船舶建造中水密角焊缝气密试验原理及分析

余 念，于功志，孙冰妍

（大连海洋大学，大连 116023）

1 前言

按照船级社的要求，船舶各类液舱都需要进行密性试验，在气密试验前焊缝的表面不得油漆。国内船厂通常在分段涂装时，先将包括角焊缝在内的需进行气密试验的焊缝用胶带覆盖，在大合拢工作完成后对液舱进行密性试验，然后去除胶带覆盖对焊缝表面喷涂油漆。这种油漆涂装工作要分二步完成，需要大量搭设脚手架，大大影响了船舶的建造周期，尤其是船坞内的大合拢周期[1]。

船体建造过程中，普遍采用在船体分段制作阶段进行角焊缝气密试验的方法（简称角焊缝充气试验）。这种密性试验方式，是将原来在船台大合拢完成后才能进行的舱室气密试验，提前到船体分段制作阶段（分段预密性试验）完成，能够很大程度上减少分段涂装破损面积，满足 PSPC 的要求[2]，提高生产效率和涂装完整性，缩短船舶建造周期。水密角焊缝气密试验的目的，就是要在分段整体涂装前完成对水密舱壁角焊缝的渗漏检查。

2 水密角焊缝充气试验原理和步骤

2.1 试验原理

试验的原理和方法比较简单，就是将压缩空气充进船体结构的非全焊透的双面连续角焊缝内形成的内部空腔中，压缩空气在规定的单位时间里保持一定的压力，使气道内空腔与焊缝外面形成压力差，再将检测液（通常是肥皂水）喷洒在焊缝表面，如果焊缝存在气孔或裂纹，压缩空气就会溢出从而在缺陷处形成肥皂泡，目测发现缺陷并予以修补[3]如图1 所示。

图1 角焊缝充气试验原理

2.2 试验步骤

水密角焊缝密性试验必需的工具和工装主要有以下几种：压缩空气、充入端钢制贴片、一公斤空气压力仪表、空气软管（胶皮制）、喷壶、肥皂水（或洗涤剂）溶液。

操作步骤如下：

1）首先是将压力仪表与空气软管相连，再将空气软管道另一端连接到充入端钢制贴片上，钢制贴片焊接到船体构件的角焊缝处；

2）将压缩空气通过胶皮管道注入需要检测的水密角焊缝内部，焊缝内部的压力保持在0.02 MPa 范围内；

3）观测压力仪表，当压力稳定的连续保持15 分钟以后，使用喷壶在检测焊缝的表面均匀的喷涂肥皂水溶液；

4）目测观察检测焊缝的表面是否有间断或连续不断的气泡冒出；

5）目测时发现焊缝表面有气泡冒出，则说明焊缝内部存在缺陷，需要及时做出修理。对一般的表面气孔缺陷，可以用焊条电弧焊直接进行补焊；如果发现冒泡处的焊缝缺陷是裂纹，则必需使用小口径碳弧气刨或风动砂轮片打磨清根，彻底的清除焊缝内部的焊接缺陷，并再次进行焊接修补并对修补后焊缝表面打磨光顺；

6）及时修补焊缝的漏点后，需在24 小时内对修补后的焊缝再次进行水密充气试验；

7）上述工作完成后，在专用的记录表格上对检测的结果进行详细的记录。

3 角焊缝气密试验的优点

3.1 提高生产效率

1）缩短坞内建造周期

常用的水密舱室气密性检验（大舱充气），在检验时是绝对不允许焊缝上存有油漆的，以免影响检查效果。这样原本可以在分段焊后整体涂装时完成的工作，就必须在密性试验完成后方可进行焊缝表面的油漆工程，大大影响了施工效率，增加了船台周期；而采用角焊缝气密试验，可以在分段整体涂装前完成绝大部分角焊缝的气密试验，并且通过采用着色探伤等其它一些方式，便可完成分段上所有水密角焊缝的密性检查，这样整个分段的涂装工作就可以完成得比较彻底，有效地缩短了船坞内的施工周期。

2）顺应了工序前移趋势

该工艺方法不仅符合工序前移的大趋势，还大大降低了船台密性试验的工作量，缩短了船台周期，优化了密性试验作业环境，将高空封闭作业变成平地敞开作业，且密性试验方法简单可靠，极大地提高了工作效率[5]。

3.2 降低建造成本

1）由于角焊缝密性试验在分段建造完工未进行涂装前即可实现，不但利于海水压载舱 PSPC的涂装要求，提高分段的完整性，还减少了分段涂装阶段的焊缝保护与合拢后舱室密性焊缝的二次除锈。

2）减少了货舱脚手架的搭载量和施工人员与检验人员的劳动强度，节约了建造成本[6]。

3.3 提高产品质量

1）可靠性更高

对舱壁的角焊缝进行气密试验时，同时检查了舱壁两侧的角焊缝，任意一侧的角焊缝存在缺陷都能检查出来；而传统的气密试验方式是在液舱内加入压缩空气，在舱壁的另一侧进行检查，只能发现一侧焊缝表面的缺陷进行修补，而另一侧位于受检舱室内的角焊缝就不能进行检查，无法发现和进行修补，所以在装配阶段进行的角焊缝气密试验较传统检查方式可靠性也更高。

2）提高涂层质量

采用角焊缝气密试验后，液舱内各类焊缝表面的涂装工作可以在涂装车间内完成，相比舱室密性试验完成后在舱内进行的油漆喷涂，其施工条件和喷涂质量要好许多，这对于海水压载舱等涂层质量要求高的液舱显得尤其重要。

3）检查条件较好

角焊缝气密试验是从分段拼装时开始的，一般是在相对宽敞的空间内进行，检验条件比较好，容易发现缺陷；而传统的气密检查方式，一般在密闭的舱室内进行检查，照明条件受到限制，不容易发现问题。

4）修补简单方便

角焊缝气密试验一般在平角焊位置进行检查，发现缺陷后修补方便，修补质量容易保证，外观成型也好；而传统的气密检查方式，不可避免的要在一些狭小的空间和仰角焊位置进行缺陷修补，焊接修补质量难以保证；另一方面，当油舱或压载舱发现缺陷时，需先将整个舱内的压缩空气排出后才可进行修补，修补完成后又必须重新注入压缩空气进行密性检查，尤其是一些大型油船的油舱和压载舱容积都非常大，这样做费时费力，而单独进行的角焊缝的气密试验，由于每次检查的范围小，重新进行检查非常方便。

5）非常适合海底阀箱的密性检查

海底阀箱体积虽然小，但由于外板上的格栅开孔，进行密性试验比较麻烦。海底阀箱基本都是角焊接结构型式，很少有对接焊缝，非常适合角焊缝气密试验的方式，即使一个海底阀箱被布置在二个分段上，仍然可以在分段施工时完成海底阀箱的密性试验。

4 角焊缝气密试验的缺点

综上所述，角焊缝气密试验的优点十分明显，但事物都有两面性，有利有弊，水密角焊缝气密试验还是有其自身的一些缺点：

1）工艺设计较繁琐

采用角焊缝气密试验，一个液舱的气密试验会根据分段划分情况，分解到多个分段中进行，每个试验段都需设置空气注入片、压力表连接片（见图2）以及适当的AU 型切口（见图3），这是一项繁琐和细致的工作，要保证水密舱壁上的所有角焊缝都进行气密试验，需要仔细的施工设计，同时还需编制详尽的计划，对一些不能进行气密试验的角焊缝进行检查。

图2 空气注入片和压力表连接片

图3 AU 型切口

2）装配精度要求高

角焊缝气密试验的原理就是利用两侧角焊缝之间存在间隙，整条角焊缝内的空隙是连通的，一旦局部装配间隙过大，焊接后可能会形成角焊缝全焊透形式，使得焊缝内部空隙无法连通，这样注入的压缩空气不能到达预定的角焊缝间隙内，无法检测到这些位置的焊缝缺陷。

3）辅助材料消耗较高

采用角焊缝气密试验，需要软管、压力表、喷涂设备，还要气割相当数量的空气注入贴片、压力表连接贴片，并且要将这些钢制贴片焊接在结构上；另外，对液舱内不能采用该方式的其它角焊缝，需采用着色探伤的方式进行检查，综合起来角焊缝气密试验的辅助消耗材料必然会高于传统的试验方法。

4）监督管理水平要求高

分散在船体装配阶段进行的角焊缝气密试验，需要进行检验的次数要比传统的方式多，通常是由一个工人单独进行检验，试验完成后进行记录，一般不再安排船东和船级社进行复检，这样就给船厂的管理监督工作提出了更高的要求。

5）生产中普遍存在的问题

研究发现国内的很多船厂在生产实际运用过程中，都或多或少的遇到了很多难题，究其原因主要是船厂的现场管理水平存在问题，具体问题是：首先是水密补板处，水密角焊缝密性试验的成功率普遍不高。充气后焊缝内部有空气压力，但如果压力比较小的话，气压表就无法达到要求值；其次就是充气不能通过的情况一旦出现，很难找出堵塞处；再次就是施工人员为了充气成功，避免处罚，采用了一些违反工艺纪律的做法，例如：在水密肋板厚度处打磨出凹槽、人工气割出坡口中间塞焊条等常见的违规操作，这些违规做法会影响船体结构的强度；另外就是对于平台拼接板架的水平度和结构部件的制作精度有了更高要求，延长了这些工序的制作周期。

5 角焊缝气密试验的配套措施

在分段制造阶段完成了水密舱壁的角焊缝密性试验，还需要对其它涉及到舱室密性试验的焊缝进行检查，最大限度地提高分段整体涂装的完整性。在分段建造时，会预装各类管系，这些穿过水密舱壁、甲板和舷侧外板的管子贯穿件，不适合采用角焊缝气密试验的方式，通常采用着色探伤的方式，对这些角焊缝的外表面进行检查，以及利用传统的舱室充气等方法，例如：

1）压载边舱的分段，焊接在甲板上的空气管贯穿件、导门座板与甲板相连的角焊缝，适合表面着色探伤；

2）穿过横舱壁的货油管系、管子复板与舱壁的角焊缝，也适宜进行着色探伤；

3）对机舱分段、船体尾部分段上的一些较小的液舱，这些液舱在分段上已形成完整的舱室，仍然可以小面积的采用传统的舱室气密试验方法。

6 关于角焊缝气密试验的分析

从上述角焊缝气密试验优缺点中，可以看到尽管该试验方式有着明显的优点，缩短了船舶的建造周期，提高了液舱内的涂层质量，角焊缝充气试验代替整舱充气密性试验方法十几年前已在国内大船厂开始使用，但仍然需要具备一定使用条件：

1）船厂自身要具备一定的生产条件，才能适宜采用这种工艺方式。首先，船厂的精度管理和质量体系管理需要达到一定水准，船厂的自动化水平越高，船体的装配精度就越有保障，角焊缝气密试验的可靠性才能有保障；AU 切口和各种连接片的布置，需要高水平的施工设计，避免设置不合理导致局部角焊缝检验出现问题。

2）船厂自身要有适用的工艺技术和良好的质量管理体系。角焊缝气密试验由工人单独进行检验，完成后进行记录，水密舱壁上的各类管系贯穿件的着色探伤也是工人独立完成，这就要求施工人员要有强烈的质量意识和认真细致的工作态度；质检部门也要通过记录、巡检等形式建立良好的监督机制，从制度层面杜绝违规操作。

3）如果要广泛采用这种方式，船厂需要需要循序渐进积累一定的经验，从学习培训到模拟试验再局部试行，最后稳步推广，建立持续改进机制，决不可一蹴而就。

4）船厂之间建造方式不尽相同，各种装配工艺也不一致，是否适合采用这种气密试验方式，也需要在实践中摸索。传统的舱室气密试验简单直观，易于操作，而装配阶段进行的角焊缝气密试验像个系统工程，从施工设计时就需要开始考虑，还必须配套有其它一些检验方式，根据建造水平的不同，对于大合拢焊缝的密性检查还需要考虑传统的舱室密性试验方式。

总之，当船厂自身重视诚信文化理念，具备一定的生产规模，工艺设计和建造精度达到较高的水平，同时有着良好的质量管理体系，那么能够提前在船体分段制作阶段进行角焊缝气密试验的，还是非常具有吸引力的密性试验方式。

7 结论

中船集团《建模2.0》中明确指出，针对不同船型，推进船体、舾装、涂装、焊接、检测和试验等新工艺、新工法研究开发和推广应用。水密角焊缝气密试验就是一种新工艺，因此推广是大势所趋。本文研究重点是分析水密角焊缝气密试验这一工艺的利与弊，主旨是新工艺必须采用，但是重点在于怎么采用，采用的条件和时机一定要适宜船企自身，因为任何事物均有其两面性，有利有弊，既是相互依赖关系，同时也存在着在相互制约的特点，所以应该结合自身实际情况，循序渐进，积累经验，避免盲目大力推广造成损失。