船舶焊接技術簡介

1、造船焊接講座 2021年年7月月5日日 緒論 焊接基本理論 幾種常用的焊接方法 坡口形式 焊接順序 緒論 隨著科學技術的發(fā)展，焊接已成為金屬加工的一門獨立學科，并 廣泛用于航空、航天、原子能、化工、造船、海洋工程、電子、建 筑、交通運輸、電力、機械制造等部門。 一、焊接方法的分類： 目前生產(chǎn)中使用的焊接方法很多，按其基本特點可分成三大類。 1、熔化焊 其特點是利用局部熱源加熱被焊金屬的連接處及填充金屬（有時 可不加填充金屬），使其溶化、互相熔合、冷卻凝固形成永久連接。 2、壓焊 在加熱或不加熱的情況下，對焊接區(qū)施加一定壓力使兩個分離表 面的金屬原子接近到晶格距離，形成金屬鍵使兩金屬連為一體。

2、3、釬焊 熔化的釬料（熔點低于釬件的熔點）對固體釬件浸潤以保證液態(tài) 釬料填滿釬縫，液態(tài)釬料與連接件的表面由分子或原子相互擴散結 合，冷凝后形成聯(lián)為一體的接頭。 焊接分類圖： 熔化焊 壓焊 釬焊 焊接 電弧焊 氣焊 碳極式 金屬極式 氧-乙炔焊 空氣-乙炔焊 氫-氧焊 保護弧焊 非保護弧焊 非保護弧焊 保護弧焊 點焊 電子束焊 等離子焊 埋弧焊 惰性氣體 保護焊 CO2氣體 保護焊 電渣焊 鍛焊 冷壓焊 摩擦焊 電阻焊 擴散焊 爆炸焊 軟釬焊 硬釬焊 二、焊接結構的特點及其在造船業(yè)中的應用 造船業(yè)中以焊接代替鉚接如同鋼材代替木材一樣是造船工業(yè)的 一次劃時代的變革。自1921年世界上出現(xiàn)第一艘全焊

3、結構的船 舶（載重量為500噸）以來，焊接工作者通過大量的實踐與研究 使船舶焊接工藝得到成功和迅速發(fā)展?，F(xiàn)在不僅完全代替了鉚接， 而且形成了較完整的船舶焊接工藝系統(tǒng)，為船舶建造向自動化、 大型化、專業(yè)化發(fā)展提供了可靠的技術保證。 a、焊接結構的優(yōu)點： 1、可節(jié)省大量金屬材料 2、可改變結構設計 3、結構強度高 4、焊接結構密封性好 5、成本低 6、改善生產(chǎn)勞動條件 b、焊接結構的不足： 1、焊接結構的應力集中變化范圍比鉚接結構大。 鉚接結構的鉚釘孔周圍應力集中系數(shù)變化較小。焊接結構 中，焊縫不但起著類似鉚釘?shù)倪B接構件的作用，而且與基體金 屬連接組成一個整體，在外力的作用下一起變形。在焊縫根部

4、焊趾處尺寸平滑過渡差，應力集中較大，應力集中對結構的脆 性斷裂和疲勞壽命有很大影響，應采取合理的工藝和設計，減 少焊接結構的應力集中，以提高其強度和壽命。 2、焊接結構有較大的焊接應力和變形 絕大多數(shù)焊接方法都是采用局部加熱，加之焊接構件的剛 性不可避免會產(chǎn)生內(nèi)應力和變形。應力和變形不但能引起工藝 缺陷，而且在一定條件下將影響結構的強度、剛度、受壓穩(wěn)定 性及尺寸穩(wěn)定性等。 3、焊接結構具有較大的性能不均勻性 焊接接頭金屬在焊接過程中經(jīng)受了不同熱循環(huán)、冶金過 程，使焊接接頭處的金屬成分和組織與基體金屬有差別，形 成了一個不均勻結構（其不均勻性遠遠超過鑄件和鍛件）。 4、焊接接頭的整體性 焊接結構

5、是一整體，一方面油密、水密、氣密性好；另一 方面當構件產(chǎn)生裂紋會通過焊縫擴展到另一構件，裂紋一旦 開始擴展便不易制止，而鉚接接頭往往可以起到限制裂紋擴 展的作用。 焊接基本理論 常用名詞術語：常用名詞術語： 坡口：根據(jù)設計或工藝需要，在焊件的待焊部位加工的一 定幾何形狀的溝槽。 單面坡口：只在焊件一面加工的坡口。 雙面坡口：在焊件兩面均加工的坡口。 坡口角度：兩坡口面之間的夾角。 鈍邊：焊件開坡口時，沿焊件厚度方向未開坡口的端面部 分。 典型坡口示意圖 板厚 坡口角度 鈍邊 間隙 焊趾：焊縫表面與母材的交界處。 焊縫寬度：單道焊縫橫截面中，兩焊趾之間的距離。 焊縫厚度：在焊縫橫截面中，從焊縫正

6、面到焊縫背面的距離。 焊腳：角焊縫的橫截面中，從一個焊件上的焊趾到另一個焊件 表面的最小距離。 熔深：在焊接接頭橫截面上，母材熔化的深度。 余高：超出表面焊趾連線上面的那部分焊縫金屬的高度。 焊道：每一次熔敷所形成的一條單道焊縫。 焊層：多層焊時的每一個分層。每個焊層可由一條焊道或幾條 并排相搭的焊道所組成。 分段退焊：將焊件接縫劃分成若干段，每段施焊方向與整條焊 縫增長方向相反的焊接方法。 跳焊：將焊件接縫分成若干段，按預定次序和方向分段間隔施 焊，完成整條焊縫的焊接法。 焊接基本符號 焊縫輔助符號 角焊縫： 在鋼結構的焊接制作中，最經(jīng)常使用的焊縫型式是角焊縫。根 據(jù)角焊縫的配置形式，可以將

7、角焊縫分成頸部焊縫、側面焊縫、 端面焊縫、角接焊縫和腹板焊縫。 一般角焊縫都采用等腰的焊縫形狀，并可分為： 一般應避免這種焊縫形狀。它是不經(jīng)濟的并且具 有最大的缺口效應。僅在角接焊縫時使用這種焊 縫形狀，甚至認為是有利的。 施工中認為這種焊縫形狀是最經(jīng)濟的，因為它不 存在多余的焊縫體積。盡管存在小的外部缺口效 應，但在主要承受靜載荷的構件上仍可使用這種 焊縫形狀。 這種焊縫的焊縫體積大于平角焊縫的焊縫體積。 凹形角焊縫具有最小的外部缺口效應，因此優(yōu)先 用于承受動載的構件中。它們多半只能在船形位 置焊接時得到。 不等腰焊縫常用于端面焊縫的焊接，目的是減少缺口效應。 焊縫-焊接位置 對管子來講：

8、極性： 就是電流流動方向，當使用直流進行焊接時，是十分重要 的。直流正接（工件接正極）及直流反接的接線方法見下圖。 有些直流的焊接電源備有開關裝置，以便一旦需要時用來改變 焊接電流的極性。 直流正接直流正接：直流正接可用于手工焊焊接所有的鋼。其熔化 速度與熔敷率高于直流反接，但熔深較淺而窄。由于直流正接 的淺熔深能使薄零件的燒穿減到最少，故適于焊接縫隙或根部 間隙過寬的接頭，以及用于堆焊。 直流反接：直流反接：對給定的焊接條件來說，直流反接所得的熔深 最大。雖然焊接電流對熔深大小起決定作用，但是焊條以直流 反接施焊時，其熔深比以直流正接或交流施焊的熔深更大一些。 這個特點使直流反接比較適于焊接

9、那些采用襯墊的坡口焊縫中 的根部焊道，以及適用于除平焊以外其他焊接位置的焊縫中的 根部焊道。 不同電流特性的相對熔深 交流電流： 交流電流是在有規(guī)則的周期中交變地兼有正接與反接兩 種極性。在每一周期中，電流從零開始，從一個方向升至 其最大值，衰減至零；從相反的方向升至其最大值，并再 衰減至零。與焊接電弧維持燃燒的同時，這些周期連續(xù)不 斷的重復著。 以相同的電流值進行焊接時，用交流電的熔敷速度和熔深 介于用直流正接和直流反接所得的之間。 手工電弧焊： 電弧在熔化的電極和工件之間燃燒，電弧和焊接熔池通過焊 條產(chǎn)生的氣體和渣的保護防止空氣的侵入。 手工電弧焊靈活方便、設備簡單是造船中廣泛使用的焊接方

10、法。 埋弧焊： 不可見電弧在熔化的電極與工件之間或兩個熔化電極之間燃燒， 電弧和焊接區(qū)域由焊劑覆蓋，焊接熔池由焊劑所形成的渣保護而 不受大氣侵入。該方法自1935年發(fā)明以來，由于具有焊接生產(chǎn)效 率高、焊接質(zhì)量好、勞動強度低等優(yōu)點，廣泛應用于船舶、機車、 鍋爐、化工設備、重型機械制造中碳素鋼、低合金鋼、耐熱鋼、 鎳合金等材料的焊接及某些材料的堆焊。 埋弧焊電流、電壓、焊速對焊縫形狀的影響： a）焊接電流對焊縫的影響 焊縫寬度 余高 焊縫尺寸 焊接電流 I/A 熔深 b) 電弧電壓對焊縫形態(tài)的影響 焊縫寬度 余高 焊縫尺寸 焊接電壓 U/V 熔深 c）焊接速度對焊縫形態(tài)的影響 焊縫寬度 余高 焊縫

11、尺寸 焊接速度 v 熔深 CO2氣體保護焊 20世紀30年代美國學者發(fā)明惰性氣體以來，惰性氣體保護 焊主要以焊接鋁、鎂和鈦等活潑金屬及其合金，它不需要特殊 焊劑可獲得高質(zhì)量焊縫。但惰性氣體昂貴難于推廣，為此1950- 1952年前蘇聯(lián)和日本學者研究了一種在CO2氣體保護中使用焊 絲的焊接方法，即CO2氣體保護焊。 由送絲裝置將盤絲送到焊槍，焊絲自身作為電極，與母材間 產(chǎn)生電弧，并在CO2氣體的保護下，熔化焊絲及母材達到接頭 牢固連接的一種焊接方法。 CO2氣體保護焊的優(yōu)點 a）成本低廉。 b）效率高。生產(chǎn)效率是手工電弧焊的15倍。 c）明弧，氣體保護。焊接時便于觀察電弧和熔池。不須要特殊 焊劑

12、，便于進行全位置焊接。 d）不易產(chǎn)生冷裂紋。該方法為一種低氫焊接方法，焊接低合金 鋼時焊縫金屬的含氫量很低，不易產(chǎn)生冷裂紋。 坡口形式部分 一、簡介 坡口的基本尺寸在前面已講過。坡口的主要作用是保證焊透， 鈍邊的作用是防止燒穿，間隙的作用也是為了保證焊透。 坡口的加工方法有剪切、氣割、刨削、車削、碳弧氣刨和風鏟 等。氣割只能加工形、V形和X形坡口，刨和車能加工形、 V形、X形和U形坡口。 二、坡口形式的選擇原則 1、坡口形式主要根據(jù)接頭形式、鋼板厚度、焊接方法、施工方便 性、經(jīng)濟性及加工坡口的設備條件等因素來選擇。手工焊時， 鋼板厚度在6mm以下的對接接頭，如能確保焊透，可以不開 坡口；但焊接

13、重要的對接接頭時，46mm厚度也應開坡口。 埋弧焊時，鋼板厚度在16mm以下的對接接頭一般可以不開坡 口；采取一定工藝措施后，20mm厚度以內(nèi)或略大于20mm的 對接接頭也可以不開坡口。 2、船體結構中的角焊縫一般均不開坡口。但對承受較大載荷、高 應力及對結構強度有特殊要求的角焊縫（例如主機基座及舷側 列板與強力甲板的角焊逢）,則應根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定或設 計要求開單邊V形或K形坡口。 3、厚度為630mm鋼板的對接可選用V形坡口。V形坡口加 工方便，但焊接金屬量較多，焊接變形也較大。厚度為 1260mm鋼板的對接可選用X形坡口。X形坡口加工較復 雜，但焊接金屬量較少，焊接變形及內(nèi)應力也較少。U形

14、 坡口由于加工困難，較少采用，必要時僅在厚度大于 40mm鋼板及鑄鋼件的對接時使用。 4、在胎架或船臺上裝焊的板縫，當選用V形坡口時，開坡口 的一側一般應位于有骨架的一面。帶仰焊的板縫，可選 用不對稱X形坡口或預先用手工焊打底的自動焊接頭形式。 對坡口尺寸的選定應考慮盡量減小手工仰焊的工作量， 并為氣刨、焊接的操作提供方便。 二、常見坡口形式及尺寸 現(xiàn)在以我們目前在建的85m駁船為例介紹一下常見的坡口形 式及尺寸。 焊接方法板厚(mm)焊接位置示意圖備注 埋弧焊 SAW 1013 平焊 單道焊 832 多道焊 清 根 手工焊 SMAW 832 平焊+ 仰焊 多道焊 清 根 橫焊 多道焊 清 根

15、 立焊 多道焊 清 根 焊接方法板厚(mm)焊接位 置 示意圖備注 CO2氣體 保護焊 FCAW 832 平焊+ 仰焊 多道焊 清 根 橫焊 多道焊 清 根 立焊 多道焊 清 根 平焊 帶陶瓷襯墊 的單面焊 焊接方法板厚(mm)焊接位置示意圖備注 CO2氣體 保護焊 FCAW 832 橫焊 帶陶瓷襯墊 的單面焊 立焊 帶陶瓷襯墊 的單面焊 一、船體焊接的總原則： 1、對一船體結構施焊時，總體上應按從中央向左右、前后的 順序進行。對稱結構應由雙數(shù)焊工同時進行對稱焊接。 2、對一條焊縫進行焊接時，應視焊縫在船體結構中所處的位 置，由靠近結構中央的一端向結構邊緣的一端施焊或從焊縫中 點向兩端施焊。

16、3、使用手工焊、CO2焊焊接較長焊縫（SMAW：長度大于1m； CO2焊：長度大于2m）時，應采用分段退焊法、分中分段退 焊法或跳焊法，如圖所示。立向下焊接時采用直通焊。 4、多層焊時，每層焊道的焊接方向要一致，各層的焊接方向 可以相反。焊道的接頭應相互錯開，錯開距離不小于30mm。 焊接順序部分 二、船體建造各階段的焊接順序 1、拼板 板列拼板焊接時，根據(jù)板縫的排列情況可按圖2(a)、(b)、 (c)、(d)進行 。 2、船體構件 船體內(nèi)部的桁材、肋骨及構架與平板等的焊接順序應符 合下列要求： a)結構中同時存在對接與角接焊縫時，應先焊對接，后焊角 接，具體順序見圖(a)、(b)。 b) 結

17、構中同時存在立角焊縫與平角焊縫時，應先焊立角焊縫， 后焊平角焊縫，具體順序見圖(c)。 3、平面組件（分段） a）如構件需要對接焊，應預先進行。 b）板與各構件間的角焊縫的焊接順序例示于圖(a)、(b)，其中 圖(a)適合于對稱結構。 c）如角焊縫的端部位于分段的合攏邊，則在該段部應留出約 200mm的長度暫時不焊，待合攏時再焊，如圖(c)所示。 4、立體分段制作 典型順序 a）按3要求，在平面組件制作中預先完成甲板、外底板與縱 骨間角焊縫的焊接。 b）縱桁、肋板與內(nèi)底板平面組件定位焊后，按照圖圖 (a)所 示的順序，由雙數(shù)焊工對稱焊接1234區(qū) 內(nèi)的縱桁、縱骨與肋板間的立角焊縫。 c）上述立

18、角焊縫完成后，按圖 (b)所示的順序與方向，由雙 數(shù)焊工對稱焊接1234區(qū)內(nèi)的縱桁、肋板 與底板間的平角焊縫。但位于分段合攏邊的角焊縫端部 應留出200mm的長度暫時不焊，待船臺合攏時再焊，如 3中圖(c)所示。 d）外底板平面組件與舭板定位焊后，焊接外板與舭板之間 的對稱焊縫。 e）分段翻身，上述對接完成后，焊接縱桁、肋板與外板間 的平角焊縫，其順序要求與(c)相同。 貫穿處 a）水密貫穿處 如圖 (a)所示，按下述順序焊接：焊接補板間的對接焊縫； 焊接骨材與補板間的角焊縫；焊接補板與筋板、底板間的角 焊縫。其中、應先焊圖中的可視側。 b）非水密貫穿處 如圖(b)所示，先焊圖中的可視側，兩側均按下述順序焊接： 焊接骨材與肋板間的角焊縫；焊接骨材與補板