李磊，束暉，徐佳煜

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

船體焊接技術是利用外板、艙室、分段、總段等材料進行焊接，以保證結(jié)構(gòu)鋼在焊接過程中達到焊接要求，并達到連接。該方法采用了一種以金屬為原料進行焊接的空間結(jié)構(gòu)體系，采用了一種連續(xù)的整體冶金技術。焊接質(zhì)量直接關系到船舶結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作性能。船舶生產(chǎn)工藝技術要求高，生產(chǎn)周期長，工藝復雜，維修費用高，焊接質(zhì)量控制要求高。如何改善焊接工藝，是當前我國船舶行業(yè)面臨的一個長期難題。在焊接工藝中，應從人、機、料、法、環(huán)等多方面進行綜合控制，做到事前、事中、事后分析，并對焊接質(zhì)量進行有效的控制。焊接作業(yè)量大、焊接部位復雜、母材品種多樣、工藝參數(shù)不合理、焊接環(huán)境惡劣、焊接技術水平低等問題。氣孔、夾渣、裂紋是船舶制造中普遍存在的問題。本文從常見焊接缺陷的成因入手，分析了常見的焊接缺陷，分析了造成這種情況的原因，提出了相應的預防措施。焊接缺陷與結(jié)構(gòu)應力、坡口形狀、母材、材料、工藝參數(shù)、熱處理和焊接工藝有關。

1 船舶焊接方法概述

在現(xiàn)代船舶行業(yè)中，焊接技術的運用，極大地縮短了建造周期，推動了船舶行業(yè)的迅速發(fā)展。目前，在船舶工程中，采用的主要焊接技術有：（1）手工電弧焊。采用焊條的藥皮中添加一定的鐵粉，采用特殊的方法進行焊接，但由于其效率低，在實際生產(chǎn)中使用較少。（2）CO2氣體保護焊。CO2焊是目前我國船塢應用最多的一種方法，其特點是：CO2焊接技術相對SMAW 工藝更加集中，具有更小的熱影響區(qū)，提高了焊接效率，而且沿著焊縫的溫度和溫度分布比較均勻，而且應力分布比較均勻，適合于大型部件的焊接。（3）氬弧焊接。因為在使用過程中，氣體在經(jīng)過氬氣接頭時，會產(chǎn)生熱量，然后通過金屬片的表面，與基片進行緊密結(jié)合，從而達到牢固的焊接效果。（4）激光焊接。利用大功率激光作為熱源進行高精度焊接，熱影響區(qū)小，熱集中，焊接變形，殘余應力，目前在艙室鋼板焊接中得到了廣泛的應用。

焊接工藝過程包括氣孔、焊后殘余應力、熱影響區(qū)、應力、機械損傷、應力分布、腐蝕等。焊縫應力分布時，通常會對焊縫產(chǎn)生不利影響，從而導致焊縫性能降低和焊接質(zhì)量降低。因此，焊接接頭設計時，應注意避免應力集中，防止出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。焊接接頭尺寸大小應根據(jù)構(gòu)件尺寸確定。不同材料的焊縫尺寸大小不一，其中一些接頭厚度較小、形狀復雜的造船構(gòu)件可能需要較大的焊接電流和切割長度。此外，如果焊縫過小，可能無法滿足焊縫的尺寸要求而造成焊接質(zhì)量缺陷。此外，還要注意到高溫下焊縫溫度分布不均勻和焊縫裂紋的產(chǎn)生影響了焊縫性能。

為了防止焊縫中出現(xiàn)裂紋，焊縫接頭的外觀應進行充分預熱，并在預熱溫度下保證焊接材料的熱影響區(qū)處于熔深區(qū)域以下。此外，還需嚴格控制焊接電流，以防止因為電流過大而導致熔池和接頭熔化并降低接頭強度。因為焊縫接頭熔化后還會繼續(xù)向熔池內(nèi)填充，因此，當焊縫成形后，應及時對焊縫進行回火處理以消除缺陷。在熔化前應先進行探傷檢查，以防止熔深不足或探傷不徹底導致焊縫出現(xiàn)裂紋。由于在焊縫成形后，焊縫的缺陷會繼續(xù)向整個熔池發(fā)展而形成裂紋，因此其探傷必須完全結(jié)束并及時對焊縫進行徹底探傷以消除裂紋后進行焊縫成形或焊道成形。為了防止焊縫因缺陷繼續(xù)向下發(fā)展而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，應對缺陷進行徹底探傷檢查并及時修補。如果發(fā)現(xiàn)焊縫有缺陷或存在嚴重質(zhì)量問題，應立即對焊縫進行焊補。焊補時，應采用合適的壓力和溫度以及相應的焊前準備、操作程序及電弧控制方法等來保證焊接質(zhì)量。對于一些焊縫質(zhì)量較差或存在少量焊縫缺陷而需對焊縫進行修理時，應采取嚴格而有效的保護措施，以防止影響焊縫使用安全及造成質(zhì)量事故等問題出現(xiàn)。

2 船舶焊接缺陷形成機理分析

2.1 焊接變形

焊縫的變形主要是由于焊接時的非均勻加熱和冷卻所產(chǎn)生的殘余應力。高溫下，材料屈服強度為0，并出現(xiàn)自由變形。當傳熱源被轉(zhuǎn)移后，材料的恢復強度會受到周圍金屬的限制，而在組織轉(zhuǎn)變時，其體積會發(fā)生變化，并產(chǎn)生應力。一般情況下，有三種類型的焊接應力。熱應力是由于焊條或焊料在工件表面形成的應力，一般是由于熱源引起的。組織應力是在轉(zhuǎn)變過程中，溫度和溫度不均勻所引起的組織變形。由于結(jié)構(gòu)自身的約束條件所產(chǎn)生的應力，即外部約束應力，包括結(jié)構(gòu)形式、焊縫位置、焊接順序、自重、夾具的彈性等。焊接工藝技術的好壞直接關系到焊接質(zhì)量。在有限的條件下，如薄板的厚度、自由狀態(tài)等，都會產(chǎn)生相應的尺寸變化，縮短、彎曲、變形等。在焊接過程中，由于材料的彎曲變形和剩余應力的增加，容易導致焊縫的變形和疲勞破壞。

2.2 焊接裂紋

焊接裂紋是指在焊接部位或焊接部位產(chǎn)生的局部裂紋。在焊接時，由于焊縫的存在，會對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成很大的影響。從某種意義上說，它可以使焊接構(gòu)件和焊接構(gòu)件發(fā)生化學變化，使其承載能力下降，耐腐蝕性能下降，強度和韌性下降。焊縫裂紋主要由內(nèi)部和外部的溫度引起。內(nèi)應力集中是指在焊接過程中，由于焊接時產(chǎn)生的應力和輸入熱量的不均而產(chǎn)生的裂紋。內(nèi)熱效應是指在焊接過程中，由于焊工未按工藝規(guī)程進行操作，或因操作不當而造成的內(nèi)壁變形；表面熱效應是指在焊接過程中，由于溫度過高而產(chǎn)生的大量空隙和空穴。焊接具有極強的破壞性，如果在海上發(fā)生裂紋，對船舶的航行造成不可挽回的損害。

焊縫表面、根部和鄰近表面都有焊縫。造成這種情況的主要原因有：（1）焊縫表面的缺陷會導致焊縫的變形；由于焊工操作不當，會造成焊縫處的孔洞或電弧深度，進而加劇焊縫缺陷；（2）焊縫缺陷可能導致裂紋擴展；（3）焊接裂紋是由焊接變形引起的。應力集中裂紋、應力脈動裂紋、應力裂紋等是裂紋形成的主要原因。殘余應力裂紋是指大裂紋，也叫擴展裂紋。裂紋主要集中在焊點，近縫區(qū)裂紋很少，根據(jù)使用情況分為結(jié)晶裂紋、液化裂紋和多邊裂紋。

2.3 焊接環(huán)境影響

船體的焊接作業(yè)以內(nèi)場及干船塢為主，其作業(yè)環(huán)境對焊接質(zhì)量有很大影響。在焊接過程中，大氣環(huán)境、振動環(huán)境以及各種氣體的存在，都會對焊件產(chǎn)生一定的污染，并引起焊接質(zhì)量問題。對于分段、總段和外段，大多數(shù)情況下都是在外場和碼頭進行的。因此，要采取科學的技術措施，對工程建設的環(huán)境進行有效的治理，以保證工程項目的各項安全指標在控制范圍內(nèi)。在焊接工藝、工藝參數(shù)選擇、材料選擇、焊接順序的合理安排、焊接內(nèi)外環(huán)境的控制下，保證了焊接的質(zhì)量。焊接工人面對很多不利因素，首先，要面對的是氣候問題，南方多雨，如果母材長期在雨中浸泡，則會導致長期的含水量。在焊接前，如果不及時處理，就會產(chǎn)生焊接缺陷。另外，對焊接作業(yè)人員的安全也有一定的不確定性，稍有疏忽就可能造成電擊事故。另外，外力引起的氣流會嚴重影響熔池的保護，導致工件的內(nèi)外表面產(chǎn)生氣孔，嚴重時產(chǎn)生擴展裂紋。

3 船舶焊接缺陷解決措施分析

3.1 焊接工藝認可實驗

焊接工藝認可實驗是在具體條件下的工藝試驗，業(yè)績根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點，技術條件要求和施工條件等進行的焊接工藝試驗，并通過認可實驗證明選用的焊接材料、焊接工藝，達到“船規(guī)要求”，并獲船檢部門認可。（1）焊接工藝方法；（2）母材的鋼種、鋼級、厚度及其應用范圍；（3）焊接材料的牌號、認可等級、規(guī)格和制造廠；（4）焊接設備的型號和制造廠（5）坡口設計和加工要求；（6）焊道布置和焊接順序；（7）焊接位置（平、立、橫、仰焊等）；（8）焊接規(guī)范參數(shù)（焊接電流、電弧電壓、焊接速度和保護氣體流量）；（9）焊前預熱和層間溫度、焊后熱處理及焊后消除應力的措施等；（10）檢驗項目及試樣尺寸和數(shù)量。上述計劃認可經(jīng)船檢部門批準后，方可進行認可試驗。

3.2 檢查焊接過程中的影響因素

在船舶的焊接中，一旦出現(xiàn)了這些缺陷，就會對施工質(zhì)量造成很大的影響。X 射線、超聲波、磁粉、PT 等多種檢測手段都有?？梢圆扇∠铝写胧海?）在使用電焊機進行焊接前，應對焊縫進行相關的測試，并對焊縫內(nèi)部進行檢查；（2）在進行試驗時，必須保證操作者的工作環(huán)境比較安全。在焊接過程中，因焊接材料的差異及使用情況的差異較大。為了確保船舶工程質(zhì)量與規(guī)范之間的一致性與標準化，必須加強對這些問題的分析與研究，并采取相應的對策。

3.3 焊接工藝過程參數(shù)控制

在焊接工藝中，槽型是影響焊縫性能和降低焊縫成本的主要因素，而槽型是保證焊縫質(zhì)量，保證焊縫性能，降低焊縫變形，降低焊縫材料損失的主要指標。坡口的幾何形狀與焊縫組織、力學性能密切相關，合理的坡口形狀對焊縫的性能和焊接質(zhì)量起著決定性的作用。在焊接工藝中，電流對焊接溫度起著重要作用，當電流增大時，應加快速度，避免熱量的累積。從生產(chǎn)效率上看，為了提高生產(chǎn)率，必須采用較高的電流，但是電流太高會對焊接質(zhì)量造成影響，而且高溫會導致一些合金元素的損傷，從而影響焊接后的組織性能，從而導致焊縫熔合區(qū)、熱影響區(qū)的晶粒增加，從而降低焊接接頭的疲勞強度和耐撞性。因此，在實際生產(chǎn)中，應盡量選取WPS所允許的最大值，使兩者達到均衡，達到雙贏。同時，選擇合適的焊接電壓取決于電弧的長度，為了獲得較長的電弧，應選擇較高的電弧。在采用垂直、仰角時，為了避免熔滴過量對焊接工人造成傷害，要盡可能地減小電弧。

此外，在焊接過程中，要注意焊接的速度，要保證焊接結(jié)束后，焊縫的寬度和剩余高度要保持在一定的范圍之內(nèi)，否則，由于焊接速度太快，不能將工件熔化，從而降低焊接質(zhì)量；如果焊接速率太低，導致局部熱集中，導致局部溫度急劇上升，熱影響區(qū)的寬度變大，焊縫的晶粒變粗，力學性能降低，工件的變形也會隨之增加。對于厚度較小的焊件，由于溫度的累積，很容易使其發(fā)生熔融。隨著電弧電壓的提高，焊點的寬度、厚度、剩余高度都會降低，電流對焊點的影響最大，但對熔化深度和熔寬的影響最大。所以，在進行焊接時，必須將上述三方面因素結(jié)合起來，才能達到更好的效果。

4 結(jié)語

近幾年，隨著我國船舶工業(yè)的快速發(fā)展，焊縫的質(zhì)量問題越來越嚴重。為此，船舶生產(chǎn)廠家應加大對焊接工藝的研究，以提高其焊接質(zhì)量，確保其焊接效果。（1）在船舶生產(chǎn)中，存在大量的焊接缺陷，這些缺陷對船舶的使用壽命和安全性造成了很大的影響。（2）在焊接過程中，由于焊縫內(nèi)外存在缺陷，造成了大量的孔隙和腐蝕變形。（3）要根據(jù)實際情況選用適當?shù)暮附臃椒ǎ苑乐垢g過度。（4）由于船舶生產(chǎn)技術對生產(chǎn)質(zhì)量、效率、成本、工期等方面的要求，今后仍將繼續(xù)使用手工半自動的方法。（5）從以上分析和控制措施中，可以看出：改進和控制船舶焊接問題的方法和效果是顯著的；對焊縫缺陷進行進一步的優(yōu)化和完善，可以有效地改善船舶的生產(chǎn)和安全。船舶的焊接技術要求很高，其焊接質(zhì)量要符合相關標準，以確保其質(zhì)量。要使焊接技術在確保焊接質(zhì)量與安全方面起到重要的作用。同時，在船舶的設計中，要充分重視工藝的影響，并在適當?shù)膽煤附蛹夹g來改善其耐腐蝕、耐熱等方面，以確保船舶的安全性。在船舶的實際應用中，對焊接的質(zhì)量進行了嚴格的控制。對新材料、新技術的研究，使之得到恰當?shù)母纳啤４靶袠I(yè)要加大技術創(chuàng)新力度，加大新產(chǎn)品開發(fā)力度。因此，必須加強對新材料、新技術的應用和研究，以保證船舶的安全、壽命。