船体建造中焊接检验与质量控制研究

倪胜全

（中国船级社实业公司南京分公司，江苏南京 210011）

0 引言

船体建造是提升我国国防力量与经济现代化水平的重要一环，其在进行焊接过程时易受气候环境、温度环境和工艺技术水平等因素的影响，出现夹渣、未熔合、未焊透或裂缝等缺陷，影响船体整体建造质量，缩短零部件的使用寿命。相关检验检测人员应根据焊接作业环境与工艺技术内容，调整检验方法与质量控制措施，提升船体建造的焊接质量水平。焊接检验与质量控制工作贯穿船体建造的整个过程，集中在焊接前、焊接中和焊接后。针对不同部位、不同阶段，可供选择的焊接检验方法与质量控制方法较多，不同检验检测方法的效果也不同。相关人员应从实践角度出发，辨识检验方法与质量控制措施的差异，合理选择并提高方法、措施运用的质量效果，使船体焊接作业稳定高效[1]。

1 船体建造中的焊接检验方法

船体焊接检验方法主要有目视及无损检测。应根据焊缝等级、焊接部位、焊接质量等要求合理选择。

1.1 外观检验方法

（1）着色渗透检测。利用毛细管原理发现船体焊缝表面是否出现开口裂缝与开孔，该检验方法不会对船体造成损害，只需将渗透剂去除，涂抹显像剂就可确定焊接表面的裂缝形状[2]。检测前需清理焊缝及检测表面的铁锈、油污、残渣等；检测中保持检测部位处于渗透剂润湿状态，渗透液去除时应擦拭干净（顺一个方向）并干燥；喷涂显像剂时需遵循均匀性原则，时间控制在30 min 以上，以使渗透检验法的运用效果充分发挥[3]。该方法缺陷显示直观，但检测时间较长，也不适用于检测因外来因素造成开口被堵塞的缺陷。溶剂去除型着色检测过程：表面处理→渗透剂施加→去除→干燥→显像→观察及评定→后清洗及复验。

（2）磁粉检验方法。磁粉检测也能发现铁磁性材料焊缝（包括热影响区）表面或近表面的裂纹和其他缺陷，检测灵敏度较高，可发现微米级宽度的小缺陷，检测速度快，工艺简单。但检测灵敏度与磁化方向有关，缺陷方向与磁化方向近似平行或夹角小于20°时就很难被检出。检测完成后需对有较大剩磁的工件进行退磁处理，否则易对精密仪表或设备的精度产生影响，焊接时也会造成磁偏吹、咬边、未熔合等缺陷。连续湿式磁轭法检测过程：磁化→施加磁悬液→观察及评级→退磁→后处理。

（3）目视检测。目视检测是用人眼或借助于目视辅助器材（焊缝检验尺、放大镜等）对被检件进行的检测，能够观察焊缝接头的表面状态、配合面的对准、变形或开裂等。此检验方法方便、直观，但不能发现特别细小的表面缺欠，也不能发现焊接内部缺陷，需借助其他检测手段进行焊缝整体质量的检验检测。

1.2 内部检验方法

（1）超声波检测技术。它利用仪器发射超声波，对缺陷反射回的反射波信号波形进行分析，以确定焊接零部件内部是否存在气孔、未熔合、未焊透或裂缝等缺陷。此方法对面积型缺陷检测率较高，缺陷定位较准确，检测成本低、效率高，对人体及环境无害。但对缺陷的精确定性或定量需深入研究，对检测人员技术能力要求较高，对形状复杂或不规则外形的工件、粗晶粒工件检测时有一定困难，缺陷的位置、取向和形状对检测结果影响较大。

（2）射线检测技术。此方法也是对焊缝内部缺陷进行检测的方法之一，根据射线对材料中完好部位与存在缺陷部位对射线的吸收、衰减程度的不同，使底片感光成不同黑度的图像来进行评判（图1）。该检测技术能够检测容易形成局部厚度差的缺陷，对气孔和夹渣类缺陷有很高的检出率，有底片进行记录焊缝缺陷信息，较直观且可长期保持。但存在以下缺点：①检测程序较多，如装片、现场布片、底片暗室处理及评定等；②检测时间较长，无法以低成本、高效率状态完成检测工作；③当焊接缺陷重叠时，也无法准确分辨；④从操作安全性上，射线的发射会对人体健康造成一定伤害，需消耗成本采用防辐射处理[4]；⑤对裂纹类缺陷检出率受透照角度的影响，不能检出垂直于透照方向的薄层缺陷，如钢板分层；⑥检测工件厚度受设备穿透能力限制。

（3）相控阵检测技术（PAUT） 和衍射时差法（TOFD）。相控阵检测是对阵列探头的不同单元在发射或接收声波时施加不同的时间延迟（发射电压幅度）规则——聚焦法则，通过波束形成实现检测声束的移动、偏转和聚焦等功能的超声成像检测技术。衍射时差法是依靠声波在缺陷（主要为内部缺陷）的端部产生衍射信号，通过对其的定量分析，可得到缺陷的高度、深度、长度等信息。两种检测方法均可对检测结果进行记录，检出率更高，特殊部位检测时检测效率更高，对缺陷定性、定量更精确等，使其在船舶检测中应用的越来越多。目前主要用于对船体厚板部位（射线不能穿透、超声检测工艺繁琐等）和管对接焊缝检测，可部分或全部替代射线检测进行内部缺陷的检测。

由上述分析可以看出，可供选择的船体焊接检验方式、方法较多，质量控制人员应结合焊接部位、焊接特点等进行选取，以提高船体整体质量，降低质控措施开展难度。

图1 焊缝射线照相

2 船体建造中焊接的质量控制策略

2.1 焊接前的要素控制

（1）原材料。①船体使用的钢板应经船级社认证且具有产品证书，船厂应对来料钢板进行抽检，进行无损检测或力学性能试验，确保钢板性能符合设计图纸要求；②焊条、焊剂均需通过相关机构认证并有合格证书，焊材应按照材料制造商提供的可允许的最低温度和最高相对湿度要求进行存储，务必做到防水、防潮、防锈，每年度均应进行熔覆金属力学性能试验和化学成分分析，确保焊材满足焊接使用要求。

（2）焊接设备。保证选用的焊机在焊接过程中焊接电流及电压稳定，可靠性好。焊接时应根据钢材材质及焊接位置的不同，选择合理的焊接方法及焊材。

（3）焊接人员。现场焊接人员需具备相应的焊工资格证书，管理或监督人员应对焊工资质进行抽查，以保证焊接工人焊接的船体部位或构件在资格证书授权范围内。对于技术要求高的焊接部位，相关专业人员可对焊工进行额外培训和考试。

（4）焊接工艺评定。船体建造前应消化设计图纸中的技术要求，制定各类焊接位置、焊接方法等的焊接工艺文件。选用合格焊工按照制定的工艺指导文件进行试板焊接，并对焊接完成后的试板进行外部和内部缺陷检查，截取焊缝中合格部位进行力学性能试验（一般为拉伸试验、弯曲试验、冲击性能试验），根据试验结果对焊接工艺进行确认和调整，确保编制的焊接工艺文件满足船体建造要求。

2.2 焊接过程中的质量控制

质量控制是焊接过程中最重要的环节，与“人、机、料、法、环”5 个因素相关，应对各要素进行监控。

（1）人员。对焊接工人应岗前培训，并确保其持有相关焊工证书。加强焊工质量意识教育，提高其工作责任心。

（2）设备。对焊接设备在使用前必须进行检查和试用，确保设备在焊接时的稳定性及可靠性。检查设备上电流表、电压表、气体流量计等仪表是否准确。

（3）焊接材料。焊接前应确认使用的焊材类别、牌号与工艺文件中的要求一致；使用的保护气孔纯度应满足焊接使用要求；需烘干的焊条应按照规范要求进行烘干并放置在保温筒内，随用随取；焊丝表面应光洁，无锈蚀；焊剂干燥，如受潮应烘干后使用等。

（4）焊接工艺方法。严格按照评定合格的焊接工艺文件要求进行装配、焊接，焊工不得随意改变焊接参数。装配精确度直接关系焊后构件尺寸的准确性，焊接参数设置直接影响焊缝质量。

（5）环境。环境温度、气候等也会对焊接过程产生影响。在低温地区焊接时可能需对焊接部位焊前预热、焊后保温，防止产生裂纹；大雨天气、湿度过高时不宜焊接，易产生气孔缺陷；大风天气对气体保护焊影响较大，若不采取相应的遮挡措施，会降低对焊缝区域的保护，造成焊缝材料氧化、产生气孔等缺陷。

2.3 焊接完成后的质量控制

（1）焊缝尺寸检查。如焊脚高度、余高高度、焊缝宽度等，对不符合设计图纸要求的焊缝进行重焊或补焊。

（2）对焊逢表面进行检验。可使用直尺、游标卡尺和焊接检验尺等工具辅助检查，发现错边、咬边、焊瘤等外观缺陷并及时处理。对焊缝内部质量进行检查时，需根据实际情况采用合适的检测方法来保证船体焊缝质量。

3 结束语

船体建造的焊接质量，应结合实际情况与检验目的采用相应的检验方法，分阶段开展质量控制工作，如拼板焊接时的焊缝检测，分段建造时对分段整体进行检验，分段合拢时对合拢口进行检验，及早发现并解决问题。可根据检验、检测结果及时调整焊接工艺或焊工，只有这样才能使焊接质量稳定，船体整体质量可控，进而提升船舶行业建设的可持续发展水平。