面系統評估，從而有效杜絕船舶焊接質量問題的出現。加強研究以實現船舶結構設計方案的最優化，設計時應該充分考慮裝配焊接的空間位置，還應考慮避免一個區域內焊縫過多造成焊接應力集中，有利于焊接質量的提升。

3.2 完善制造設備和材料，有效提升焊接質量

隨著我國科學技術的不斷發展，更多新材料出現在船舶制造過程中，但是在新材料的選擇和使用過程中必須以進行嚴格審查，材料制造廠應具有良好的生產條件、成熟的制造工藝和完善的質量管理體系，以確保產品質量可靠。

結合當前的船舶制造新技術和新工藝進行可行性分析，船舶上使用的新鋼材和焊接材料，在制造廠焊接生產開工建造之前焊接工藝需經CCS認可，從而有效確保材料及其相關設備匹配的合理性，最終確保船舶制造的基本質量。

3.3 提升技術研究力度，保證操作水平的專業化

在船舶建造過程中，應當加強對焊接人員的培訓，學習國內外先進技術和管理理念，船舶焊接質量管理工作應當將質量監管工作貫穿于制造的全過程，將責任逐層落實到個人，從事船舶焊接作業的焊工，必須經過焊工考試合格后，由CCS頒發或接受的《焊工資格證書》方可上崗進行證書所相對應的焊接工作。

保證所有制造人員能夠樹立起正確的質量意識，對自己所從事的所有工作都能夠切實承擔起自身職責，推動制造人員的專業化發展，實現技術和管理制度的有機結合，保證船舶焊接工作開展的有序性，最終實現船舶焊接質量的大幅度提升。

3.4 嚴格焊接檢驗工作，確保焊接的有效性

船舶焊接檢驗工作是船舶制造的最后環節，該環節將會直接影響到船舶的后期使用。從事船舶檢驗的無損檢測人員，應參加CCS資格認證委員會舉辦的相應級別的考試，持有CCS頒發或接受的《無損檢測人員資格證書》，并從事與證書的種類和等級相符的無損檢測工作。在實際檢查過程中發現質量問題及時與生產部門溝通和研究，作為改進工藝的依據，及時作出合理調整，有利于焊接質量提升。

另外，在實際檢查過程中，應當進行必要的水壓，氣壓和煤油滲透等試驗，杜絕后期使用過程中出現滲透現象。

4 結束語

焊接作為船舶制造過程中的重要工作，焊接缺陷防治將會直接影響船舶制造的整體質量。