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。

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