孫冰妍 于功志

（大連海洋大學(xué)，遼寧大連116023；2.大連海洋大學(xué)，遼寧大連116023）

按照船級(jí)社的要求，各類(lèi)液艙都需要進(jìn)行密性試驗(yàn)，在充氣試驗(yàn)前，水密焊縫的表面不得涂漆，而艙室中的水密角焊縫數(shù)量巨大。國(guó)內(nèi)船廠通常在分段涂裝時(shí)，先將包括角焊縫在內(nèi)的各類(lèi)需進(jìn)行充氣試驗(yàn)的焊縫用膠帶覆蓋，在大合攏工作完成后對(duì)液艙進(jìn)行密性試驗(yàn)，然后去除膠帶對(duì)焊縫表面噴涂油漆。這種施工步驟使得油漆涂裝工作要分兩步完成，大大影響了船舶的建造周期，尤其是船塢內(nèi)的大合攏周期。在船體分段制作階段進(jìn)行角焊縫充氣試驗(yàn)的目地，就是要在分段整體涂裝前，完成對(duì)水密艙壁角焊縫的滲漏檢查。

1 研究背景

目前國(guó)內(nèi)船企在大型船舶平直分段建造過(guò)程中，多采用肋板拉入工法進(jìn)行肋板框架的裝配，代替了傳統(tǒng)的插入法裝配，取消了大型的過(guò)梁孔補(bǔ)板加強(qiáng)，減輕了船體重量及裝焊工作量，但是與此同時(shí)也對(duì)船體建造各道工序的工藝管理及精度控制都提出更高要求。

水密角焊縫充氣試驗(yàn)也是一種較為先進(jìn)的工藝，起源于日本船廠，特點(diǎn)是在分段建造階段就著手對(duì)水密焊縫進(jìn)行密性試驗(yàn)，目前國(guó)內(nèi)船企普遍采用了這種密性試驗(yàn)方式，因其能夠很大程度上減少分段涂裝破損面積，滿足PSPC的要求，提高生產(chǎn)效率。水密角焊縫充氣試驗(yàn)和肋板拉入法這兩種先進(jìn)的工藝工法如何完美的融合，如何提高充氣試驗(yàn)的成功率是本文研究的重點(diǎn)。

2 存在的問(wèn)題

2.1 肋板拉入法

就是將船體分段上帶有縱骨梁孔的肋板在外力作用下沿著骨材長(zhǎng)度方向拉入已經(jīng)安裝完縱骨的分段板架中，為保證肋板拉入的通暢，對(duì)接縫處必須要打磨光滑[1]。采用肋板拉入法的優(yōu)點(diǎn)很多：加大結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少裝配與焊接工作量，簡(jiǎn)化工序，降低船體結(jié)構(gòu)重量，提高了鋼材的利用率和分段制作效率以及縮短生產(chǎn)周期等，本文在這里不加以贅述。

2.2 角焊縫充氣試驗(yàn)

水密角焊縫充氣試驗(yàn)的原理并不復(fù)雜，就是利用在非全焊透的雙面連續(xù)角焊縫內(nèi)形成的連續(xù)空腔，將壓縮空氣注入兩側(cè)角焊縫之間的間隙里，并保持一定壓力，使氣道內(nèi)空腔與焊縫外面形成壓差，再將檢測(cè)液（通常是肥皂水）噴灑在焊縫表面，如果焊縫存在氣孔或裂紋，壓縮空氣就會(huì)溢出從而在缺陷處形成肥皂泡，目測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷，并予以修補(bǔ)[2]。

2.3 水密角焊縫充氣的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程

角焊縫充氣試驗(yàn)所需要的設(shè)備主要有壓力表、空氣注入貼片、壓力表連接貼片、連接軟管和用于噴灑肥皂水的便攜式設(shè)備（見(jiàn)圖1）。角焊縫充氣試驗(yàn)的基本步驟如下：

圖1 角焊縫氣密試驗(yàn)所需要的主要設(shè)備

（1）將壓力表通過(guò)軟管連接到肋板框架的充氣貼片上；

（2）壓縮空氣軟管連接到空氣注入貼片，角焊縫內(nèi)被充入壓縮氣體，壓力值控制在0.02Mpa；

（3）當(dāng)壓力表的顯示壓力穩(wěn)定后，使用便攜式設(shè)備在角焊縫表面噴灑肥皂水；

（4）檢查焊縫表面是否有滲漏點(diǎn)；

（5）對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行修補(bǔ)；如在充氣試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)滲漏冒泡，應(yīng)按照下述要求進(jìn)行修補(bǔ)：對(duì)一般的氣孔可以直接進(jìn)行焊接修補(bǔ)；如冒泡處的焊縫缺陷是裂紋，則用小口徑碳弧氣刨或砂輪徹底清出缺陷，再焊接修補(bǔ)并打磨處理；修補(bǔ)完成后需重新進(jìn)行角焊縫的充氣試驗(yàn)。

（6）按照上述程序修補(bǔ)后，需再次進(jìn)行充氣試驗(yàn)；

（7）全部檢查完成后，做記錄。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中存在的一些問(wèn)題

水密角焊縫氣密試驗(yàn)是一種新工藝，能夠提高分段的完整性，減少后續(xù)涂裝工作的施工難度，因此這種新工藝值得大力推廣，但是因?yàn)槿魏问挛锞衅鋬擅嫘裕欣陀斜?，所以重點(diǎn)是船企應(yīng)該結(jié)合自身實(shí)際情況，循序漸進(jìn)地積累經(jīng)驗(yàn)并建立持續(xù)改進(jìn)的機(jī)制，經(jīng)過(guò)調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)由于船廠的現(xiàn)場(chǎng)管理水平參差不齊，一些船企多多少少都遇到了一些困擾出現(xiàn)了諸多問(wèn)題：

采用肋板拉入法分段的充氣成功率很低。

水密補(bǔ)板的位置結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，焊接連續(xù)性差，造成充氣試驗(yàn)困難；

水密焊縫充氣后焊縫內(nèi)部空氣壓力有，但氣壓比較小，以至氣壓表無(wú)法達(dá)到要求值；

充氣試驗(yàn)不能通過(guò)的情況一旦出現(xiàn)，肉眼外觀不可見(jiàn)，無(wú)法找到堵塞點(diǎn)。

施工人員為充氣試驗(yàn)成功避免處罰，違反工藝紀(jì)律，例如在水密肋板斷面打磨出凹槽，在邊緣氣割出坡口或在焊縫中間塞焊條制造間隙，這些違規(guī)做法將直接影響船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，對(duì)船舶航行造成巨大的安全隱患。

對(duì)于上道工序部件制作的精度提出更高要求，從而延長(zhǎng)了工期增加了制造成本。

3 控制方案研究

為了解決上述存在的問(wèn)題，需要研究出一套科學(xué)合理的控制方案，達(dá)到提高肋板拉入法分段水密焊縫充氣試驗(yàn)成功率的目的。肋板拉入法分段的結(jié)構(gòu)形式是數(shù)根“T型材”縱骨連續(xù)穿過(guò)水密肋板，“T型材”縱骨的面板處采用貼裝的水密補(bǔ)板，其焊縫內(nèi)部的空間是相通的，在焊縫的中間安裝空氣注入片，兩側(cè)安裝壓力表連接片。對(duì)水密艙壁的角焊縫進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，充氣口與出氣口需要設(shè)置在貼板上，高壓空氣通過(guò)貼板和母材的縫隙順利進(jìn)入待檢驗(yàn)的角焊縫中，壓力表連接部件通過(guò)軟管連通壓力表，連接軟管一端與進(jìn)氣口有效連接，另一端與空氣減壓閥門(mén)連接后與高壓風(fēng)帶連接；空氣減壓閥門(mén)能從8kg/cm2減壓到0.2～0.5kg/cm2范圍；一般將試驗(yàn)時(shí)的壓力控制在0.02Mpa。然后將肥皂水噴灑在焊縫表面，檢查焊縫表面是否存在滲漏部位。

經(jīng)過(guò)分析問(wèn)題產(chǎn)生的根源是肋板拉入法獨(dú)有的工藝方法和特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式造成的，解決問(wèn)題的重點(diǎn)之一是肋板與底板之間，水密肋板框架和T型材（丁字鐵）的腹板之間，水密肋板框架和梁孔補(bǔ)板之間，補(bǔ)板和T型材（丁字鐵）面板之間，這一系列結(jié)構(gòu)相互之間的間隙如何控制。重點(diǎn)之二是避免發(fā)生局部焊透現(xiàn)象，而造成壓縮空氣不能通過(guò)，堵塞的位置用肉眼從外觀上不可見(jiàn)。重點(diǎn)之三是針對(duì)水密補(bǔ)板特殊的設(shè)計(jì)形式需要制定方案。

（1）水密補(bǔ)板預(yù)先貼裝在肋板框架的過(guò)梁孔上或提前安裝肋板拉入順序套在T型材上。

（2）在采用肋板拉入法裝配時(shí)，必須嚴(yán)格保證T型材與肋板或框架的角焊縫間隙，并控制在2--3mm內(nèi)。

（3）所有可以采用角焊縫充氣試驗(yàn)的角焊縫在焊接施工時(shí)，必須使焊縫兩端焊接完整，尤其是合攏口的范圍要進(jìn)行包角焊接。

（4）充氣貼板需要在肋板焊接開(kāi)始前安裝，厚度與母材一致，否則直接影響空氣的流通。

（5）立角焊縫全位置則采用全位置焊接小車(chē)，保證焊縫連續(xù)焊接，減少因中途停頓而導(dǎo)致的引弧與熄弧現(xiàn)象［3］

（6）在焊縫的兩端應(yīng)設(shè)計(jì)R5通氣孔和排氣孔（見(jiàn)圖2），焊接時(shí)要將R5通氣孔和排氣孔的單側(cè)焊接，另一側(cè)不焊接作為焊縫充氣時(shí)使用，從其完成后進(jìn)行補(bǔ)焊；如果焊縫兩端沒(méi)有R5通氣孔和排氣孔，則焊接時(shí)在焊縫兩端距端部100～150mm處單側(cè)預(yù)留3mm長(zhǎng)度不焊接，焊縫充氣完成后進(jìn)行補(bǔ)焊。

圖2 R5通氣孔設(shè)計(jì)位置示意圖

（7）水密焊縫采取了跟蹤補(bǔ)涂工藝措施，進(jìn)行充氣試驗(yàn)前，檢查焊縫上車(chē)間底漆厚度，如果車(chē)間底漆膜的厚度超過(guò)50μm，將掩蓋掉氣孔和裂紋導(dǎo)致的滲漏問(wèn)題[4]。

（8）肋板裝配時(shí)嚴(yán)禁釘焊位置（見(jiàn)圖3），才能保證充氣時(shí)壓縮空氣流注入補(bǔ)板與肋板之間。

圖3 禁止釘焊位置示意圖

（9）在補(bǔ)板安裝時(shí)必須保證補(bǔ)板的四周焊縫不能焊透；必須預(yù)先將補(bǔ)板安裝在正確的位置，然后安裝肋板。

（10）若補(bǔ)板安裝不滿足圖紙要求、需要將補(bǔ)板拆分安裝時(shí)，采取在兩塊補(bǔ)板的對(duì)接焊縫處加墊紫銅片的方法進(jìn)行施工。

（11）當(dāng)補(bǔ)板安裝不滿足圖紙要求、需要將補(bǔ)板拆分成兩塊或三塊安裝時(shí)，補(bǔ)板安裝前必須嵌套在T型材上焊接成整體。

（12）封堵角焊縫的截止孔，設(shè)計(jì)成“AU”型切口的形式（見(jiàn)圖4），根據(jù)板厚的不同分別采用單面坡口或雙面坡口的形式。利用“AU”型切口在分段制造階段將需要進(jìn)行充氣試驗(yàn)的角焊縫兩端封閉（見(jiàn)圖5），然后再進(jìn)行充氣試驗(yàn)。

圖4 “AU”型切口的標(biāo)準(zhǔn)形式

圖5 已完成焊接的“AU”型切口

（13）焊接參數(shù)的選擇十分重要，水密角焊縫非常容易發(fā)生了焊縫內(nèi)部局部出現(xiàn)了焊透的現(xiàn)象，造成壓縮空氣不能流通。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)《焊接工藝規(guī)程》中要求的電流250A和電壓35V的參數(shù)，適合普通的不需要充氣試驗(yàn)的角焊縫，對(duì)于參與水密充氣試驗(yàn)焊縫此參數(shù)明顯偏大，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，嚴(yán)格控制焊接參數(shù)并調(diào)整焊槍角度（主要針對(duì)第一道打底焊縫）焊接電流設(shè)定為240A,電壓為24V～26V,試驗(yàn)后效果最為理想[5]。

4 輔助方案

在分段制造階段完成了水密肋板的角焊縫密性試驗(yàn)后，還需要對(duì)其它涉及到艙室密性試驗(yàn)的焊縫進(jìn)行檢查，最大限度地提高分段整體涂裝的完整性。在分段建造時(shí)會(huì)預(yù)裝各類(lèi)管系，這些穿過(guò)水密艙壁、甲板和舷側(cè)外板的管子貫穿件，這些就不適合采用角焊縫氣密試驗(yàn)的方式，通常采用著色探傷的方式，對(duì)這些角焊縫的外表面進(jìn)行檢查，密性試驗(yàn)手段可以多樣化，靈活的結(jié)合，穿插使用。

例1：壓載邊艙的分段焊接在甲板上的空氣管貫穿件、導(dǎo)門(mén)座板與甲板相連的角焊縫，可以進(jìn)行了表面著色探傷。

例2：穿過(guò)橫艙壁的貨油管系，管子復(fù)板與艙壁的角焊縫等可采用著色探傷。

例3：機(jī)艙分段、船體尾部分段上的有一些較小的液艙，這些空間較小的液艙在分段上如果已經(jīng)形成完整的艙室，建議仍然采用傳統(tǒng)的艙室氣密試驗(yàn)方法將最為經(jīng)濟(jì)且效果更好。

例4：水密焊縫充氣試驗(yàn)不成功，經(jīng)判定修復(fù)過(guò)程將會(huì)影響船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，則應(yīng)采用抽真空或者以全焊透代替的方法[6]。

5 結(jié)論

中船集團(tuán)《建模2.0》中明確指出針對(duì)不同船型，推進(jìn)船體、舾裝、涂裝、焊接、檢測(cè)和試驗(yàn)等新工藝、新工法研究開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用。在船體分段裝配階段進(jìn)行的角焊縫充氣試驗(yàn)，更像是一個(gè)系統(tǒng)工程，從設(shè)計(jì)到現(xiàn)場(chǎng)施工都需要研究，還須配套有其它一些檢驗(yàn)方式，尤其是要找出難點(diǎn)，分析控制要點(diǎn)，權(quán)衡利弊得失，科學(xué)合理的制定一套施工工藝，并做好宣貫和培訓(xùn)。

收益與風(fēng)險(xiǎn)并存，如果要廣泛采用這種密性試驗(yàn)方式，船廠需要積累一定的經(jīng)驗(yàn)，要求施工人員有強(qiáng)烈的質(zhì)量意識(shí)和認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度，質(zhì)檢部門(mén)也要通過(guò)記錄、巡檢等形式建立良好的監(jiān)督機(jī)制。不斷的研究不斷的改進(jìn)不斷的完善，使船企的建造工藝和精度管理達(dá)到較高的水平，這樣船體分段裝配階段進(jìn)行水密角焊縫充氣試驗(yàn)，就會(huì)是一個(gè)非常具有吸引力的密性試驗(yàn)方式。本文經(jīng)過(guò)研究制定出了一套控制工藝，并有針對(duì)性的提出了解決難點(diǎn)的輔助方案，實(shí)踐證明可以從根本上提高肋板拉入法分段的水密角焊縫充氣試驗(yàn)成功率。