海洋工程船舶船体结构搭载焊接方法选用浅析

张刚宾 黄博

摘 要：海洋工程船舶搭载焊接方法很多，由于搭载是决定船体质量的重要环节，如何选用高效正确的焊接方法至关重要。本文主要介绍了海洋工程船舶船体结构搭载过程中焊接方法的优缺点，适合位置的焊接方法可供相关技术或施工管理人员选用。

关键词：船体结构；焊接；焊接方法；搭载；大合拢

本文通过对某船厂配备的一座长460米，宽135米，水深14.5米的干船坞和一台900吨龙门吊及一台1000吨龙门吊为生产用设备，通过对此干船坞制造的铺管船、钻井船、浮船坞以及浮式储油船的船体结构搭载焊接方法进行总结，并对焊接方法的优缺点及适合位置进行简单阐述。

施工条件准备：船体分段经过预合拢后，由龙门吊吊装到干船坞的水泥墩或相应的分段上后，由精度控制人员定位后，铆工使用马板将两个船体分段的结构进行加强定位，定位焊后，打磨工随后对坡口及焊缝进行打磨，彻底清除接缝边缘的水分、油锈、切割氧化皮等杂质。焊工就开始对船体大接缝进行焊接工作。

焊接方法的选择应遵循以下原则，（1）保证质量，获得外观和内在质量满意的焊接接头，焊接变形尽量小。（2）具有较高的生产率。在干船坞焊接时，受环境的影响较大，易受风、雨、雪、气温、湿度等自然因素的影响，并且全位置焊接较多，一些高效、自动化程度较高的焊接方法受到限制。

在海洋工程船体分段大合拢中，主要有以下四种焊接方法：

1.二氧化碳气体保护药芯焊

对船体分段搭载中，大部分位置均可选用二氧化碳气体保护药芯焊，该方法可以进行平焊、横焊、角焊、立焊、仰焊。该方法是以连续送进的焊丝与船体分段焊缝之间的燃烧的电弧作为热源，利用电焊炬喷嘴喷出的气体来保护电弧进行焊接。二氧化碳的主要作用就是隔离空气中的某些组分，使其对焊缝的影响减少或杜绝，实现对焊缝及近焊缝区的保护。此方法优点为：焊接速度快，熔敷效率高，飞溅少，电弧更加稳定，焊接成本低，焊接应力变形小，焊接质量高，操作简单。但采用此方法焊接时，弧光辐射强，风速等于或大于2米/秒时，不采取挡风措施的情况下，现场要停止施工，否则容易出现气孔，影响焊接质量。有风时需要在现场设置挡风板等防风措施后焊接。焊接对接焊缝时，背部贴陶瓷衬垫，正面采用二氧化碳气体保护焊方法焊接，使焊缝单面焊，双面成型。对焊接接头处或有气孔的位置，背部需要碳弧气刨清根，用砂轮机打磨干净渗碳层与溶渣，直至漏出金属光泽后，再焊满为止。在对接焊缝两端设引弧板或者熄弧板，把焊缝两端向外延长，避免缺陷落在焊缝的始末端，从而保证了整条焊缝质量稳定均匀。二氧化碳气体是属氧化性气体，焊接时二氧化碳气体被大量分解，分解出来的原子氧具有强烈的氧化性。常用的脱氧措施是加入铝、钛、硅、锰脱氧剂。二氧化碳气体保护焊可以焊接碳钢和低合金钢。焊丝选用TWE-711Ni 的二氧化碳焊丝，焊丝直径为1.2毫米。

2.埋弧自动焊

埋弧自动焊简称（SAW），埋弧焊以连续送进的焊丝作为电极和填充金属，在焊接区上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂下燃烧，将焊丝端部和局部母材溶化，形成焊缝，依靠颗粒状焊剂堆积形成保护条件，焊剂和熔渣能有效地防止空气侵入熔池而受污染，还可以降低焊缝冷却速度，从而可以提高焊接接头的力学性能。需要在高速和大热量输入的情况下保证焊缝具有良好的力学性能和背面成形。

埋弧自动焊适用于船体分段搭载后的中厚板（钢板厚度大于等于8mm），直缝，长缝，平位置的焊接。由于需要导轨行走，所有对于一些形状不规则的焊缝无法焊接，且不适宜焊接薄板。

此方法的优点为生产效率高，劳动条件好，没有弧光，对焊工眼睛无伤害，焊接时放出的烟尘和有害气体少。焊接质量高，由于焊接工艺参数可以通过自动调节保持稳定，焊缝表面光洁平直，焊缝金属的化学成分和力学性能均匀而稳定。焊接后探伤人员对焊缝进行无损检测，即磁粉探伤（MT）及手工超声波探伤（UT）时，通过率极高。

3.气电垂直自动焊

气电垂直自动焊简称（EGW），适用于船舶分段合拢时立向上对接焊接。由于机头可随平行于焊道的轨道自动爬行，因此几十米长的焊缝可一次完成，是一种高效、优质的垂直焊方法。

焊接过程中用二氧化碳气体作保护，并对焊接熔池强制一次成形的方法来完成。焊缝的前后面分别用水冷铜滑块和带有梯形凹槽衬垫，以保持熔池稳定和成形良好。采用此方法时，在大合拢焊缝内侧搭设脚手架，组装马板，贴KL型专用衬垫，合拢缝外侧上方挂垂直移动吊笼，人员站在吊笼内进行操作。焊件装配时要求坡口内无定位焊缝，贴衬垫一侧用马板组装，马板间距≤350毫米，马板的槽口必须和坡口中心一致。该方法适用于船体外板，船体舷侧，隔舱壁垂直对接缝的焊接。该方法使用的焊接材料为直径φ1.6毫米的药芯焊丝，典型牌号DWS-43G。

4.手工电弧焊

手工电弧焊简称（SMAW），是焊工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，焊工以外部涂有涂料的焊条作为电极及填充金属，电弧在焊条端部和被焊工件表面之间燃烧，熔化焊条和钢板形成焊缝。涂料在电弧作用下产生气体，保护电弧，又产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化的钢板与周围气体相互作用，又向熔池添加合金元素，改善焊缝金属性能。此方法适用于大合拢时狭窄空间场合的焊接，对接焊缝及角接焊缝均可采用，也适合船体大合攏完毕，整船验收时的漏焊和补焊，适合各种位置的焊接。该方法设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好，不易受风的影响，在大多数天气情况下都可以进行焊接，对焊接金属的最大厚度没有限制。在环境温度低于18度时，应采用气体火焰将母材预热到21度以上。但是劳动条件差，焊工要受到高温烘烤，有毒、烟、尘、和金属蒸汽的危害，熔敷速度慢，焊接效率较低，劳动强度大，在搭载焊接时，空间开阔及易于实现自动化焊接的位置较少适用，对焊工的操作技术要求高，焊接质量在一定程度上取决于焊工的操作水平。焊条应采用船级社认可的碱性低氢型焊条，常用的焊条尺寸为长度460mm，焊条直径一般为3.2mm，4.0mm。

5.结语

由于船坞工期紧迫，要求施工速度快，而焊接是船坞搭载时最为重要的工序。因此选择合适的焊接方法对降低成本，提高焊接效率，搞好焊缝的质量极为重要。目前我国船厂的焊接技术基本上满足了船厂生产的需要，但是随着大型集装箱船及海洋工程环保型船舶的开发建造，在大厚度钢板的焊接及3～6mm薄板的焊接方法等高新技术方面的应用会越来越多，特别是船舶焊接机器人技术，焊接机器人对船舶高效焊接自动化有着深刻的意义，值得我们深入探讨。

参考文献：

[1] [美]威廉 L.加尔维里 弗兰克 M.马洛 著 李亚江等译 焊接技能问答 化学工业出版社 2004.5.

[2] 何中振等 海洋石油工程设计指南（第六册）[M] 石油工业出版社，2007.4.

[3] 吴润辉等 船舶焊接工艺 哈尔滨工程大学出版社，2006.3

[4] 沈惠塘 焊接技术与高招 机械工业出版社 2003.2.