钢质船舶船体焊接缺陷与防止措施
陶如豪
摘 要：本文阐述了钢质船舶船体在焊接施工时常见的焊接缺陷，分析了焊接缺陷产生的原因和危害，并提出了相关预防措施。
关键词：钢质船舶 焊接缺陷 防止措施
在近代的金属加工中，焊接比铸造、锻压工艺发展较晚，但发展速度很快。焊接结构的重量约占钢材产量的45%，铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加。焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器，尤其在钢质船舶建造方面应用广泛。钢质船舶焊接是保证船舶密性和强度的关键，是保证船舶安全航行和作业的重要条件。如果焊接存在缺陷就有可能造成构件断裂，船体焊缝渗漏，对船舶航行安全造成严重的安全隐患。根据以往对船舶事故的分析，50%的船舶海损事故都与船体焊接缺陷有关，在“沙滩船厂”船舶焊接缺陷尤为突出，因此在对船舶的检验过程中，对焊缝的检验尤为重要。对焊缝缺陷力求早发现，早处理。在船舶建造工作实践中，钢质船舶焊接缺陷种类很多，下面就几个主要焊接缺陷进行探讨：
钢质船舶焊缝咬边缺陷的成因、危害及预防措施
所谓焊缝咬边是指，焊缝边缘出现凹陷的情况，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，电弧拉的太长或焊条角度不当等造成。埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因，都会造成焊件被融化去一定的深度，而填充金属又没有及时填满而造成咬边。
咬边的危害主要表现在：减少了母材接头的工作截面，从而在咬边处出现应力集中。容易在此处产生断裂等情况，因此在重要构件或受运动载荷的结构中，一般是不允许咬边存在的。或对咬边深度有所限制。
预防咬边的措施主要有：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。
钢质船舶焊缝夹渣缺陷的成因、危害及预防措施
所谓焊缝夹渣就是指残留在焊缝中的熔渣。产生夹渣的主要原因是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣，破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，也极易形成夹渣。
焊缝夹渣的危害主要表现在，会降低焊缝的强度和致密性。对船舶的航行安全会造成安全隐患。
预防焊缝夹渣的措施主要有：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，多层焊接时应仔细观察坡口两侧融化情况，每一焊层都要认真清理焊渣，封底焊渣应彻底清除，埋弧焊应注意不要焊偏。
钢质船舶焊缝气孔缺陷的成因、危害及预防措施
所谓焊缝气孔是指在焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能溢出而行成的空穴。产生气泡的原因有破口边缘不清洁，有水份、油污和锈迹，焊条焊剂未按规定进行烘焙，焊芯锈蚀、药芯变质、剥落。此外低氢焊条焊接时，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泡，
焊缝气泡的危害主要表现在：由于气泡的存在，焊缝的有效截面积减少，过大的气泡会降低焊缝的强度，破坏焊缝的致密性。
预防气泡的产生的措施主要是，选择合适的焊接电流和焊接速度，认真清理焊缝边缘水分、油污、锈迹等。严格按照规定保管、清理、烘焙、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工艺参数，特别是薄板自动焊，焊接速度要尽量小些。
钢质船舶焊缝未焊透、未熔合缺陷的成因、危害及预防措施
所谓焊缝未焊透是指焊接时，接头根部未完全熔透的现象，称为未焊透。、未熔合是指在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象，称之为未熔合。未焊透、未熔合产生的原因，是焊件装配间隙及坡口角度太小。钝边太厚，焊条直径太大、电流过小，速度过快，电弧长度过长等。
焊缝未焊透、未熔合的危害主要表现在：未焊透、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，焊缝强度会大大降低，甚至会引起裂纹。因此，在船体重要结构中不允许出现未焊透、未熔合的情况，
焊缝未焊透、未熔合的预防措施主要有：焊件坡口表面氧化皮和油污要清除干净。封底焊清根要彻底，运条摆动要适当，密切注意坡口两侧的熔合情况。
钢质船舶焊缝裂纹缺陷的成因、危害及预防措施
焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。焊接金属由液态到固态结晶过程产生的裂纹称为热裂纹，其特征是焊后立即可见，且多发生在焊缝中心，沿焊缝长度分布，热裂纹的裂口，多数贯穿表面，呈现氧化色彩，裂纹末端略显圆形。产生热裂纹的原因是焊接熔池中存有低熔点杂质。由于这些杂质熔点低，结晶凝固最晚，凝固后的塑性和强度又极低，因此，在外界结构约束应力足够大，和焊接金属凝固收缩作用下，熔池中这些低熔点杂质在凝固过程中被拉开，或在凝固后不久被拉开，造成晶间开裂，焊件和焊条内含硫、铜杂质多时，也易产生热裂纹。
焊缝在金属在冷却过程或冷却以后，在母材或母材与焊缝连接处，或与焊缝交界处的熔合线上产生裂纹，称之为冷裂纹。这类裂纹有可能在焊后立即出现，也有可能在焊后几小时，几天，甚至更长时间出现。冷裂纹产生的主要原因为：①在焊接热循环的作用下，热区产生了粹硬组织。②焊缝中存在了过量的扩散氢且具有浓集条件。③接头承受有较大的拘束应力。
焊接裂纹缺陷是一种非常严重的缺陷，焊接裂纹缺陷的危害主要是结构的破坏，多从裂纹处开始。严重威胁结构的安全。在焊接过程中，要采取一切必要的措施，防止裂纹出现。在焊接后要采取各种方法，检查有无裂纹，一经发现裂纹，应彻底清除，然后给予修补。
预防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，尽可能采取小电流多层多道焊，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。
预防产生冷裂纹的措施有：①选用低氢焊条，减少焊缝中扩散氢的含量。②严格遵守焊接材料（焊条、焊剂）保管，烘焙使用制度，警方受潮。③仔细清理坡口处的油污，水分、锈迹，减少氢的来源。④根据材料等级、碳当量、构件厚度、施焊环境等，选择合理的焊接工艺参数和线能量，如焊前预热，焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层间温度。⑤紧急后热处理，以去氢，消除内应力和粹硬组织回火，改善接头韧性。⑥采取合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以减少焊接应力。
焊缝中的其他缺陷
在钢质船舶的建造过程中，在对现场钢构件施焊过程中还经常会出现一些焊瘤，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，因此，在焊缝表面形成金属瘤，立、仰焊时采用过大的电流和弧长，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，焊缝表面形成焊瘤影响美观，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是要严格控制熔池温度，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收弧时，焊条应做短时间停留，或作几次环形运条。
有些缺陷的存在对船舶安全航行是非常危险的，因此，一旦发现缺陷要及时修正，对气孔的修正，特别是对内部气孔，确认部位后，要用风铲和碳弧气刨清除全部气孔缺陷，并使其形成相应的坡口，然后再进行补焊，对于夹渣、未焊透、未熔合的缺陷，也是要用相同的方法清除缺陷，然后按规定进行补焊，对于裂纹，应先仔细检查裂纹的始末端，和裂纹的深度，然后再清除缺陷。用风铲消除裂纹缺陷时，应先在裂纹两端钻止裂孔，防止裂纹延长，钻孔时采用8—12mm钻头，深度应大于裂纹深度2—3mm，用碳弧气刨消除裂纹时，应先从裂纹两端进行刨削，直至裂纹消除，然后进行整段裂纹刨削，无论采取何种方法消除裂纹，都应使其形成相应的坡口，按规定进行补焊。对焊缝缺陷进行修正时应注意：①缺陷补焊时，宜采用小电流，不摆动，多层多道焊。禁止用过大的电流补焊。②对钢性大的结构补焊时，除第一层和最后一层焊道外，均可在焊后热状态下进行锤击，每层焊道的起弧和收弧应尽量错开。③对要求预热的材质，对工作环境低于0℃时，应采用相应的预热措施。④对于要求进行热处理的焊件，应在热处理前进行缺陷修正。⑤对于D级、E级钢和高强度结构钢焊接缺陷，用手工电弧焊焊补时，应采用控制线能量施焊法，每一缺陷应一次补焊完成。不允许中途停顿，预热温度和层间温度均应保持在60℃以上。⑥焊缝缺陷的消除及补焊，不允许在带压和背水的情况进行。⑦修正过的焊缝，应按原焊缝的探伤要求重新检查，若再次发现超过允许限值得缺陷，应重新进行修正，直至合格，补焊次数不得超过规定的返修次数。
结语
采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。
