張宏

摘 要：船舶管系制作、安裝的特點(diǎn)是多品種、多規(guī)格、多數(shù)量并要求在短期完成繁重的工作。焊接工藝在船舶管系制造中起著舉足輕重的作用，焊接技術(shù)是現(xiàn)代造船模式的關(guān)鍵。本文在分析船舶管系制造中應(yīng)用現(xiàn)狀與問(wèn)題的基礎(chǔ)上，對(duì)焊接工藝的未來(lái)發(fā)展前景作了展望。

關(guān)鍵詞：船舶焊接技術(shù)；焊接工藝；節(jié)能環(huán)保；機(jī)械化；自動(dòng)化

充分認(rèn)識(shí)到的發(fā)展和應(yīng)用焊接技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，深刻分析當(dāng)前存在的主題要問(wèn)題，并采用新技術(shù)，加快發(fā)展的步伐是擺在世人面前的重要課題。

1 船舶管系焊接技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 焊接方法實(shí)現(xiàn)不斷優(yōu)化

隨著焊接工藝以及焊接設(shè)備和焊接材料，先進(jìn)的開(kāi)發(fā)，焊接方法也進(jìn)行了改進(jìn)，得到了優(yōu)化發(fā)展?，F(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的CO2氣體保護(hù)角焊縫角焊自動(dòng)或半自動(dòng)的方法大大提高了焊接的效率，促進(jìn)船舶工業(yè)的快速發(fā)展。

1.2 焊接材料更加優(yōu)質(zhì)化

船舶焊接工藝的逐步推進(jìn)，更接近國(guó)際化的發(fā)展方向，焊接材料也將被更新。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)造船過(guò)程中，主要使用的電極，CO2氣體保護(hù)焊絲和埋弧焊焊接材料的焊接材料。逐步優(yōu)化國(guó)內(nèi)焊接材料的發(fā)展正在迅速減少，國(guó)內(nèi)各大船廠手工焊條，焊接材料生產(chǎn)和應(yīng)用的不斷更新和發(fā)展。雙絲埋弧自動(dòng)焊接，如國(guó)內(nèi)焊材逐步替代進(jìn)口焊材金屬粉芯藥芯焊絲本地化，藥芯焊絲用量穩(wěn)步增長(zhǎng)，繼續(xù)優(yōu)化其性能。

1.3 焊接新工藝得到應(yīng)用與推廣

重要的國(guó)內(nèi)船廠積極學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，引進(jìn)外國(guó)飛機(jī)的子裝配和焊接生產(chǎn)線，自動(dòng)焊接單面焊雙面成型的新技術(shù)，同時(shí)，使用半自動(dòng)或全自動(dòng)的平面焊接的船體分段的體系結(jié)構(gòu)氣漸漸保護(hù)角焊接工藝。

1.4 焊接設(shè)備逐步機(jī)械化、自動(dòng)化

焊接過(guò)程中，焊接設(shè)備更換的進(jìn)展迅速，逐步淘汰原來(lái)的旋轉(zhuǎn)式直流弧焊機(jī)，CO2氣體保護(hù)焊機(jī)可廣泛的應(yīng)用，這是一個(gè)長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的新設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)各大船廠的應(yīng)用SCR CO2氣體保護(hù)焊，焊接技術(shù)的改進(jìn)，逆變CO2氣體保護(hù)焊應(yīng)用程序的頻率逐漸提高。 CO2氣體保護(hù)焊機(jī)的應(yīng)用和推廣，可以減少焊接耗材，降低了焊工的數(shù)量，降低成本的焊接工藝，提高焊接效率的焊接工藝的發(fā)展，有著深遠(yuǎn)的影響。

2 焊接存在的問(wèn)題及缺陷

2.1 氣孔

焊接時(shí)熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留下來(lái)形成的空穴就是氣孔。焊接中存在氣孔，會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度，破壞焊縫的密封性，焊縫的有效面積減小。一般在兩種情況下生成并分為兩類：一是在高溫下溶解在液態(tài)金屬中，氣體的突然下降的溶解度，如氫氣，氮?dú)獾?，二是溶解在液態(tài)金屬的氣體，如CO等。主要是因?yàn)樾句P蝕或藥皮變質(zhì)，剝落；焊條或焊劑未烘烤；焊?jìng)氵吘壊粷崳嬖谒?、油脂和鐵銹；保護(hù)濕氣體污染或交通，焊接電流過(guò)大、電壓太高、太長(zhǎng)電極伸長(zhǎng)率；焊接太快。

2.2 咬邊

焊接時(shí)焊接參數(shù)選擇不當(dāng)或操作工藝不正確，當(dāng)焊接金屬?zèng)]能填滿母材焊趾或焊根的熔化凹槽時(shí)，使焊縫邊緣留下的凹陷稱為咬邊。咬邊使母材金屬接頭的有效工作界面減少，從而在咬邊處造成應(yīng)力集中，減弱了焊接接頭的強(qiáng)度，承載后有可能在咬邊處產(chǎn)生裂紋，甚至引起結(jié)構(gòu)的破壞。造成咬邊的主要原因有：焊接電流過(guò)大；焊接速度過(guò)快或運(yùn)條不穩(wěn)，以致沒(méi)能加上足夠的填充金屬；在角焊時(shí)，造成咬邊的主要原因是運(yùn)條角度不準(zhǔn)或電焊電弧拉得太長(zhǎng)等。

2.3 夾渣

夾渣或夾雜物是由于爐渣不干凈，在焊縫金屬中的殘余物。爐渣將焊接接頭的延展性和韌性的降低；尖角渣，導(dǎo)致應(yīng)力集中，特別是用于淬火傾向較大的焊接金屬，容易產(chǎn)生焊接裂紋，在所說(shuō)的熔渣風(fēng)口浪尖上形成巨大的壓力。形成的主要原因是焊件表面，焊接前清理不良（如油，銹等），焊料層之間的清理不徹底，覆蓋潮濕和焊接材料選擇不當(dāng)，電極；焊縫邊緣有氧切或碳弧氣刨殘留渣，焊接電流過(guò)小，焊接速度太快。另外，使用酸電極時(shí)，由于電流太小或所輸送的物品和不當(dāng)形成糊劑殘余物。

2.4 裂紋

焊接過(guò)程中或焊接完成后在焊接區(qū)域中出現(xiàn)的金屬局部破裂的表現(xiàn)稱為焊縫裂紋。焊縫金屬?gòu)娜刍癄顟B(tài)到冷卻凝固的過(guò)程經(jīng)過(guò)熱膨脹與冷收縮變化，有較大的冷收縮應(yīng)力存在，而且顯微組織也有從高溫到低溫的相變過(guò)程而產(chǎn)生組織應(yīng)力，更加上母材非焊接部位處于冷固態(tài)狀況，與焊接部位存在很大的溫差，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力等等，這些應(yīng)力的共同作用一旦超過(guò)了材料的屈服極限，材料將發(fā)生塑性變形，超過(guò)材料的強(qiáng)度極限則導(dǎo)致開(kāi)裂。焊接裂紋可能發(fā)生在焊縫金屬內(nèi)部或外部，或者在焊縫附近的母材熱影響區(qū)內(nèi)，或者位于母材與焊縫交界處。裂紋的存在大大降低了焊接接頭的強(qiáng)度，并且焊縫裂紋的尖端也成為承載后的應(yīng)力集中點(diǎn)，成為結(jié)構(gòu)斷裂的起源。

2.5 未焊透、未熔合

未焊透是指焊接時(shí)接頭根部未完全熔透，抑或是焊件邊緣或者前一道焊層未能充分受熱熔化，熔敷金屬卻已覆蓋上了，造成熔敷金屬未能很好和焊件邊緣熔合在一起。未焊透常出現(xiàn)在單面焊的根部和雙面焊的中部。運(yùn)條速度太快；焊條角度不當(dāng)或電弧發(fā)生偏吹；坡口角度或?qū)陂g隙太小；焊件散熱太快；氧化物和熔渣等阻礙了金屬間充分的熔合等是產(chǎn)生未焊透產(chǎn)生的原因。在焊件與焊縫金屬或焊縫層間有局部未熔透現(xiàn)象稱為未熔合。焊接線能量太低；電弧發(fā)生偏吹；坡口側(cè)壁有銹垢和污物；焊層間清渣不徹底等是產(chǎn)生未熔合的原因。未焊透和未熔合不僅使焊接接頭的機(jī)械性能降低，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點(diǎn)，承載后會(huì)引起裂紋。

3 提高船舶管系焊接質(zhì)量的措施

為了提高焊接質(zhì)量，需要做好以下工作。

3.1 焊縫的焊前檢驗(yàn)

焊接縫釘焊接縫間隙、槽和所謂的焊縫錯(cuò)邊了，定位焊和焊接質(zhì)量的清潔狀況做好檢查焊前檢查。焊接前檢查內(nèi)容、精度標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法，涉及多個(gè)項(xiàng)目，還應(yīng)注意下面的問(wèn)題：

1）清除焊縫坡口區(qū)域的鐵銹，氧化皮，油污，雜物和車(chē)間底漆，并保持清潔和干燥。

2）焊接必須在潮濕，多風(fēng)或過(guò)冷的開(kāi)放空間進(jìn)行，反應(yīng)正確的屏蔽焊接作業(yè)區(qū)，一般強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼，如焊接環(huán)境溫度低于0，材料的碳當(dāng)量大于0.41%，采取焊前預(yù)熱措施。

3）高強(qiáng)度鋼，鑄鋼和鍛鋼船體結(jié)構(gòu)件的焊接，應(yīng)咨詢有關(guān)工藝文件對(duì)船舶進(jìn)行檢查，嚴(yán)格執(zhí)行焊接電弧，定位焊，預(yù)熱和焊后保溫隔熱或熱處理等措施。

3.2 焊縫的焊接規(guī)格和表面質(zhì)量檢驗(yàn)

焊接的焊接規(guī)范對(duì)接焊縫類型和規(guī)模的要求。焊接型對(duì)接焊縫、角焊縫、搭接焊縫和塞焊。角焊縫類型分別角焊縫的單面，雙面全熔透角焊、縫交錯(cuò)斷續(xù)角焊、接鏈斷續(xù)角焊、縫挖孔焊接。焊縫表面質(zhì)量檢驗(yàn)焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)應(yīng)首先檢查的項(xiàng)目，即使檢驗(yàn)和批準(zhǔn)后，其內(nèi)部最終焊縫氣密性試驗(yàn)的質(zhì)量抽查。

3.3 焊縫內(nèi)部檢驗(yàn)質(zhì)量

焊縫質(zhì)量檢查中發(fā)現(xiàn)的焊接規(guī)格尺寸和表面質(zhì)量的檢查和修復(fù)缺損的完成，并重新檢查和批準(zhǔn)。內(nèi)部品質(zhì)的焊接，可用于測(cè)試射線，超聲波，滲透，磁粉探傷，或其它適當(dāng)?shù)姆椒āＡ硗?，液壓、氣?dòng)、煤油（實(shí)際上滲透探傷試驗(yàn)）也可以被用作內(nèi)部的焊縫質(zhì)量檢查裝置。

4 船舶焊接工藝的發(fā)展展望

1）焊接工藝的機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展方向焊接工藝機(jī)械化、自動(dòng)化是船舶工業(yè)的一大發(fā)展趨勢(shì)。

2）焊接材料的發(fā)展將不斷促進(jìn)焊接工藝進(jìn)步。

3）研究機(jī)械手、機(jī)器人焊接。

參考文獻(xiàn)：

[1]通八達(dá)，沈建斌.船舶焊接中常見(jiàn)缺陷的形成機(jī)理及防止與修正措施研究與探討[J].中國(guó)水運(yùn)，2010，10（11）：119-120.

[2]趙伯楗，曹凌源，鄭惠錦等.船舶高效焊接工藝及裝備[J].國(guó)防制造技術(shù)，2010，03.

[3]張永達(dá)，孫成文，于小虎等.船舶高效焊接工藝及存在的問(wèn)題[J].造船技術(shù)，2014，05.