船舶修造中焊接技术的应用前景

【摘 要】本文讨论了船舶焊接技术,探讨了船舶修造过程中焊接要求,以及在实际操作中焊接缺陷的原因及预防措施.

【关 键 词】船舶制造；焊接工艺；对策

焊接技术的进步对推动造船发展具有十分重要的意义.在船体建造中,焊接工时约占船体建造总工时的30%～40%.焊接质量是评价造船质量的重要指标,焊接效率则直接影响到造船周期和船舶建造成本.船体的结构强度要求焊缝保证一定的强度,能承受强风浪的冲击.如果焊接接头存在严重的焊接缺陷.在恶劣的环境下,就有可能会造成部分结构断裂；甚至引起断船沉没的重大事故.

1.造船中焊接工艺

船舶制造过程中,须进行焊接工艺评定试验.通常是对母材及焊接材料在确定采用一定工艺焊接后,通过检验焊缝及热影响区的性能来评定该工艺的适用性.由于焊接工艺评定对保证后续焊接工序和工艺质量有着重要意义,因此各船级社均要求对拟将新采用的焊接工艺进行评定或认可.

2.焊接工艺评定的实施

2.1编制评定试验方案

在提交焊接工艺评定试验方案和进行焊接工艺评定前,结合造船焊接实际情况,厂方首先要向船级社提交一份拟认可的焊接工艺评定试验方案.

船级社在收到焊接工艺试验方案后,将会依据船级社的规范对方案进行审核,依据中国船级社CCS复查的主要内容有：焊接工艺是否基本正确、项目截取的试样位置是否与规范要求一致,在填写焊接规范参数前,可参考相关的资料.此外,各船厂在申请焊接工艺评定前,通常会自行对拟申请的项目进行预先试验,故焊接工艺评定方案中内容的填写,也可参照预试验的数据.焊接工艺方案填写完毕后,提交船级社审查.

2.2船级社对焊接工艺评定方案的审查

船级社对焊接工艺评定试验方案的审查包括：1）检测、试验的项目能否满足规范要求；2）检测、试验试验试样的加工能否满足规范要求；3）每一项试验结果的规定值是否符合规范要求等.

2.3焊接工艺评定现场试验

焊接工艺评定现场试验按照审查后的焊接工艺评定试验方案进行,通常验船师须见证试验全过程.在试验开始前,验船师要核查待焊母材与焊接材料,是否与方案中材料的等级、规格一致；检查待焊试件的装配情况,是否符合方案要求；直流电源焊接时,还要检查电源极性是否正确.在试验过程中,要记录每一焊道的布置、焊接参数以及是否预热、层间温度控制情况、焊道打底及清根情况等,并对焊缝外观质量进行评定.如焊接试板焊缝外观检查合格,则还需对焊缝进行无损探伤,以及按照规范要求,并在焊接试板上确定拉伸、弯曲、冲击、金相等试验试样的位置.最后一道工序为检查试样加工情况,进行理化性能试验.

验船师在焊接工艺试验见证过程中,如对上述任何一道工序试验、检测发现不合格,除力学性能试验可能涉及在原试件上复取样试验外,其他情况均须重新进行工艺评定试验.

2.4焊接工艺评定证书的签发

现场试验结束后,由船厂整理试验结果,编制工艺试验报告,提交船级社审核.经确认合格后,船级社将在焊接工艺评定试验报告上签署,签发“焊接工艺认可证书”.“焊接工艺认可证书”的内容包括：1）焊接工艺过程中采用的母材材料和焊接材料；2）焊接工艺适用的工件厚度范围；3）焊接方法规定；4）焊接位置规定；5）接头型式；6）坡口装配形式及试验时的焊道布置、清根方法、层间温度控制和焊接工艺参数等.

3.焊接工艺评定的采用

经船级社评定的焊接工艺一般长期有效,但船厂对已批准的焊接工艺进行改动时,应将所有改动的细节向船级社报告,船级社根据改动的具体内容,决定是否重新进行焊接工艺评定试验.例如,进行立焊位置（立向上施焊）焊接工艺评定并获得通过,若船厂在实际生产中其余条件都不改变,只是将焊接方向改变为立向下施焊,自认为原焊接工艺是适用的而不需重新进行工艺评定,这种观点是错误的.因为在焊接中,立向上施焊与立向下施焊是有很大区别的,因此必须重新进行焊接工艺评定试验.评定的焊接工艺,通常都有一定的适用范围,超出此范围就应对拟采用的工艺进行焊接试验.

4.船厂在焊接时常出现的问题与对策

船舶焊接缺陷种类很多,按其位置不同,可分为外部缺陷和内部缺陷.常见缺陷有气孔、夹渣、焊接裂纹、未焊透、未熔合、焊缝外形尺寸和形状不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑等.

4.1气孔

气孔是指在焊接时,熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴.产生气孔的主要原因有：坡口边缘不清洁,有水份、油污和锈迹；焊条或焊剂未按规定进行焙烘,焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等.此外,低氢型焊条焊接时,电弧过长,焊接速度过快；埋弧自动焊电压过高等,都易在焊接过程中产生气孔.由于气孔的存在,使焊缝的有效截面减小,过大的气孔会降低焊缝的强度,破坏焊缝金属的致密性.预防产生气孔的办法是；选择合适的焊接电流和焊接速度,认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹.严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料.不使用变质焊条,当发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时,应严格控制使用范围.埋弧焊时,应选用合适的焊接工艺参数,特别是薄板自动焊,焊接速度应尽可能小些.

4.2夹渣

夹渣就是残留在焊缝中的熔渣.产生夹渣的原因主要是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度或焊接电流太小,或焊接速度过快.在使用酸性焊条时,由于电流太小或运条不当形成“糊渣”；使用碱性焊条时,由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣.进行埋弧焊封底时,焊丝偏离焊缝中心,也易形成夹渣.防止产生夹渣的措施是；正确选取坡口尺寸,认真清理坡口边缘,选用合适的焊接电流和焊接速度,运条摆动要适当.多层焊时,应仔细观察坡口两侧熔化情况,每一焊层都要认真清理焊渣.封底焊渣应彻底清除,埋弧焊要注意防止焊偏.

4.3咬边焊缝边缘留下的凹陷,称为咬边.产生咬边的原因是由于焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等.埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因,都会造成焊件被熔化去一定深度,而填充金属又未能及时填满而造成咬边.防止产生咬边的办法是：选择合适的焊接电流和运条手法,随时注意控制焊条角度和电弧长度；埋弧焊工艺参数要合适,特别要注意焊接速度不宜过高,焊机轨道要平整.

4.4未焊透、未熔合

焊接时,接头根部未完全熔透的现象,称为未焊透；在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象,称为未熔合.未焊透或未熔合是一种比较严重的缺陷,由于未焊透或未熔合,焊缝会出现间断或突变,焊缝强度大大降低,甚至引起裂纹.未焊透和未熔合的产生原因是焊件装配间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径太大、电流过小、速度太快及电弧过长等.焊件坡口表面氧化膜、油污等没有清除干净,或在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合或运条手法不当,电弧偏在坡口一边等原因,都会造成边缘不熔合.防止未焊透或未熔合的方法是正确选取坡口尺寸,合理选用焊接电流和速度,坡口表面氧化皮和油污要清除干净；封底焊渣清除要彻底,运条摆动要适当,密切注意坡口两侧的熔合情况.

4.5焊接裂纹

焊接裂纹是一种非常严重的缺陷.结构的破坏多从裂纹处开始,在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹,在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹.一经发现裂纹,应彻底清除,然后给予修补.焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹.焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹,防止产生热裂纹的措施是：一要严格控制焊接工艺参数,减慢冷却速度,适当提高焊缝形状系数,尽可能采用小电流多层多道焊,以避免焊缝中心产生裂纹；二是认真执行工艺规程,选取合理的焊接程序,以减小焊接应力.焊缝金属在冷却过程或冷却以后,在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹.

4.6其他缺陷

焊接中还常见到一些焊瘤、弧坑及焊缝外形尺寸和形状上的缺陷.产生焊瘤的主要原因是运条不均,造成熔池温度过高,液态金属凝固缓慢下坠,因而在焊缝表面形成金属瘤.立、仰焊时,采用过大的焊接电流和弧长,也有可能出现焊瘤.产生弧坑的原因是熄弧时间过短,或焊接突然中断,或焊接薄板时电流过大等.焊缝表面存在焊瘤影响美观,并易造成表面夹渣；弧坑常伴有裂纹和气孔,严重削弱焊接强度.防止产生焊瘤的主要措施严格控制熔池温度,立、仰焊时,焊接电流应比平焊小10―15%,使用碱性焊条时,应采用短弧焊接,保持均匀运条.防止产生弧坑的主要措施是在手工焊收弧时,焊条应作短时间停留或作几次环形运条.

5.结束语

在钢质船舶建造过程中,焊接是重要工序之一,焊接工时占船体建造总工时的30%左右,焊缝金属占船体金属重量的1.5%左右.在船舶建造过程中,尤其是客渡船、交通艇之类的小型船舶,船体线型变化较大,且相对尺度小,在焊接时多为手工施焊,就是大型船舶建造中手弧焊亦占有很大比重.手弧焊焊缝质量与焊工的技术、设备和工作环境有关,所以焊接工艺评定试验是船舶建造过程中必不可少的一道工序.