试论船舶焊接的缺陷及质量管理

马修伦

中国船级社质量认证公司青岛分公司 山东 青岛 266000

引言

国内最早于20世纪初期开始研究船舶制造领域的实用焊接技术,并以1920年的“英国远洋船”作为标志,正式将船用焊接技术引入国门,这不仅意味着现代焊接技术已经在造船工业中得到广泛应用,并且成功地将传统手指关节技术转变成机械关节技术。由于这种新型焊接技术的应用,主要造船厂的运行方式发生了重大变化,从“集成建造模式”到现代“分段生产模式”已发生了很大的变化。自20世纪40年代以来,造船焊接技术就已经进入了快速发展的应用阶段,且随着重力焊、气保焊、埋弧焊等多类型高效焊接方法的出现,该项技术的实际应用范围也在不断扩张。特别是在1950年代后期,船舶焊接技术的研究取得了全面进展,不仅建立了以高效节能为特征的高效焊接技术体系,也使得原有气电立焊与埋弧焊技术的应用流程得到不断完善。70年代起,国家开始大力扶持单面焊、CO2气体保护焊等多项焊接技术,且随着焊接型机器人的问世,船舶焊接应用技术也在逐渐趋于完善。

1 船舶焊接的缺陷

1.1 钢船焊缝咬边缺陷产生的原因、危害 造成咬边的原因有焊接电流过大、焊条速度过快、引弧时间过长或焊条角度不合适等。咬边的危害主要表现为：减少钢材接头的工作截面、导致底切应力集中、容易产生断裂等。因此,在动荷载作用下的重要构件或结构不允许倒切,否则倒切深度会受到限制。

1.2 气孔缺陷 船舶焊接过程中,气孔是比较常见的问题。气孔分为两种,即表面气孔和内部气孔。如果出现气孔问题,不仅会导致船舶的美观性受到影响,还会导致船舶的整体强度和硬度降低。出现气孔的原因如下：

1)气体在焊接熔池中没有被全部排出。

2)焊接时没有采取合理的措施防风,导致空气直接进入熔池。

3)焊接材料在使用前没有做好烘焙处理。

4)焊芯上存在杂质。

5)焊接边缝的清洁不到位,导致焊接中出现水和油渍等。

1.3 钢船焊接裂纹缺陷 焊接裂纹包括热裂纹和冷裂纹。在结晶过程中产生裂纹的焊接金属从液体到固体状态被称为热裂纹,焊后立即可见,主要发生在焊缝的中心,而且大部分的表面裂缝贯穿,显示氧化颜色和裂纹尖端略圆。热裂纹的原因是焊接熔池中的低熔点杂质。由于低熔点杂质,最新的结晶固化,固化后的可塑性和强度都非常低。这些低熔点杂质由于大的外部结构的约束应力和焊接金属的凝固收缩而引起晶间裂纹。当焊接零件和焊条中含有更多的硫和铜杂质时,很容易产生热裂纹。焊接前必须预热焊接位置,除去凝结在钢板上的水分,并消除部分装配应力。焊缝在金属冷却或冷却过程中,在熔合线的焊缝处,称为冷裂纹。此类裂纹可能在焊接后立即出现,或者在焊接后数小时,数天甚至更长时间内出现。

2 船舶焊接的质量管理措施

2.1 学习先进的船舶焊接理论 就目前发展情况来看,国内船舶焊接技术的应用理论过于陈旧,很难在注重材料与焊接应用能力使用的同时,在型材韧度、硬度等方面不断提升。此外,各项船舶用焊接产品的使用期限相对较短,不仅不能抵御海水等外界环境因素的侵害影响,也很难对船舶内部主机进行合理化保护,特别是在恶劣的天气环境下,由于船板焊接位置处存在着较大的焊缝结构,易导致水、空气等物质经由此进入船舶主机内部,并对船体的正常航行状态造成影响。因此,出于应用安全性考虑,应在保持现有船舶焊接技术水平的同时,引进并学习先进的焊接材料选择理论,一方面使得船舶表面的防护安全性得以有效保障,另一方面亦可避免不良航行行为事件的发生,实现对船舶主机的合理化保护。

2.2 使用新的焊接工艺 在船舶制造业的焊接过程中,由于焊接材料存在单一性,难免会对实际的生产效率产生影响。所以,在船舶的生产过程中不同企业的需求存在差异,对于造船的材料以及产品的结构需求也会存在差异,使得船舶焊接朝着个性化与定制化的方向发展。目前,船舶制造模式已经对焊接技术带来了影响,所以需要格外重视焊接工艺的更新。我国有很多船厂都选择先进平面分段装焊流水线的引入,同时配备了相应的新设备与新工艺,能确保整体能够朝着半自动化和自动化的方向发展,以此提高船舶焊接效率。此外,应用立焊工艺技术,满足降低工人劳动强度的要求,同时增强对于工人的培训,实现对焊接生产操作步骤的简化处理,确保焊接质量的稳定性。

2.3 使用耐腐蚀的船体材料 为了提高船体的耐腐蚀性,在船体结构中应采用性能良好,强度适当的焊接工艺,并应选择电化学性能相匹配的不同类型的钢。同一艘船上使用的建筑材料应使其腐蚀电位尽可能接近,以最大程度地减少对船体的电偶腐蚀的损害。船上的许多动力系统、消防管和相关的冷却水管网络经常由于振动或腐蚀而泄漏。如果管道中的流速比较快,可以采用铜铁阳极的组合技术。如果管道中的流量很高,并且需要承受强烈的腐蚀,则可以选择双相不锈钢管或钛管。尽管钛管的性能相当优越,但其价格却极为昂贵。对于管道流量不高和对耐腐蚀性能不太高的要求,可以使用镀锌管或普通钢管。

2.4 加强焊接检验 焊接检验作为焊接的最后工序,应及时发现焊接之中存在的问题,采取针对性的措施进行合理的改进与调整,以此提高焊接质量。在检验过程中要对于坡口、间隙等有明确的分析,然后利用实际的工艺规定处理,这样就可以推动后续工作的有效实施。另外,要做好水压试验和气压试验工作,避免日后出现渗透的情况,以此保证焊接气密性与标准相互匹配。所以,针对船舶焊接质量而言,需要从各个环节入手,进行系统的、全面的焊接检验,有效规避焊接问题的发生。

3 结语

从实用性角度来看,船舶焊接技术的发展已经成为国内各大船舶制造企业的核心发展方向,特别是在高效焊接材料的选择与应用方面,各大企业更是投入了极大的关注度,力求使企业自身的焊接处理技术达到理想化应用水平。