角焊缝预密性试验探讨

方建辉， 顾彬彬， 朱 斌

(泰州口岸有限公司， 江苏 泰州 225321)



角焊缝预密性试验探讨

方建辉， 顾彬彬， 朱 斌

(泰州口岸有限公司， 江苏 泰州 225321)

分段预密性试验作为一项新工艺，在许多船企得到了应用。分析相关的工艺文件，主要从整体工艺流程进行控制，而对于焊接过程控制这一关键环节则没有详细的介绍。通过模拟试验，掌握密性位置焊缝的焊接质量控制方法，进而提高密性试验的成功率。试验结果表明通过控制焊缝质量来提高密性试验成功率是可行的。

预密性试验 贯通 充气 焊接缺陷 过程控制

0 引言

分段预密性试验在国内外许多船厂均取得了成功，而本公司也一直在密切关注这项新工艺。为了满足新涂层性能标准PSPC，必须提高分段的完整性，减少后续工艺的施工难度及舱室整体涂装面积的损坏[1]。根据公司的生产方案，在建造的4 350TEU集装箱船上首次使用分段预密性工艺。为了配合该工艺的顺利推广，前期进行了多次针对性的试验，为后续推广工作打下坚实的基础。

根据已经掌握的资料：一条焊缝能否做通，与装配、焊接质量过程控制密切相关。部分施工人员由于对该项技术不熟悉、操作不熟练，无法保证施工质量，导致多处焊缝不能贯通，密性试验屡屡失败，返修工作量大。因此，为了减少返工量、提高预密性试验成功率，需进行前期模拟试验，通过试验过程获取经验。

1 预密性模拟试验原理

模拟试验说明：选取T型材为模拟对象，腹板与翼板的装配间隙为0～3 mm，进行双面连续焊。然后在一侧端口充入0.02 MPa的压缩空气，另一侧端口涂上肥皂水，如图1所示。

出现情况：(1) 如果出气口肥皂水冒泡，则基本可以认为焊缝无缺陷，内部贯通。(2) 出气口肥皂水不冒泡，在焊缝表面涂肥皂水，如果焊缝表面冒泡，则表面焊缝存在缺陷，如裂纹、气孔等。(3) 出气口肥皂水不冒泡，焊缝表面涂肥皂水后仍然不冒泡，则表明内部间隙已经被堵死，无法贯通。

图1 原理图及现场照片

2 典型试验过程

2.1 试验一

(1) T型材装焊。

T型材长5 m，共两件，装配间隙分别为0～1 mm、2 mm，如图2所示。钢板材质为普通钢，板厚为δ=12 mm。采用CO2自动角焊小车施焊。

图2 T型材装焊示意图

现场焊接情况： 定位焊采用双面对称焊，焊条为Φ=3.2 mm 的碱性焊条。焊脚尺寸均为5 mm～6 mm。电流为240 A～260 A，电压为26 V～28 V。

现场实际查看：定位焊完毕后，发现装配间隙在0～1 mm的T型材焊缝熔深较浅，两侧焊缝不易熔透。装配间隙在2 mm的T型材两侧焊缝接近熔透，如图3所示。

图3 定位焊缝示意图

实测焊脚尺寸：装配间隙在0～1 mm的焊脚尺寸为5 mm～5.5 mm,装配间隙在2 mm的焊脚尺寸为5 mm～6 mm。

(2) T型材充气试验。

从T型材一端充入压缩空气，充气压力为0.02 MPa。焊缝表面及另一端涂肥皂水。

试验结果：间隙在0～1 mm的T型材中间焊缝区域有一处小气孔，如图4所示。将漏气处补焊完毕后，另一端冒泡，证明已经贯通。间隙在2 mm的T型材焊缝区域完整，另一端直接冒泡，证明直接贯通。

图4 充气试验结果

2.2 试验二

(1) T型材装焊。

T型材长5 m，共两组，板厚为δ=12 mm，装配间隙分别为2 mm、3 mm，如图5所示。焊脚尺寸均为5 mm～6 mm，钢板材质为高强钢EH36，采用CO2气体半自动焊。

图5 T型材装焊示意图

现场焊接情况： 为避免两侧焊缝熔透，定位焊采用交错对称焊，焊条为直径Φ= 3.2 mm 的碱性焊条。

实测焊脚尺寸：装配间隙在3 mm的焊脚尺寸为5 mm～5.5 mm。

装配间隙在2 mm的焊脚尺寸为5 mm～6 mm。

焊接电流为270 A左右，电压为26 V～28 V，环境温度最低为0℃。

(2) T型材充气试验。

从T型材一端充气，充气压力为0.02 MPa，焊缝表面及另一端涂肥皂水。

试验结果：间隙3 mm的T型材焊缝区域有多处气孔、裂纹。漏气现象明显，其中气孔多位于起弧、收弧处，如图6所示。从充气端开始，将漏气处逐一补焊完毕后，另一端才冒泡，证明已经贯通。但是补焊过程前后长达4 h，而且补焊过程中困难重重，部分焊缝气孔处常常需要补焊2～3次才合格。遇到裂纹处，补焊工作量更大。补焊后外观成型很差，但如果不进行修补，贯通试验无法继续进行。

(3) 间隙2 mm的T型材焊缝区域同样有多处气孔、裂纹，漏气现象明显。

其中气孔多位于起弧、收弧处。从充气端开始，将漏气处逐一补焊，但是到了中间位置，2.6 m 左右至另一端，焊缝区域无任何反应，由此判断内部已经堵死。于是将充气管取下，从另一端开始充气，同样有多处气孔、裂纹，漏气现象明显。将漏气处逐一补焊，中间位置2.4 m 左右至另一端，焊缝区域无任何反应，由此判断此处内部已经堵死，试验失败。堵塞点位于正中偏左100 mm处。堵塞原因：左右两侧焊缝金属完全熔透所致。

图6 充气试验结果

2.3 试验三

(1) T型材长5 m，装配间隙为2 mm，焊脚尺寸均为5 mm～6 mm。钢板材质为高强钢DH32，板厚为δ=14 mm，采用CO2气体半自动焊。吸取此前的教训，严格控制焊接参数并调整焊枪角度(主要针对第一道打底焊缝)，如图7所示。焊接电流为240 A左右，电压为24 V～26 V，外观成型较好。

图7 焊枪角度示意图

(2) 从T型材一端充气，充气压力为0.02 MPa，焊缝表面及另一端均涂肥皂水。

试验结果：焊缝不贯通，采用“气刨+切割”的方式进行返修。应用二分之一排除法，在焊缝的中间位置刨开一个孔，如图8所示。将焊缝一分为二，如果检查出其中半条焊缝通气，则另半条就不通，用此方法依次检查，最终找出问题所在，减少返修的时间与工作量。将漏气处逐一补焊完毕后，另一端冒泡[2]。

图8 开孔处示意图

3 试验结果

分析几次试验过程，得出如下结论。

贯通试验是否顺利成功，主要取决于：(1) 装配质量。(2) 待焊区域焊前清理状况。(3) 焊缝质量，主要指焊缝是否出现气孔、裂纹等缺陷。而焊缝质量主要由焊接过程控制决定，包括焊接方法、焊接参数、工艺等。

3.1 装配质量

在本次试验中，钢板为数控切割，比较平整规则。但在施工过程中，钢板经过多次装焊后，不可避免地出现变形及不平整。如果拼板过程中产生波浪变形，会导致装配后T型接头处的装配间隙参差不齐。如果局部出现间隙绝对为零的情况，内部被堵死的可能性将增大。因此，拼板上胎架后，应首先进行校平。另外，从试验来看，留一定的装配间隙，对保证内部贯通是有积极作用的。但间隙越大，两侧焊缝熔透的可能性也就越大，特别对于薄板(≤12 mm)，尤其明显。同时，间隙大易造成焊脚尺寸偏大，引起焊后变形量加大，因此装配间隙并不是越大越好。另外，装配前要对装配区域以及附近区域进行严格清理，以防止杂质混入接头间隙中引起堵塞。因此，预密性区域建议申请焊前报检。定位焊过程中，焊条尺寸应控制在直径为3.2 mm左右，建议采用单面定位焊，也可以使用CO2气体保护焊进行定位焊[3]。

3.2 焊接方法

(1) 采用CO2气体保护焊(手工)时，人工操作不可避免出现焊接中断，在起弧、收弧处，易产生弧坑裂纹。因此引熄弧时，须将弧坑填满后再熄弧。此外，焊接时，若焊枪角度控制不当，熔化金属被吹向装配间隙处，也极易导致两侧焊缝熔透。上述问题都会导致后面的充气试验无法继续。

(2) 使用CO2角焊小车焊接时，焊接参数及焊枪角度容易控制，焊缝成型好且能保持连续性，为下一步的充气试验打下了良好的基础，应扩大CO2角焊小车使用范围。平直角接缝，应尽量采用高效焊接设备，如自动角焊小车。立角焊缝全位置则采用全位置焊接小车，保证焊缝连续焊接，减少因中途停顿而导致的引弧与熄弧现象[4]。

(3) 对于多道焊缝，打底焊道质量控制尤为关键，如果打底焊缝出现缺陷，那么整条焊缝出现缺陷的可能性增加，导致贯通试验失败。另外，若焊接电流超过300 A，裂纹产生的概率也会显著增加。因此，焊接过程中，应安排专人跟踪监控，防止焊接参数过大，同时保证焊枪角度正确。

3.3 钢板材质及环境因素

普通钢与高强钢相比，焊接过程中出现裂纹的概率要小许多。在冬季，气温低的情况下，高强钢焊接过程中出现裂纹的可能性更大。而从试验来看，裂纹的长度从几毫米至几十毫米不等，位置也不确定，焊缝中心、焊缝边缘、熔合线处均可能存在。由于裂纹的长度及方向均不规则，且有扩展倾向，因此，相对于气孔来说，裂纹的修补难度更大。而裂纹处的焊缝碳刨后，T型接头处的装配质量更难得到保证。夏季施焊，空气湿度大，钢板上容易积露，出现气孔的概率增大。因此，建议不管是冬季还是夏季，密性焊缝待焊区域各种杂质(水、锈、氧化皮等)必须清理干净，同时应适当预热，以减少缺陷产生的可能性。

4 结论

(1) 进行了一系列预密性试验，使预密性试验一次性通过率达95%以上，得到船东船检的高度认可。同时，还获取了如何减少焊接过程中产生缺陷的措施，并可以应用于其它位置的焊接。

(2) 充气试验是公司新推广的新工艺，其简单可靠、成本低对缩短船舶建造周期、质量、成本等方面具有重要意义。

[1] 罗伯豪.船体分段预密试的方法与实践[J].广船科技,2010,30(2):15-19.

[2] 罗来友.关于提高分段充气密性试验合格率的探讨[J]. 广东造船, 2011,30(5):70-72.

[3] 国防科技技术工业委员会.钢质海船船体密性试验方法：GB/T 257-2001[S]．2010．

[4] 方建辉.船舶焊接常见裂纹分析及控制[J].船舶工程,2015，37(S1)：186-190.

Research of Pre-tightness on Fillet-seam

FANG Jian-hui， GU Bin-bin， ZHU Bin

(Taizhou Kouan Shipbuilding Co., Ltd., Taizhou Jiangsu 225321， China)

As a new technology, the subsection pre-tightness test has been applied in many shipping enterprises. The relevant process-documents were mainly focused on the overall process control, but for the key welding process control, there is no detailed introduction. A series of simulation test was conducted to control the welding quality method, and enhance test success rate. The results show that the method to improve the tightness test success-rate is feasible by controlling the quality of the weld.

Pre-tightness test Penetration Inflation Welding defects Process control

江苏省科技计划项目(编号：BE2015208)。

方建辉(1981-)，男，工程师，主要从事船舶焊接质量的过程控制及新工艺推广。

U671

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