船舶修造中焊接技术的应用前景分析
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【摘 要】本文讨论了船舶焊接技术，探讨了船舶修造过程中焊接要求，以及在实际操作中焊接缺陷的原因及预防措施。
【关键词】船舶制造；焊接工艺；对策
焊接技术的进步对推动造船发展具有十分重要的意义。在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时的30%～40%。焊接质量是评价造船质量的重要指标，焊接效率则直接影响到造船周期和船舶建造成本。船体的结构强度要求焊缝保证一定的强度，能承受强风浪的冲击。如果焊接接头存在严重的焊接缺陷。在恶劣的环境下，就有可能会造成部分结构断裂；甚至引起断船沉没的重大事故。
1.造船中焊接工艺
船舶制造过程中，须进行焊接工艺评定试验。通常是对母材及焊接材料在确定采用一定工艺焊接后，通过检验焊缝及热影响区的性能来评定该工艺的适用性。由于焊接工艺评定对保证后续焊接工序和工艺质量有着重要意义，因此各船级社均要求对拟将新采用的焊接工艺进行评定或认可。
2.焊接工艺评定的实施
2.1 编制评定试验方案
在提交焊接工艺评定试验方案和进行焊接工艺评定前，结合造船焊接实际情况，厂方首先要向船级社提交一份拟认可的焊接工艺评定试验方案。
船级社在收到焊接工艺试验方案后，将会依据船级社的规范对方案进行审核，依据中国船级社CCS 复查的主要内容有：焊接工艺是否基本正确、项目截取的试样位置是否与规范要求一致，在填写焊接规范参数前，可参考相关的资料。此外，各船厂在申请焊接工艺评定前，通常会自行对拟申请的项目进行预先试验，故焊接工艺评定方案中内容的填写，也可参照预试验的数据。焊接工艺方案填写完毕后，提交船级社审查。
2.2 船级社对焊接工艺评定方案的审查
船级社对焊接工艺评定试验方案的审查包括：1）检测、试验的项目能否满足规范要求；2） 检测、试验试验试样的加工能否满足规范要求；3） 每一项试验结果的规定值是否符合规范要求等。
2.3 焊接工艺评定现场试验
焊接工艺评定现场试验按照审查后的焊接工艺评定试验方案进行，通常验船师须见证试验全过程。在试验开始前，验船师要核查待焊母材与焊接材料，是否与方案中材料的等级、规格一致；检查待焊试件的装配情况，是否符合方案要求；直流电源焊接时，还要检查电源极性是否正确。在试验过程中，要记录每一焊道的布置、焊接参数以及是否预热、层间温度控制情况、焊道打底及清根情况等，并对焊缝外观质量进行评定。如焊接试板焊缝外观检查合格，则还需对焊缝进行无损探伤，以及按照规范要求，并在焊接试板上确定拉伸、弯曲、冲击、金相等试验试样的位置。最后一道工序为检查试样加工情况，进行理化性能试验。
验船师在焊接工艺试验见证过程中，如对上述任何一道工序试验、检测发现不合格，除力学性能试验可能涉及在原试件上复取样试验外，其他情况均须重新进行工艺评定试验。
2.4 焊接工艺评定证书的签发
现场试验结束后，由船厂整理试验结果，编制工艺试验报告，提交船级社审核。经确认合格后，船级社将在焊接工艺评定试验报告上签署，签发“焊接工艺认可证书”。“焊接工艺认可证书”的内容包括：1）焊接工艺过程中采用的母材材料和焊接材料；2） 焊接工艺适用的工件厚度范围；3）焊接方法规定；4）焊接位置规定；5）接头型式；6）坡口装配形式及试验时的焊道布置、清根方法、层间温度控制和焊接工艺参数等。
3.焊接工艺评定的采用
经船级社评定的焊接工艺一般长期有效，但船厂对已批准的焊接工艺进行改动时，应将所有改动的细节向船级社报告，船级社根据改动的具体内容，决定是否重新进行焊接工艺评定试验。例如，进行立焊位置（立向上施焊）焊接工艺评定并获得通过，若船厂在实际生产中其余条件都不改变，只是将焊接方向改变为立向下施焊，自认为原焊接工艺是适用的而不需重新进行工艺评定，这种观点是错误的。因为在焊接中，立向上施焊与立向下施焊是有很大区别的，因此必须重新进行焊接工艺评定试验。评定的焊接工艺，通常都有一定的适用范围，超出此范围就应对拟采用的工艺进行焊接试验。
4.船厂在焊接时常出现的问题与对策
船舶焊接缺陷种类很多，按其位置不同，可分为外部缺陷和内部缺陷。常见缺陷有气孔、夹渣、焊接裂纹、未焊透、未熔合、焊缝外形尺寸和形状不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑等。
4.1 气孔
气孔是指在焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。产生气孔的主要原因有：坡口边缘不清洁，有水份、油污和锈迹；焊条或焊剂未按规定进行焙烘，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。此外，低氢型焊条焊接时，电弧过长， 焊接速度过快； 埋弧自动焊电压过高等，都易在焊接过程中产生气孔。由于气孔的存在，使焊缝的有效截面减小，过大的气孔会降低焊缝的强度，破坏焊缝金属的致密性。预防产生气孔的办法是；选择合适的焊接电流和焊接速度，认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹。严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用变质焊条，当发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时， 应严格控制使用范围。埋弧焊时，应选用合适的焊接工艺参数，特别是薄板自动焊，焊接速度应尽可能小些。
4.2 夹渣
夹渣就是残留在焊缝中的熔渣。产生夹渣的原因主要是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣； 坡口角度或焊接电流太小，或焊接速度过快。在使用酸性焊条时， 由于电流太小或运条不当形成“ 糊渣” ； 使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。进行埋弧焊封底时，焊丝偏离焊缝中心， 也易形成夹渣。防止产生夹渣的措施是；正确选取坡口尺寸，认真清理坡口边缘，选用合适的焊接电流和焊接速度，运条摆动要适当。多层焊时，应仔细观察坡口两侧熔化情况，每一焊层都要认真清理焊渣。封底焊渣应彻底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。
4.3 咬边
焊缝边缘留下的凹陷，称为咬边。产生咬边的原因是由于焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等。埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因，都会造成焊件被熔化去一定深度， 而填充金属又未能及时填满而造成咬边。防止产生咬边的办法是： 选择合适的焊接电流和运条手法，随时注意控制焊条角度和电弧长度；埋弧焊工艺参数要合适，特别要注意焊接速度不宜过高，焊机轨道要平整。
4.4 未焊透、未熔合
焊接时， 接头根部未完全熔透的现象，称为未焊透； 在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象，称为未熔合。未焊透或未熔合是一种比较严重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊缝会出现间断或突变，焊缝强度大大降低， 甚至引起裂纹。未焊透和未熔合的产生原因是焊件装配间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径太大、电流过小、速度太快及电弧过长等。焊件坡口表面氧化膜、油污等没有清除干净， 或在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合或运条手法不当，电弧偏在坡口一边等原因，都会造成边缘不熔合。防止未焊透或未熔合的方法是正确选取坡口尺寸，合理选用焊接电流和速度， 坡口表面氧化皮和油污要清除干净；封底焊渣清除要彻底，运条摆动要适当，密切注意坡口两侧的熔合情况。
4.5 焊接裂纹
焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。结构的破坏多从裂纹处开始，在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹，在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹。一经发现裂纹，应彻底清除，然后给予修补。焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹，防止产生热裂纹的措施是：一要严格控制焊接工艺参数，减慢冷却速度，适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹； 二是认真执行工艺规程，选取合理的焊接程序，以减小焊接应力。焊缝金属在冷却过程或冷却以后， 在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。
4.6 其他缺陷
焊接中还常见到一些焊瘤、弧坑及焊缝外形尺寸和形状上的缺陷。产生焊瘤的主要原因是运条不均，造成熔池温度过高，液态金属凝固缓慢下坠，因而在焊缝表面形成金属瘤。立、仰焊时，采用过大的焊接电流和弧长，也有可能出现焊瘤。产生弧坑的原因是熄弧时间过短，或焊接突然中断，或焊接薄板时电流过大等。焊缝表面存在焊瘤影响美观，并易造成表面夹渣；弧坑常伴有裂纹和气孔，严重削弱焊接强度。防止产生焊瘤的主要措施严格控制熔池温度， 立、仰焊时，焊接电流应比平焊小10―15%，使用碱性焊条时，应采用短弧焊接，保持均匀运条。防止产生弧坑的主要措施是在手工焊收弧时， 焊条应作短时间停留或作几次环形运条。
5.结束语
在钢质船舶建造过程中，焊接是重要工序之一，焊接工时占船体建造总工时的30%左右，焊缝金属占船体金属重量的1.5%左右。在船舶建造过程中，尤其是客渡船、交通艇之类的小型船舶，船体线型变化较大，且相对尺度小，在焊接时多为手工施焊，就是大型船舶建造中手弧焊亦占有很大比重。手弧焊焊缝质量与焊工的技术、设备和工作环境有关，所以焊接工艺评定试验是船舶建造过程中必不可少的一道工序。