常見(jiàn)船舶焊接技術(shù)的缺陷

1、常見(jiàn)船舶焊接技術(shù)的缺陷、檢驗(yàn)及其對(duì)策摘要：對(duì)船舶焊接中氣孔、夾渣、咬邊、未焊透、裂紋、焊瘤等常見(jiàn)缺陷的特征現(xiàn)象進(jìn)行描述，從焊接材料、焊接工藝等方面對(duì)其成因機(jī)理進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上針對(duì)每種常見(jiàn)焊接缺陷的預(yù)防提出相應(yīng)具體措施。關(guān)鍵詞船舶焊接缺陷焊縫質(zhì)量檢測(cè)_、八、，前言船舶焊接技術(shù)在船舶修造中占有重要地位，是一項(xiàng)技術(shù)性、專業(yè)性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。先進(jìn)的造船、高效的焊接技術(shù)，可以提高船舶的建造效率，降低船舶建造成本，同時(shí),也是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。作為船舶工業(yè)的關(guān)鍵工藝船舶焊接技術(shù)日新月異，先進(jìn)焊接與切割設(shè)備層出不窮，船舶制造業(yè)焊接技術(shù)的迅速提升,已成為推動(dòng)我們?cè)齑偭靠焖僭鲩L(zhǎng)的助推器。焊接是保證

2、船舶的整體密性和強(qiáng)度的關(guān)鍵，是保證船舶質(zhì)量的關(guān)鍵，是保證船舶安全航行和作業(yè)的重要條件。如果焊接存在著缺陷，就有可能造成結(jié)構(gòu)斷裂、滲漏，甚至?xí)鸫暗某翛](méi)。根據(jù)對(duì)船舶脆斷事故的調(diào)查表明，40%脆斷事故是從焊縫缺陷處開(kāi)始的。在中國(guó)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)船舶建造中，船舶的焊接質(zhì)量問(wèn)題尤為突出。在對(duì)船舶進(jìn)行檢驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)焊縫的檢驗(yàn)尤為重要。因此，應(yīng)及早發(fā)現(xiàn)缺陷，把焊接缺陷限制在一定范圍內(nèi)，以確保船舶的航行安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，船體焊接工時(shí)占船體建造總工時(shí)的30%40%，焊接成本占船體建造總成本的30%50%。焊接中接頭金屬不連續(xù)、不致密或連接不良等現(xiàn)象，稱之為焊接缺陷，容易造成船舶滲漏、斷裂，甚至引發(fā)重大安全事故。因此，

3、正確識(shí)別常見(jiàn)船舶焊接缺陷的特征與形成機(jī)理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)防范措施，對(duì)船舶修造、營(yíng)運(yùn)意義重大。船舶焊接缺陷的種類很多，常見(jiàn)的焊接缺陷有由于化學(xué)冶金、凝固或固態(tài)相變過(guò)程中的產(chǎn)物造成的，如夾渣、氣孔、裂紋等；有焊接過(guò)程中操作不當(dāng)或者焊接參數(shù)不正確而造成的，如焊縫尺寸不足和外形缺陷、咬邊、未焊透等。每種焊接缺陷的成因機(jī)理不同，特征不同，需要根據(jù)不同的缺陷采取相應(yīng)的防范措施。二、焊接缺陷及成因氣孔氣孔就是焊接時(shí)熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留下來(lái)形成的空穴。形成氣孔的氣體主要分為兩類：一是高溫時(shí)溶于液體金屬，凝固時(shí)溶解度突然下降的氣體，如H2、N2等；二是熔池中化學(xué)冶金反應(yīng)中形成而又不溶解于液體金

4、屬的氣體，如CO、H2O等。兩種氣體的來(lái)源和化學(xué)性質(zhì)都不同，所以氣泡的形成條件與氣孔分布的特征也不一樣。焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因有這樣幾個(gè)方面：焊條或焊劑未按規(guī)定焙烘，焊芯銹蝕或藥皮變質(zhì)、剝落；坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡；保護(hù)氣體污染、潮濕或流量不足；焊接電流過(guò)大，電壓過(guò)高，電極伸長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)；焊接速度過(guò)快等。焊接中氣孔的存在，是焊縫的有效面積減小，過(guò)大的氣孔會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度，破壞焊縫的緊密性。另外，氣孔還將造成應(yīng)力集中，降低焊縫的強(qiáng)度和韌性。夾渣焊接產(chǎn)生的冶金反應(yīng)物，例如非金屬雜質(zhì)（氧化物、硫化物等）以及熔渣，未能逸出，或者多道焊接時(shí)由于清渣不干凈，殘留在焊縫金屬內(nèi)，稱為夾渣或夾雜物。根據(jù)

5、夾渣的形態(tài)，可分為點(diǎn)狀和條狀，其外形通常是不規(guī)則的，位置可能在焊縫與母材交界處，也可能存在于焊縫內(nèi)。造成夾渣的主要原因有：焊件表面焊接前清理不良（如油、銹等），焊層間清理不徹底；焊條藥皮受潮以及焊接材料選擇不合適；焊縫邊緣有氧割或碳弧氣刨殘留的熔渣；焊接電流太小，焊接速度過(guò)快等。另外，在使用酸性焊條時(shí)，由于電流太小或運(yùn)條不當(dāng)形成“糊渣”；使用堿性焊條時(shí)，由于電弧過(guò)長(zhǎng)或極性不正確也會(huì)造成夾渣。夾渣外形很不規(guī)則，大小相差懸殊，對(duì)接頭性能影響比較大。此外，夾渣會(huì)降低焊接接頭的塑性和韌性；夾渣的尖角處，造成應(yīng)力集中。特別是對(duì)于淬火傾向較大的焊縫金屬，容易在夾渣尖角處產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力而形成焊接裂紋。咬邊

6、咬邊是由于焊接時(shí)焊接參數(shù)選擇不當(dāng)或操作工藝不正確,當(dāng)焊接金屬?zèng)]能填滿母材焊趾或焊根的熔化凹槽時(shí),使焊縫邊緣留下的凹陷。過(guò)深的咬邊，不僅減小母材的工作截面，而且會(huì)在咬邊處造成應(yīng)力集中。船體重要結(jié)構(gòu)，對(duì)咬邊深度均有嚴(yán)格限制，特別是關(guān)鍵構(gòu)件不允許存在咬邊。造成咬邊的主要原因有：焊接電流過(guò)大；焊接速度過(guò)快或運(yùn)條不穩(wěn)，以致沒(méi)能加上足夠的填充金屬；在角焊時(shí),造成咬邊的主要原因是運(yùn)條角度不準(zhǔn)或電焊電弧拉得太長(zhǎng)等。咬邊使母材金屬接頭的有效工作界面減少，從而在咬邊處造成應(yīng)力集中，減弱了焊接接頭的強(qiáng)度，承載后有可能在咬邊處產(chǎn)生裂紋，甚至引起結(jié)構(gòu)的破壞。所以，在重要的結(jié)構(gòu)或受動(dòng)載荷較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)中，（如，船體的重要結(jié)構(gòu)

7、和船用高壓容器、管道等）一般是不允許咬邊現(xiàn)象的存在，所以對(duì)咬邊的缺陷，必須嚴(yán)格控制絕對(duì)杜絕咬邊缺陷的發(fā)生。圖咬邊未焊透、未熔合未焊透是指焊接時(shí)接頭根部未完全熔透，抑或是焊件邊緣或者前一道焊層未能充分受熱熔化,熔敷金屬卻已覆蓋上了,造成熔敷金屬未能很好和焊件邊緣熔合在一起。未焊透常出現(xiàn)在單面焊的根部和雙面焊的中部。未焊透產(chǎn)生的原因是焊接電流太小；運(yùn)條速度太快；焊條角度不當(dāng)或電弧發(fā)生偏吹；坡口角度或?qū)陂g隙太?。缓讣崽?；氧化物和熔渣等阻礙了金屬間充分的熔合等。在焊件與焊縫金屬或焊縫層間有局部未熔透現(xiàn)象稱為未熔合。產(chǎn)生未熔合的原因有：焊接線能量太低；電弧發(fā)生偏吹；坡口側(cè)壁有銹垢和污物；焊層間清

8、渣不徹底等。未焊透和未熔合不僅使焊接接頭的機(jī)械性能降低，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點(diǎn)，承載后會(huì)引起裂紋。焊接裂紋是船舶建造與使用過(guò)程中，焊接區(qū)產(chǎn)生各類裂縫的總稱。它是在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞形成新界面而產(chǎn)生的縫隙。焊接裂縫是接頭中最危險(xiǎn)的一種缺陷，船體結(jié)構(gòu)的破壞多從裂縫開(kāi)始。根據(jù)其產(chǎn)生的溫度不同，可分為熱裂縫和冷裂縫。5.1熱裂縫熱裂縫是在焊接過(guò)程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂縫。產(chǎn)生熱裂縫的主要原因：焊接熔池中存在有低熔點(diǎn)雜質(zhì)。由于這部分雜質(zhì)熔點(diǎn)低，結(jié)晶凝固最晚，而且凝固以后的塑性和強(qiáng)度又極低，因此當(dāng)外界結(jié)構(gòu)拘

9、束應(yīng)力足夠大時(shí)，由于焊縫金屬的凝固收縮以及不均勻的加熱和冷卻作用，熔池中的這部分低熔點(diǎn)雜質(zhì)，或在凝固過(guò)程中就被拉開(kāi)，或凝后不久被接開(kāi)，造成晶間開(kāi)裂。5.2冷裂縫冷裂縫一般是指焊接接頭冷卻到較低溫度時(shí)所產(chǎn)生的裂縫。產(chǎn)生冷裂縫的主要原因：在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)生成了淬硬組織；焊縫中存在有過(guò)量的擴(kuò)散氫，且具有濃集的條件；接頭承受較大的拘束應(yīng)力。6.夾渣夾渣是焊后殘留在焊縫中的溶渣。和氣孔樣，由于夾渣的存在，焊縫的有效工作截面減小，過(guò)大的夾渣也會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度和致密性。產(chǎn)生夾渣的主要原因：焊件邊緣有氧割或碳弧氣刨熔渣，坡口角度或焊接電流太小或焊接速度過(guò)快；在使用酸性焊條時(shí)，由于電流小或運(yùn)條不當(dāng)

10、形式“湖渣”；使用堿性焊條時(shí)，由于電弧過(guò)長(zhǎng)或極性不正確也會(huì)造成夾渣；進(jìn)行埋弧焊封底時(shí)，焊絲偏離焊縫中心，往往也易形成夾渣。防止產(chǎn)生夾渣的主要措施：正確選取坡口尺寸，認(rèn)真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度；運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)；多層焊時(shí)，應(yīng)仔細(xì)觀察的坡口兩側(cè)熔化情況，每一層都要認(rèn)真清理焊渣；埋弧焊封底要注意防止焊偏。焊瘤焊瘤是在焊接過(guò)程中，熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上所形成的金屬瘤。這種金屬瘤常出現(xiàn)在立、橫、仰焊焊縫表面，或無(wú)襯墊單面焊雙面成型焊縫的背面。在利用埋弧自動(dòng)焊接小環(huán)縫時(shí)，焊縫背面也常出現(xiàn)焊瘤。焊縫表面存在焊瘤，不僅影響美觀，還易造成表面夾渣。產(chǎn)生焊瘤的主要原因：運(yùn)條不勻，操

11、作不夠熟練，造成熔池溫度過(guò)高液態(tài)金屬凝固緩慢而下墜，因而在焊縫表面形成金屬瘤；立、仰焊時(shí)，采用過(guò)大的焊接電流和弧長(zhǎng)，也有可能出現(xiàn)焊瘤?；】踊『笗r(shí)，由于斷弧或收弧不當(dāng)，在焊道末端形成的低洼部分。由于弧坑低于焊道表面，且弧坑中常伴有裂紋和氣孔等缺陷，因而使該處焊縫嚴(yán)重削弱。產(chǎn)生弧坑的主要原因：熄弧時(shí)聞過(guò)短或焊接突然中斷；焊接薄板時(shí)電流過(guò)大；埋弧自動(dòng)焊時(shí)沒(méi)有分兩步按下“停止”按鈕。防止產(chǎn)生弧坑的措施：手工焊收弧時(shí)，焊條應(yīng)作短時(shí)間停留或作幾次環(huán)形運(yùn)條；埋弧自動(dòng)焊要注意分兩步按下“停止”按鈕。三、焊接缺陷的防止及焊接質(zhì)量檢驗(yàn)焊接缺陷的防止從上述幾種焊接缺陷的形成機(jī)理來(lái)看，所需采取的防止措施都基本包括原材

12、料選擇及焊前處理、焊接設(shè)備及裝配的檢查、焊接工藝及技能正確運(yùn)用和焊后的缺陷修正等。下面從焊前準(zhǔn)備、焊接過(guò)程的質(zhì)量控制和焊接缺陷的修正三個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明。焊前準(zhǔn)備:施焊前的準(zhǔn)備包括，一原材料（被焊金屬和焊接材料）的檢驗(yàn)，例如，焊接低碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼時(shí)，一般根據(jù)母材的抗拉強(qiáng)度按“等強(qiáng)則選同等級(jí)的焊條；焊接耐熱鋼和不銹鋼時(shí)，通常考慮母材的化學(xué)成分按“等成分匹配”原則選擇相同成分的焊條。二焊接設(shè)備和裝配質(zhì)量檢查，包括焊接設(shè)備的工作性能檢查；焊接區(qū)污物，如油漆、鐵銹、油脂、水、氣割的熔渣等應(yīng)在焊前清除干凈。三焊接工藝和規(guī)范的檢查，包括焊接工藝參數(shù)和焊接順序是否符合文件規(guī)范要求；焊工的操作技能是否經(jīng)過(guò)培

13、訓(xùn)、考試合格并持有相關(guān)證書(shū)；對(duì)重要工件的焊接，焊前應(yīng)進(jìn)行焊接工藝性能試驗(yàn)。焊接過(guò)程的質(zhì)量控制。在焊接過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)隨時(shí)檢查焊接規(guī)范是否變化，如焊條電弧焊時(shí)，要隨時(shí)注意焊接電流的大小；氣體保護(hù)焊時(shí)，應(yīng)注意氣體保護(hù)的效果。為了鑒定在一定工藝條件下焊接接頭是否符合設(shè)計(jì)要求，焊接過(guò)程中有時(shí)需要抽樣進(jìn)行性能試驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，應(yīng)查明缺陷性質(zhì)、大小、位置，找出原因并及時(shí)處理。另外，在整個(gè)焊接過(guò)程中都應(yīng)該有相應(yīng)的技術(shù)記錄，要求每條重要焊縫在焊后都要打上焊工鋼印，作為技術(shù)的原始資料，便于今后備查。焊接缺陷修正。焊接過(guò)程中不同程度的缺陷存在總是難免，對(duì)焊接缺陷的修正是一項(xiàng)必要的措施。缺陷補(bǔ)焊時(shí)，宜采用小電流、不

14、擺動(dòng)、多層多道焊，禁止用過(guò)大的電流補(bǔ)焊。對(duì)剛性大的結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)焊時(shí)，除第一層和最后一層焊道外，均可在焊后熱狀態(tài)下進(jìn)行錘擊。每層焊道的起弧和收弧應(yīng)盡量錯(cuò)開(kāi)。對(duì)要求進(jìn)行熱處理的焊件，應(yīng)在熱處理前進(jìn)行缺陷修正。對(duì)D級(jí)、E級(jí)鋼和高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊縫缺陷，用手工電弧焊焊補(bǔ)時(shí)，應(yīng)采用控制線能量施焊法。每一缺陷應(yīng)一次焊補(bǔ)完成，不允許中途停頓。預(yù)熱溫度和層間溫度，均應(yīng)保持在60C以上。焊縫缺陷的消除焊補(bǔ)，不允許在帶壓和背水情況下進(jìn)行。修正過(guò)的焊縫，應(yīng)按原焊縫的探傷要求重新檢查，若再次發(fā)現(xiàn)超過(guò)允許限值的缺陷，應(yīng)重新修正，直至合格。焊補(bǔ)次數(shù)不得超過(guò)規(guī)定的返修次數(shù)。焊接缺陷及質(zhì)量的檢驗(yàn)焊接檢驗(yàn)是在焊接前或過(guò)程中對(duì)影響焊接

15、質(zhì)量的因素進(jìn)行系統(tǒng)檢查，是發(fā)現(xiàn)焊接缺陷隱患，確保焊接質(zhì)量的必要程序。焊接缺陷和質(zhì)量的檢驗(yàn)方式及要求主要包括以下幾個(gè)方面。焊后檢驗(yàn)一般包括外觀檢查無(wú)損檢驗(yàn)、密性試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)。外觀檢查是一種常用的簡(jiǎn)便質(zhì)量檢驗(yàn)方法，通過(guò)目測(cè)（或利用5X放大鏡）進(jìn)行檢查，能夠發(fā)現(xiàn)焊縫表面咬口、氣孔、夾渣、焊接表面裂紋、弧坑、焊瘤以及焊縫的外形尺寸和形狀不符合要求的外部缺陷.無(wú)損檢測(cè)射線檢測(cè)依照GB332387評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，借助射線的穿透作用檢查焊縫內(nèi)部缺陷,通常用照相法。2、超聲波檢測(cè)是依照GB1134589評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，用超聲波探測(cè)焊縫內(nèi)部缺陷的位置、種類和大小。是依照J(rèn)B/T606192或JB473094評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，用磁粉檢查焊縫表面或近表面缺陷。4、是依照J(rèn)B473094評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，用著色檢驗(yàn)法檢查焊縫表面缺陷。5、是焊后成品強(qiáng)度檢驗(yàn)，主要是水壓實(shí)驗(yàn)和氣壓實(shí)驗(yàn)。6、是通過(guò)煤油檢驗(yàn)或吹氣檢驗(yàn)進(jìn)行致密性檢驗(yàn)。但對(duì)于焊接可能存在的缺陷的認(rèn)識(shí)是一個(gè)復(fù)雜的學(xué)科，具體問(wèn)題還需采取以上檢驗(yàn)方法外的宏觀微觀組織檢查、金相試驗(yàn)和沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行分析。從金屬工藝學(xué)、焊接工藝學(xué)等角度，結(jié)合筆者自身在造船中積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了船舶焊接中常見(jiàn)焊接缺陷的形式特征、形成機(jī)理、造成的危害，并