钢质船舶船体焊接缺陷分析_侯文武.pdf

第 31 卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.31 No.2Feb.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言近年来，随着工业水平的不断发展，金属成为日常生产和生活中应用范围较广的一种材质，相比于铸造等工艺，焊接技术是后来出现的，并且呈现出了较快的发展态势。尤其对于钢材质来说，焊接技术已经成为很多加工技艺里，最为普遍的一种方式，通过焊接技术，可以使金属材质的结构更加稳定，并且重量较轻。在很多交通工具的建造上使用这一技术，能够减轻重量。由于焊接技术的特殊性，一般经过焊接后，可以保证较高的密封效果，所以在各种密封性的船舶建造上，可以发挥重要的作用。利用焊接工艺能够保障钢质船舶具有良好的密闭效果，并且能够承受较高的水压，这是船舶安全行驶的基础。若焊接过程中出现问题，就会使钢质船的构件出现缺陷，出现渗水等问题，为航行带来危险。对过去多发性的船舶航行安全事故进行研究，可以发现超半数以上的事故，都是由于船舶的焊接缺陷引发的，其中“沙滩船厂”中的问题尤为严重。因此，要尽量提前发现问题，尽早进行修复。实际的焊接缺陷有很多种类型，本文对重点缺陷问题展开分析。1 钢质船舶焊缝咬边缺陷的成因比较常见的焊缝咬边问题，主要是在焊缝的边缘处发生了凹陷。通常产生这样的问题是因为焊接时电流过大，运条太快，电弧过大，以及焊条角度不合适引起的。埋弧焊的焊接时间太快，或者焊接轨道摆放不合理等因钢质船舶船体焊接缺陷分析侯文武（黄海造船有限公司，山东 威海 264306）摘 要：随着我国经济的不断发展，船舶建造水平不断提升，很多种类的船舶建造工艺都有了较大的改进。其中一些船舶的类型由于其自身的线型存在着较大的变化，通常在焊接工艺上会采用手工焊接的方式，手弧焊接作为常见的焊接方式，能够直接影响到船舶的建造水平。本文对钢质船舶船体焊接存在的缺陷展开了研究，对影响焊接的因素进行分析，针对实际问题提出了一些建议。关键词：钢质船舶；船体焊接；船舶建造中图分类号：U671.8 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.02.019引用格式收稿日期：2022-11-15作者简介：侯文武（1985-），男，本科，工程师，研究方向为船舶设计。素，都会使焊件融化掉一层，若填充金属不能迅速地填平就会产生咬边缺陷。一般咬边缺陷会引起一些不良效果，使母材接头处的横截面变小，当咬边处受力时，就会使周围的钢材发生断裂，所以对于钢质船来说，重要部位的零部件，要求不能出现咬边现象，对咬边深度有着严格的标准，否则会使船舶产生重大的安全隐患。想要预防咬边缺陷，就要在焊接时，选择匹配的焊接电流，保障运条速度合理，重点掌控焊接角度和电弧长度，所选择的焊接参数必须合理。尤其要保证焊接速度的均匀，不能过快，同时保障焊接的轨道处于平面状态1。2 钢质船舶焊缝夹渣缺陷的成因通常钢质船舶发生的焊缝夹渣就是夹杂在焊缝中的熔渣。主要是由于在焊接过程中，焊缝边缘处有留下的熔渣，焊接的速度不均匀，或者使用的电流不合理等因素造成的。而且焊条的使用也有要求，如果电流和运条的使用不够合理，就会造成焊接出现煳渣。同时，受到焊条酸性与碱性的影响，使用的不正确也会造成夹渣问题。对焊缝夹渣问题进行研究，发现夹渣问题会直接影响到焊缝的强度，使船舶的密闭性降低，对船舶的航行产生重大的安全隐患。一般采用以下措施来预防此类问题的发生：选择合理的坡口大小，在焊接前对坡口处进行仔细清理，避免夹杂其他物质；焊接电流的选择必须符合焊接要求，不能过大或过小，并控制焊接速度，注意运条的摆动，多层焊接时，要重点查看四周的融化状态；认真清理不同焊层产生的焊渣，提升船舶建造的安全性2。侯文武.钢质船舶船体焊接缺陷分析 J.船舶物资与市场,2023,31(2):58-60.第 2 期 59 3 钢质船舶焊缝气孔缺陷的成因常见的钢质船焊接缺陷，还有焊缝气孔问题。这一问题也会对钢质船的航行产生较大的危害，所以需要重点关注。通常所说的焊缝气孔问题，主要是指在焊接过程中，熔池中会产生一些气泡，这些气泡在温度下降后会冷凝，如果没有及时地溢出，就会形成气泡的孔洞。形成气泡的主要因素是由于在焊接时，坡口四周不够整洁，存在着渣滓或者其他杂质，影响了焊接的效果，比如油渍和铁锈等，都会使焊接出现气泡。而且焊接时焊条焊剂的使用如果没有依据使用标准操作，就会造成焊芯生锈，还会使药芯发生变化。而且，在低氢焊接的情况下，当电弧和焊接速度没有按照标准状态操作时，都会产生气泡，气泡一旦出现，就会给船体带来安全隐患，气泡会使焊缝的密闭性降低，缩小有效的焊接面积，而且如果气泡太大，就会减弱焊缝的强度，直接影响到船体的密闭性。所以钢质船的焊接需要重点注意气泡的产生，提前做好预防，通过采用合适的焊接电流，运营均匀的焊接速度，对于焊缝周围的各种杂质和污渍仔细清理，避免水分和油渍等附着在焊缝周围，依据标准对所使用的焊接材料进行清理，在焊条的选用上，也要注意不能使用锈蚀的材料，确保零部件的整洁。一旦焊条药皮变质，或者出现质量问题时，就要采取有效的解决措施，立即处理或者更换。注意埋弧焊环节的参数调整，尤其是在对薄板自动焊的环节，要注意焊接的速度不能过快，否则会影响焊接效果3。4 钢质船舶焊缝未焊透、未熔合缺陷的成因通常情况下，钢质船舶出现的焊缝未焊透缺陷（见图 1），主要是在实际焊接过程中，由于焊接接头处没有完全熔透，而产生的一些缺陷问题，主要表现在焊件与焊缝之间。这类问题主要出现在焊件的组装环节，由于坡口的角度不合理，造成边缘处太厚，不利于焊接，焊接时使用的电流不够、焊接的时长不足，速度不均匀以及电弧长度不合理等因素造成。焊缝未焊透和未熔合都会对钢质船舶造成一定的危害，为船只航行带来安全隐患，而且这对图 1 焊接图于船体的缺陷问题来说，属于较为严重的技术问题。一般出现未焊透和未熔合的情况，就会使焊缝发生突变或者在航行中出现断裂，直接影响船体的强度，严重的情况甚至会出现裂缝。所以说，对于钢质船舶来说，在关键构建位置必须要保障船体的安全性，避免出现重要构件未焊透，或者未熔合问题。面对这样的缺陷问题，通常情况下，建造人员会提前做好预防处理工作，包括对焊件坡口的角度进行调整，保障四周的表面整洁，不能存在水渍、油污和各种杂质，充分重视封底焊接，并且关注运条的摆动速度，仔细观察焊接后的两端是否融合4。5 钢质船舶焊缝裂纹缺陷的成因一般对于钢质船舶焊缝裂纹缺陷进行分析，可以将焊接裂纹分为热裂纹和冷裂纹，一般随着金属材质的变化而变化。当液态变化为固态的状态时，所产生的裂纹叫做热裂纹5。热裂纹的主要表现就是在焊接完成后，马上就可以出现，而且一般出现在焊缝的中心位置，在焊缝的四周分散，这种裂口一般会在金属焊接的表层出现，会表现出多种颜色，而且裂纹的最外侧呈现出圆形的图案。造成该现象的主要原因是由于在焊接过程中，焊接的表层出现了一些杂质，影响了焊接的效果。因为杂质的熔点不高，所以会产生结晶，冷却后的强度又很低，所以在外部受力的情况下，杂质突出，从而产生开裂。同时，焊件和焊条中如果含有金属杂质，也会形成热裂纹6。当焊缝在焊接材质冷却后出现的裂纹就是冷裂纹。冷裂纹不仅会在焊接后马上显现，也会在焊接后的一段时间内出现，时长不固定，可能几小时，也可能几天时间。冷裂纹主要是由于在焊接过程中，受到循环作用的影响，让焊接位置产生了一些粹硬物质。在焊缝中出现了过多的氢，或者在接头处产生了较大的应力。出现裂纹问题对于钢质船舶来说，是极为危险的一种焊接问题，具有较大的危险性。裂纹会对船舶的重要结构产生影响，引发安全问题，直接影响到船舶结构的稳定性。在实际焊接时，必须要重视裂纹问题，提前做好预防工作，避免产生裂纹。焊接完成后也要利用多种检验方式，来查看是否出现了裂纹，当发现裂纹问题后，就要立刻采取有效的处理措施，确保裂纹问题能够全部消除。一般采用的预防措施有以下几点：首先，必须要调整焊接的具体参数，保障参数的合理性，在冷却环节也要注意，避免冷却过快等问题的产生，提升焊缝的相关参数，选择小电流进行操作，采用多次焊接的方法，保障焊缝的工艺符合标准。其次，要严格按照操作流程执行，减少焊接受到的外力，避免出现裂纹。在工具的选侯文武：钢质船舶船体焊接缺陷探究船舶物资与市场第 31 卷 第 2 期 60 择上，可以选取低氢焊条，降低氢元素的比重。焊接材料的储存也要注意科学性，避免出现材料变质、受潮等问题。重视坡口四周的清洁，防止出现各种杂质，降低氢成分的含量。同时，注意按照不同的材料级别，选择匹配的焊接参数。还要做好焊接前期的准备工作，焊接完毕后要进行冷却处理。尽量选择多层焊接的方式，把控好焊接的温度和时长，注意焊接的速度7。可以通过热处理，减少氢成分，提升接头处的受力效果，提高韧性。在焊接程序的选择上，也要注意合理性，可以选择不同阶段进行焊接，尽量降低焊接承受的应力，从而提升焊接的整体水平。6 焊缝中的其他缺陷对于钢材质的船舶建造，焊接是其中一个重要的环节，能够直接影响船体的安全性。在实际的焊接中，不仅容易出现一些焊接的缺陷，还可能会产生焊瘤，以及多种安全问题，成为船舶航行中的安全隐患。其中，引起焊瘤的最重要因素就是焊接的运条不均，这会直接导致熔池的温度过高，造成液态金属的变形。所以会在焊接的表层形成一个金属瘤。此外，立、仰焊接的方式，必须要采用符合标准的电流，否则也会出现焊瘤问题。若焊接不能持续，则会形成弧坑，使焊接处表层出现形变，而且极易形成渣滓，产生裂纹问题，对焊缝的强度产生直接影响。为了避免出现焊瘤问题，可以通过采取有效的预防措施，包括对于焊接时的温度进行管控，保障焊接的电流不能过大或者过快。在焊条的选择时，注意碱性焊条要选择短弧，确保焊接时能够均匀的进行操作，尽量减少弧坑现象的出现。还可以通过缩短焊条，或者让焊条在焊接时多次操作，来避免这样的缺陷8。对于钢质船舶来说，要对焊接环节进行及时检测，发现问题立刻进行修复。例如，气孔存在缺陷，就要立刻采取有效的整改措施，尤其是处于内部的气孔，可以采用风铲和碳弧气刨方式处理气孔出现的问题，同时可以使其形成匹配的坡口，经过再一次的焊接以保障效果。对于其他缺陷问题，可以利用同样的方式来修正和处理，并依据相关的要求补焊。应对裂纹缺陷时，要认真观察裂纹的起始处和终点处，检查裂纹的长度和深浅，根据实际情况进行处理，使用风铲处理问题时，可以在裂纹的边缘处进行操作，避免裂纹扩大，可以使用 12 mm 的工具进行钻孔，同时选择符合裂纹深度的钻头。用碳弧气刨处理缺陷时，先从裂纹的边缘处进行操作，持续到裂纹全部解决，然后又再次进行处理，不管选择哪种处理方式进行修复，都要产生对应的坡口，根据实际需要补焊。处理焊缝问题时，要重点从以下几个方面入手：首先，采用补焊的方式进行修复，尽量使用小电流，注意不要出现摆动，可以多次进行操作，注意电流不能过高。其次，在刚性较高的位置进行作业时，要注意排除首层和末层，可以在焊接完毕后进行捶打，这样可以使不同的焊道错位。另外，需要提前预热的材质，要求工作条件符合要求，可以选择符合实际需要的预热方式。而且，部分需要提前预热的焊件，可以提前操作进行热处理。焊接中的材料包括 D.E 级别的钢材，以及高强度的零件，通过人工焊接来进行缺陷的修正，要控制好焊接的时长，注意不同缺陷的补焊情况，尽量一次焊接完毕。提前做好预热工作，确保不同层级间的温度处于 60以上。另外，要对焊缝问题进行及时修复，检查焊接条件是否合格，避免在压力较大的情况下操作。最后，对已经修复过的焊缝进行多次检验，经检验后，若仍存在焊缝缺陷，就要立即进行重复修正。另外，对于补焊次数也有着明确的规定，要严格按照规范执行。7 结语针对钢质船舶来说，焊接要根据不同位置，选择符合焊接要求的材料，要及时地检测焊接的成果，一旦发现缺陷问题，要立即进行修复。目前，焊接技术已经成为工作生产中必不可少的加工工艺，本文通过对钢质船舶中焊接缺陷进行分析，针对性地提出了改进的方式和预防措施，希望通过本文的研究，能够促进焊接工艺的进一步发展。参考文献：