船舶的焊接缺陷分析及质量控制

船舶的焊接缺陷分析及质量控制

刘骥峰 耿辉

江苏扬子三井造船有限公司 江苏省苏州市 215428

摘要：20世纪90年代中后期，随着先进制造技术向数字化、集成化、智能化、网络化方向发展，船舶焊接制造工艺也朝着以工艺知识为核心的基于知识的工艺设计与管理方向发展。焊接技术是造船业的技术基础和支撑，但受经济、地域等多种因素的影响，现代造船模式并不普及。对于不熟悉焊接方法的人来说，采用错误的焊接方法往往更为无知。这严重影响了船舶航行安全，大大降低了船体强度。一旦撞上礁石，就会遭遇难以想象的后果。因此，采用正确的焊接方法和补偿方法是非常重要的。

关键词：船舶；焊接缺陷；质量控制

1焊接技术概述

船舶制造业具有多年的发展历史，自20世纪初便开始重点研究船舶修造焊接技术，1920年英国某船厂首次利用焊接技术来修造远洋船舶，这也是船舶制造业迈向现代化的一个重要节点。在此之后，焊接技术在船舶制造业中的应用也越来越广泛，逐渐替代传统的铆接技术。自20世纪40年代起，焊接技术也表现出迅猛的发展势态，气体保护焊接以及埋弧焊等技术也获得了研发与推广。至50年代，船舶制造领域已经广泛应用气电立焊等焊接技术，进一步提高船舶焊接技术水平，也让焊接技术有了更为广阔的发展空间。自20世纪90年代，二氧化碳气体保护焊接技术以及高效焊接技术也相继问世，而焊接技术的发展也逐渐趋于自动化。

对于船舶修造来说，焊接工艺所占的工程量达到总量的30%～40%，而焊接工艺所需的成本也占总量的最高50%。近年来随着我国经济的不断发展，我国在船舶制造领域也取得了一定地位，制造技术水平有了显著提升，同时焊接质量评价也成为主要的参考指标，船舶焊接技术水平直接决定了船舶制造的质量，而其对于船舶整体结构的稳定性、船舶制造经济效益等都具有重大影响。我国船舶制造领域的发展以更高的要求、更高的质量、更强的性能、更为完善的体系为基本理念，使得国内的焊接技术发展势态十分良好。

2船舶的焊接缺陷

2.1气孔缺陷

船舶焊接过程中,气孔是比较常见的问题。气孔分为两种,即表面气孔和内部气孔。如果出现气孔问题,不仅会导致船舶的美观性受到影响,还会导致船舶的整体强度和硬度降低。出现气孔的原因如下:1)气体在焊接熔池中没有被全部排出。2)焊接时没有采取合理的措施防风,导致空气直接进入熔池。3)焊接材料在使用前没有做好烘焙处理。4)焊芯上存在杂质。5)焊接边缝的清洁不到位,导致焊接中出现水和油渍等。

2.2夹渣缺陷

夹渣缺陷主要指的是焊接后焊接缝隙中存在夹渣,这样会导致焊接硬度降低,同时密封性也会随之下降。因此,完成焊接工作后需要认真检查,如果发现夹渣,必须进行碳弧气刨操作并重焊,使其满足质量要求。导致夹渣缺陷的原因主要如下:1)焊接前的坡口清理不干净。2)在多层多道焊接的过程中忽视了对不同层道的清理工作。3)所选择的焊接材料质量不合格,导致药皮掉入熔池。4)在焊接的过程中速度控制不合理。

2.3咬边缺陷

咬边指的是在焊接时焊接缝隙和主体材料的交接位置焊接表面不平整,这也是比较常见的一个缺陷。为此,需要将咬边的深度控制在0.54mm内。咬边缺陷出现的原因主要如下:1)焊接过程中电流较大,导致焊接线能量超过了负荷。2)焊接操作不合理。3)焊枪在使用的过程中不规范。

3船舶焊接缺陷的解决措施

3.1埋弧自动焊的适用情况

由于船舶结构的复杂性，焊接方法的选择非常重要。由于埋弧自动焊的特点和所用焊剂的限制。对于弯曲不均匀的船用钢，采用埋弧焊是很困难的。由于焊接设备的限制，埋弧焊很难应用于立焊和仰焊，仅限于立焊。埋弧自动焊（SAW）对焊剂有要求，不适合焊接铝、钛等强氧化性金属。对于薄板，由于所需电流太小，自动埋弧焊的稳定性相对较差，不能用于薄板焊接。自动埋弧焊自动化程度高，但对焊接母材的预处理要求非常严格。考虑到交货期的紧迫性，可以选择另一种合适的焊接方法。

总之，埋弧自动焊最适合焊接时间足够的平板和厚板。

3.2co2气体保护焊的应用

根据焊丝的不同，CO2气体保护焊可分为实芯焊丝CO2气体保护焊和药芯焊丝CO2气体保护焊。

对于实芯焊丝CO2气体保护焊，其应用范围很广，且钢材厚度对其影响不大。同时适用于各种金属材料的焊接，操作简单，效率高。但是，为了保证焊接点处于良好的CO2气氛中，焊接前必须采取防风措施，这是CO2气体保护焊的一个繁琐环节。实心焊丝CO2气体保护焊不能用交流电源焊接，更不能用易氧化的有色金属。此外，CO2气体保护焊产生的颗粒飞溅和弧光明显。

药芯焊丝可以弥补传统药芯焊丝飞溅小、电压、电流选择范围广等缺点，最大的缺点是药芯焊丝制造难度大、工艺复杂、易变质。

在一些重要的工作中，CO2气体保护焊起着重要的作用。CO2气电垂直自动焊工艺广泛应用于船台封闭时的垂直对接接头。可使15-30cm长的对接接头稳定可靠地焊接在一起，提高了焊接效率，远远超过了旧工艺的效率。总之，在无特殊要求的情况下，寻求高效率、高质量的焊接工艺，可以优先采用CO2气体保护焊。

3.3活性气体保护焊技术

活性气体保护焊主要采用CO2+Ar混合气体CO2自动焊。这种焊接工艺在不锈钢焊接中具有明显的优势。我国某船舶技术研究开发院研制出一种适用于造船厂的双线单面MAG焊接设备和工艺。该工艺的主要优点是可以实现坡口内的无缝装配定位焊接，增加细焊丝的切割量，背面选用陶瓷衬垫，实现板厚在12-22mm范围内的单件成形，不仅提高了焊接质量，而且可以同时焊接连接件效率也很高。

3.4焊条电弧焊

线下立焊焊条和向上立焊焊条对比能够有效提升焊接效率，而铁粉焊条焊的方式工艺流程较为简易，能够提升熔敷效率，从而确保焊接效率，焊接效率通常都能提高一半甚至更高。重力焊条选择直接在5～8mm的铁粉焊条，熔敷率能够达到180%左右。

3.6夹渣缺陷的解决措施

在防治船舶焊接夹渣时,要做好以下方面的工作。1)在焊接前要用砂纸对焊缝坡口周边15mm内的表层进行打磨处理,直到出现金属光泽后停止。2)在对一些大厚度的母材进行焊接的时候,及时清理其先焊位置所出现的焊渣。3)在正式焊接前,合理选择焊接材料,禁止使用偏芯以及受潮的焊条。

3.7咬边缺陷的解决措施

在对船舶焊接中咬边缺陷进行防治的过程中,要做好以下方面的工作:1)焊接人员自身的技术水平会影响焊接的质量,应在兼顾焊接工艺参数的基础上,加强对焊接人员的技术培训,充分保障焊接人员自身技术水平满足实际的焊接要求。2)在焊接的过程中,尽可能降低焊接电流,合理控制焊接速度,有效避免过快或过慢的情况。3)在焊接的过程中,合理掌握焊接角度,避免对熔池边缘带来冲刷,更好地保证熔覆金属将焊缝填充。

结论

船舶在实际建造的过程中离不开焊接技术的应用,但是目前在船舶焊接的过程中依然存在较多缺陷,必须采取合理的防治措施,制定有针对性的质量控制措施,降低缺陷出现的概率,保证船舶焊接的整体质量。

参考文献：

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