船舶焊接技術(shù)的缺陷類型及其處理對策

(海裝駐上海地區(qū)第五軍事代表室，上海 200139)

0 引言

焊接是船舶建造中極其關(guān)鍵的一環(huán)，船體焊接占造船總工藝的30%～40%，對船舶整體質(zhì)量安全產(chǎn)生較大的影響。先進(jìn)、高效的船舶焊接技術(shù)是確保船體強度和密封性能的前提，也是提高船舶建造質(zhì)量，實現(xiàn)節(jié)本增效的關(guān)鍵。在當(dāng)前船舶建造過程中，船舶焊接技術(shù)存在的常見缺陷直接影響焊接質(zhì)量和船舶建造質(zhì)量，為此探究船舶船體建造中焊接缺陷的種類及其形成機理，同時提出相應(yīng)的解決措施，從而將焊接缺陷消除或控制在規(guī)定范圍內(nèi)，對于確保船舶主體結(jié)構(gòu)安全和船舶航行安全意義重大。

1 船舶焊接技術(shù)的缺陷類型與成因

在船舶建造中，焊接技術(shù)配置不合理會導(dǎo)致焊接缺陷的出現(xiàn)，焊接缺陷主要指的是焊接接頭缺乏完整性以及焊縫質(zhì)量與技術(shù)要求規(guī)定不相符，根據(jù)焊縫中缺陷位置的差異，可將焊接缺陷分為外部缺陷（暴露在焊縫外表面且肉眼能夠觀察到的缺陷）和內(nèi)部缺陷（焊縫內(nèi)部存在的缺陷）兩大類。本文對船舶焊接技術(shù)存在的常見缺陷種類與成因進(jìn)行歸納與分析。

1.1 船舶焊接外部缺陷

（1）焊縫尺寸、形狀與焊縫質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)要求不一致。主要體現(xiàn)在：①焊件坡口角度有誤，焊接結(jié)構(gòu)裝配間隙不均勻以及焊接電流與工藝要求不符合均會導(dǎo)致焊縫外觀尺寸與形狀的缺陷[1]。②焊接時運條不合理，擺動大小程度不一會導(dǎo)致焊縫過寬或過窄，而運條過快或過慢會使焊縫余高高低不平。③焊條同母材間的角度在焊接角焊縫工藝中不對，導(dǎo)致角焊縫焊偏向一側(cè)，造成應(yīng)力分布不均勻，焊接結(jié)構(gòu)強度降低。

（2）咬邊和飛濺。咬邊是指焊接人員在焊接時因操作不合理、運條速度過快或焊接電流、電壓過大，導(dǎo)致焊縫邊緣產(chǎn)生凹陷，抑或是在焊接角焊縫時因母材與焊條間的角度有誤，電弧長度過長也可造成咬邊，咬邊在一定程度上降低了焊接接頭的強度；飛濺是指焊接時電流過大，加之焊接人員操作不當(dāng)，導(dǎo)致金屬溶液從焊縫熔池中逸出，濺射至焊道外，經(jīng)冷卻后形成密集殘渣呈球狀。飛濺對目視檢查造成嚴(yán)重影響，應(yīng)及時清除。

（3）焊瘤和弧坑。焊瘤是由于焊工操作手法不嫻熟，焊接速度太慢，運條不均勻或焊接電流（電壓）過大，金屬溶液從熔池中流出，在焊縫表面固化為金屬瘤；焊瘤極易導(dǎo)致表面夾渣的形成，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量?；】邮侵负附油戤吅笠驍嗷』蚴栈〔缓侠?，焊條（絲）從焊接區(qū)域過早脫離，焊縫終端出現(xiàn)凹陷坑?；】映梢蛟谟诤附与娏鬟^大或者焊接驟然中斷以致熄弧時間太短；弧坑的產(chǎn)生往往誘發(fā)氣孔和裂紋，嚴(yán)重降低焊縫結(jié)構(gòu)強度。

1.2 船舶焊接內(nèi)部缺陷

1.2.1 夾渣和氣孔

夾渣是指焊縫內(nèi)部殘留的熔渣，未清理焊縫邊緣的熔渣、運條不當(dāng)、焊接速度過快、焊接電流過小以及焊接材料質(zhì)量差，熔池中留存藥皮等均可導(dǎo)致夾渣的產(chǎn)生。夾渣對焊縫強度及其致密性造成極大的影響且常伴有裂紋形成，致使焊接接頭強度降低，因此夾渣是船舶焊縫表面不允許存在的缺陷，焊縫中存在夾渣需及時對該處碳弧氣刨后補焊；氣孔是指焊接時產(chǎn)生的氣體凝固在熔池中未逸出，進(jìn)而形成空穴。外部氣孔可經(jīng)肉眼查驗，而內(nèi)部氣孔則需進(jìn)行無損檢驗方可查出。氣孔成因包括焊件坡口內(nèi)殘留銹、水、油等雜質(zhì)，未清潔徹底，焊接時防風(fēng)不當(dāng)致使熔池中進(jìn)入空氣，焊接速度過快以致熔池凝固時間過短或者焊條未按要求烘焙等，氣孔導(dǎo)致焊縫強度和金屬密度下降[2]。

1.2.2 裂紋

裂紋是指在焊接完成后焊縫內(nèi)外部出現(xiàn)的裂縫，焊接作業(yè)中的裂紋有熱裂紋（高溫裂縫）和冷裂紋之分，前者是以焊縫中心處多發(fā)，順著焊縫長度分布，其成因在于熔池存在低熔點雜質(zhì)，凝固后低強度的雜質(zhì)在外界強大應(yīng)力的作用下被拉開，導(dǎo)致開裂；后者順著焊縫寬度和長度都有分布，其成因為熱循環(huán)作用于焊縫，熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織，且大量擴(kuò)散氫蘊含在焊縫中，拘束應(yīng)力施壓于焊接接頭，約束應(yīng)力拉開焊縫產(chǎn)生裂紋。焊接裂紋是破壞船舶結(jié)構(gòu)的源頭，焊接后發(fā)現(xiàn)裂紋要及時修補焊縫。

1.2.3 未焊透和未熔合

未焊透指的是焊縫根部在焊接時未完全熔透，未熔合指的是焊件和焊縫層間或和焊縫金屬未熔合在一起。二者成因在于焊件裝配間隙或坡口角度過小，焊接電流過小以及焊縫邊緣生銹、焊條直徑過長和運條速度過慢等；未焊透和未熔合的產(chǎn)生導(dǎo)致焊縫局部突變與間斷[3]，大幅度降低焊縫強度，嚴(yán)重時會有裂紋出現(xiàn)。

2 船舶焊接缺陷的處理對策

（1）船舶焊接缺陷的修補。焊接缺陷的存在極大程度上威脅船舶的安全航行，一旦發(fā)現(xiàn)焊接缺陷隱患要及時糾正和修補，針對焊縫的修補應(yīng)注意：①嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程實施修補且單個焊縫的焊接長度≧50mm。②缺陷的清除方法可采取碳弧氣刨與砂輪打磨，同時為保證缺陷徹底清除，需對焊縫中的缺陷清理后通過無損檢測技術(shù)實施檢測。③手工電弧焊或CO2氣體保護(hù)焊作為返修焊接方法時，需要合理控制預(yù)熱及層間溫度。④清除小而間斷的焊接缺陷可采取打磨的方法，確保缺陷和周圍光滑、平穩(wěn)地過渡，針對較大的焊接缺陷，在實施補焊修補時應(yīng)先將焊縫中不合格部分清除（注意保護(hù)母材）后再進(jìn)行。

（2）船舶焊接外部缺陷的預(yù)防措施。①嚴(yán)格遵循焊接工藝相關(guān)規(guī)程施工，對焊接結(jié)構(gòu)裝配間隙、焊接速度、焊接電流大小以及焊件坡口角度進(jìn)行合理控制和選用，尤其是注意角焊縫焊接工藝中母材和焊條間的角度、電弧長度，能夠有效預(yù)防焊縫尺寸不符合要求、咬邊與飛濺現(xiàn)象的出現(xiàn)。②提高焊工焊接操作技術(shù)的熟練程度，確保運條均勻，對熔池溫度和電流強度進(jìn)行合理控制與選取，防止焊瘤的產(chǎn)生。③避免手工焊收弧時突然中斷且焊條以稍作停留為宜，能夠有效規(guī)避弧坑的形成。

（3）船舶焊接內(nèi)部缺陷的防控對策。①焊接電流（電壓）的選用應(yīng)依據(jù)焊接工藝規(guī)程進(jìn)行合理選擇，焊接速度避免過快，清理焊縫邊緣殘留的熔渣，特別是多層多道焊接工藝中要仔細(xì)清理各層焊渣，最大限度防止夾渣的產(chǎn)生。②焊接材料依規(guī)保管，嚴(yán)禁使用生銹或變質(zhì)的焊條，對坡口內(nèi)的銹跡、油污和水分進(jìn)行清理，并且控制焊接速度，尤其是焊接薄板時要避免速度過快，從而預(yù)防氣孔產(chǎn)生。③焊接順序、方法和工藝參數(shù)應(yīng)符合焊接工藝規(guī)程，最大限度減少焊接應(yīng)力，建造船舶結(jié)構(gòu)所需焊接材料要達(dá)標(biāo)，以及焊后冷卻速度放緩，采取適當(dāng)?shù)木徖浯胧┚煞乐垢邷亓芽p的產(chǎn)生。④嚴(yán)禁使用受潮焊條，盡量選用低氫型焊條，并且使用分段退焊法，最大限度降低焊接時的應(yīng)力等工藝措施能夠預(yù)防冷裂紋的產(chǎn)生[4]。⑤按照焊接工藝規(guī)程對焊接電流、焊接速度進(jìn)行合理的選取，確保運條擺動適當(dāng)，嚴(yán)格清除坡口表面污漬，避免未焊透和未熔合的發(fā)生。

3 結(jié)語

（1）在當(dāng)代船舶建造中，焊接技術(shù)發(fā)揮的作用極為重要，船舶焊接技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展在降低船舶建造成本，提高船舶建造效率和質(zhì)量的同時，難免存在一些缺陷問題導(dǎo)致船舶的使用安全性受到影響，總結(jié)了船舶焊接技術(shù)缺陷種類和形成機理，并提出針對性的防控措施，旨在為相關(guān)行業(yè)人員提供有益參考和借鑒。

（2）焊接接縫缺陷是誘發(fā)船舶斷脆事故的關(guān)鍵因素，為確保船舶船體建造中焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量，強化焊縫無損檢測極其重要，隨著國內(nèi)船舶工業(yè)的蓬勃發(fā)展，焊接檢測技術(shù)越來越受人們的關(guān)注，且諸多研究成果已在生產(chǎn)實踐中成功應(yīng)用。譬如通過模糊聚類法、S-T非線性灰度變法和基于形態(tài)學(xué)的濾波方法確定焊縫缺陷的位置，基于特征參數(shù)、空間對比度與空間方差以及曲線擬合等方法進(jìn)行焊縫缺陷特征提取，采取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機和k-近鄰分類器等方法進(jìn)行焊接缺陷分類識別。當(dāng)前，有諸多方法應(yīng)用于焊接缺陷檢測，而可達(dá)到應(yīng)用水平的方法有限，有待進(jìn)一步深入研究。

（3）船舶焊接技術(shù)缺陷的檢測和識別作為一門復(fù)雜綜合學(xué)科，對其研究、探討離不開大量人力、物力的投入，而隨著先進(jìn)焊接技術(shù)的不斷推動，船舶焊接技術(shù)勢必會創(chuàng)新發(fā)展。