船舶焊接存在的缺陷与质量控制措施

文/陈文祥，武汉交通职业学院

焊接技术作为船舶制造过程中的重要技术，将会直接决定船舶的密封性和基本强度，应当加强对船舶焊接缺陷的研究，将缺陷限制在可接受范围之内，从而有效确保船舶建设的基本质量，从以下做起：

1 船舶焊接中存在的缺陷危害及其形成原因

1.1 焊缝中存在气孔缺陷

焊缝中有单个气孔、密集气孔和链状气孔，它们有的成球形，有的成椭圆形状出现，大小各不相同。气孔的存在减少了焊缝有效截面积，降低了焊缝的强度，同时也破坏了焊缝的致密性。

产生气孔原因有：一是在潮湿或恶劣的工作环境进行焊接作业，没有采取有效的防护措施；二是使用了药皮受潮、变质、脱落和焊芯生锈和过期的焊接材料和焊剂；三是焊接过程中焊接电流过大造成焊条焊芯发红药皮脱落，焊接熔池失去了药皮的有效保护；四是待焊焊件坡口及坡口周围及两侧油污、铁锈和气割残渣未清理干净；五是焊工操作引弧方法不当，运条过程中碱性焊条焊接电弧较高，操作水平有限。

1.2 焊缝中存在的夹渣缺陷

夹渣是夹杂在焊缝金属内部的非金属熔渣，如果在焊缝中出现连续性尺寸较大的夹渣，会出现裂缝从而降低焊缝结构强度，是最危险的焊接缺陷之一。

夹渣产生原因有：一是焊接时选择的焊接电流过小和焊接坡口角度较小；二是坡口部位清理不够彻底，进行多层多道焊焊接时，焊道层间药皮未清理干净；三是焊条角度和运条方法不正确。四是整体的焊接速度过快，熔池中存在的杂质缺乏足够时间浮出熔池表面。

1.3 焊缝中存在未焊透缺陷

焊接时，焊道与母材之间，母材有未完全熔化的部分叫未焊透缺陷。焊缝未焊透缺陷是熔敷金属两边或者边缘没有完全融化，出现在单面焊接根部或者双面焊接的中间部位，会极大降低焊接部位的机械性能，甚至会出现应力集中现象。根据所产生的部位不同，分为根部未焊透和边缘未焊透。

产生未焊透缺陷原因：一是焊接电流过小和焊接速度过快；二是坡口角度较小并且焊接电流过小；三是选择的坡口钝边太厚，预留间隙较小；四是选择的焊条直径偏大，坡口角度小，焊条未伸进坡口根部，母材根部没有完全熔化；五是焊条偏心以及焊条摆动幅度不到位。

1.4 焊缝中存在裂纹缺陷

裂纹是船舶焊接过程中最危险的焊接缺陷，船舶建造过程中使用的基本碳钢或者低合金钢焊接材料，按照不同的产生部位可以分为如下几种：横向裂纹、纵向裂纹、弧坑裂纹、热影响区裂纹。它存在于焊缝或母材上的缝隙，造成焊接结构的破坏，船体整体断裂基本上都是由裂纹造成的，所以在焊接过程中不允许焊接裂纹存在，经过检验发现焊缝内、热影响区以及母材存在有裂纹缺陷，必须进行彻底清除之后加以修补。

焊接裂纹产生的原因：一是含碳量很高的焊件材料，如果使用含硫、磷较高的焊接材料，在不采取工艺措施的情况下，极容易产生焊接裂纹，所以与焊件材料的化学成分以及焊件材料的可焊性有关。二是设计不合理，焊缝处在过于密集区域，在焊接过程中，也没有按照相应的焊接顺序进行焊接，造成焊接结构产生较大应力和变形，超过焊缝金属强度极限。

2 船舶焊接存在的缺陷控制措施

2.1 对气孔缺陷进行防治

1）焊前将坡口及坡口周围边缘10-15mm范围内使用机械打磨干净，直至露出金属光泽。2）在潮湿环境放置的工件和大构件焊接前，还应对工件进行火焰烘烤去除水分。3）在焊接之前必须对焊接材料和焊剂按照规定要求，即按照规定的温度和时间进行烘焙，经烘焙合格的焊条放置在保温桶内随用随取。4）对已经变质、焊条药皮脱落、焊芯锈蚀和发生磁偏吹严重的的焊条禁止使用。5）正确选择焊接电流，碱性焊条采用直流反接电源并采用短电弧焊接，气孔是熔池中的气体来不及逸出而留在焊缝中的空穴，所以在船舶焊接过程中保证不被焊穿的前提下，适当加大焊接电流，降低焊接速度，以延长熔池停留时间，有利于气体从熔池中逸出。6）焊条电弧焊是利用焊条药皮的分解、熔化而生成气体和熔渣，对焊条端部、熔池及附近区域进行有效保护，防止大气对熔化金属的有害污染，所以焊条电弧焊焊接时风速不得超过8m/s；而气体保护焊是利用气体对熔池进行有效保护，在现场焊接风速不得超过2m/s。

2.2 对夹渣缺陷进行防治

1）焊前将坡口及坡口周围边缘10-15mm范围内使用机械打磨干净，直至露出金属光泽。2）在保证不被焊穿的前提下，适当选择较大的焊接电流，焊接速度不宜过快。3）焊缝处在焊接位置不同，焊接电流也不尽相同，平焊位置的焊接电流一般比立焊和仰焊位置的焊接电流要大10%-20%。4）在使用酸性焊条焊接平焊位置时，焊条对准焊缝坡口，焊条与焊接方向成70°-80°夹角，这样有利于分清熔化金属和熔渣，必须使熔渣在熔池的后面，否则很容易产生夹渣。5）对于坡口角度较小和立焊、仰焊的焊接位置，不宜采用大直径焊条和小规范电流焊接。6）进行多层多道焊焊接时，应将每层焊道药皮或夹杂物清除干净再焊接。

2.3 对未焊透缺陷进行防治

1）焊前将坡口及坡口周围边缘10-15mm范围内使用机械打磨干净，直至露出金属光泽。2）选择合适的焊条直径，单面焊双面成形时坡口钝边不宜太厚，先预留合适的焊缝间隙，一般先焊的焊缝间隙略比后焊的焊缝间隙小些，焊接时焊条端部应伸进坡口根部便于焊接电弧将钝边充分熔化。3）在实际焊接过程中，尽量使用交流焊机代替直流焊机，从而避免磁偏吹现象出现。4）焊缝根部有未焊透缺陷时，应用碳弧气刨或角向磨光机进行彻底的清理干净，然后开适当的焊接坡口重新进行焊接修复。

2.4 对裂纹缺陷进行防治

1）选择必须与母材金属化学成分相匹配的焊接材料进行焊接。2）对于可焊性较差的合金钢结构、厚度较大的构件和较低的环境温度，焊接前应按规范要求进行焊前预热，焊接过程中保持层间温度，焊接完成后还需进行保温缓冷或焊后热处理等技术措施。3）由于焊接热源和焊接热循环的作用，在焊接过程中，使焊件受热不均匀，金属各部件受热时的膨胀和冷却时的收缩不同，就在焊件中产生了应力和变形，焊接结构中的残余应力，会影响结构的承载能力，常常会引起裂纹和脆断，所以在设计焊接结构时，应该事先考虑结构形式，尽量避免焊缝过于集中，而产生强大的应力和变形，还应该选择正确的焊接程序进行施焊。

3 提升焊接质量的基本方式

3.1 进行结构设计的优化，有效提升船舶的稳定性

船舶设计是顶层基础性的工作，焊接结构在实际设计过程中，必须严格按照船舶制造的相关技术要求进行。船舶焊接管理人员还应当加强对船舶焊接质量风险控制，根据船舶制造的实际需求对船舶焊接的风险点进行全面系统评估，从而有效杜绝船舶焊接质量问题的出现。加强研究以实现船舶结构设计方案的最优化，设计时应该充分考虑装配焊接的空间位置，还应考虑避免一个区域内焊缝过多造成焊接应力集中，有利于焊接质量的提升。

3.2 完善制造设备和材料，有效提升焊接质量

随着我国科学技术的不断发展，更多新材料出现在船舶制造过程中，但是在新材料的选择和使用过程中必须以进行严格审查，材料制造厂应具有良好的生产条件、成熟的制造工艺和完善的质量管理体系，以确保产品质量可靠。

结合当前的船舶制造新技术和新工艺进行可行性分析，船舶上使用的新钢材和焊接材料，在制造厂焊接生产开工建造之前焊接工艺需经CCS认可，从而有效确保材料及其相关设备匹配的合理性，最终确保船舶制造的基本质量。

3.3 提升技术研究力度，保证操作水平的专业化

在船舶建造过程中，应当加强对焊接人员的培训，学习国内外先进技术和管理理念，船舶焊接质量管理工作应当将质量监管工作贯穿于制造的全过程，将责任逐层落实到个人，从事船舶焊接作业的焊工，必须经过焊工考试合格后，由CCS颁发或接受的《焊工资格证书》方可上岗进行证书所相对应的焊接工作。

保证所有制造人员能够树立起正确的质量意识，对自己所从事的所有工作都能够切实承担起自身职责，推动制造人员的专业化发展，实现技术和管理制度的有机结合，保证船舶焊接工作开展的有序性，最终实现船舶焊接质量的大幅度提升。

3.4 严格焊接检验工作，确保焊接的有效性

船舶焊接检验工作是船舶制造的最后环节，该环节将会直接影响到船舶的后期使用。从事船舶检验的无损检测人员，应参加CCS资格认证委员会举办的相应级别的考试，持有CCS颁发或接受的《无损检测人员资格证书》，并从事与证书的种类和等级相符的无损检测工作。在实际检查过程中发现质量问题及时与生产部门沟通和研究，作为改进工艺的依据，及时作出合理调整，有利于焊接质量提升。

另外，在实际检查过程中，应当进行必要的水压，气压和煤油渗透等试验，杜绝后期使用过程中出现渗透现象。

4 结束语

焊接作为船舶制造过程中的重要工作，焊接缺陷防治将会直接影响船舶制造的整体质量。