常見船舶焊接技術(shù)的缺陷

1、常見船舶焊接技術(shù)的缺陷、檢驗及其對策摘要：對船舶焊接中氣孔、夾渣、咬邊、未焊透、裂紋、焊瘤等常見缺陷的特征現(xiàn)象進(jìn)行描述，從焊接材料、焊接工藝等方面對其成因機(jī)理進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上針對每種常見焊接缺陷的預(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_、八、，前言船舶焊接技術(shù)在船舶修造中占有重要地位，是一項技術(shù)性、專業(yè)性很強的系統(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,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,已成為推動我們造船總量快速增長的助推器。焊接是保證

2、船舶的整體密性和強度的關(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]。根據(jù)對船舶脆斷事故的調(diào)查表明，40%脆斷事故是從焊縫缺陷處開始的。在中國的鄉(xiāng)鎮(zhèn)船舶建造中，船舶的焊接質(zhì)量問題尤為突出。在對船舶進(jìn)行檢驗的過程中，對焊縫的檢驗尤為重要。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，船體焊接工時占船體建造總工時的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、正確識別常見船舶焊接缺陷的特征與形成機(jī)理，及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)防范措施，對船舶修造、營運意義重大。船舶焊接缺陷的種類很多，常見的焊接缺陷有由于化學(xué)冶金、凝固或固態(tài)相變過程中的產(chǎn)物造成的，如夾渣、氣孔、裂紋等；有焊接過程中操作不當(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熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而殘留下來形成的空穴。形成氣孔的氣體主要分為兩類：一是高溫時溶于液體金屬，凝固時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。焊接時產(chǎn)生氣孔的主要原因有這樣幾個方面：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；焊接電流過大，電壓過高，電極伸長過長；焊接速度過快等。焊接中氣孔的存在，是焊縫的有效面積減小，過大的氣孔會降低焊縫的強度，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，焊接速度過快等。另外，在使用酸性焊條時，由于電流太小或運條不當(dāng)形成“糊渣”；使用堿性焊條時，由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣。夾渣外形很不規(guī)則，大小相差懸殊，對接頭性能影響比較大。此外，夾渣會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、咬邊是由于焊接時焊接參數(shù)選擇不當(dāng)或操作工藝不正確,當(dāng)焊接金屬沒能填滿母材焊趾或焊根的熔化凹槽時,使焊縫邊緣留下的凹陷。過深的咬邊，不僅減小母材的工作截面，而且會在咬邊處造成應(yīng)力集中。船體重要結(jié)構(gòu)，對咬邊深度均有嚴(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：焊接電流過大；焊接速度過快或運條不穩(wěn)，以致沒能加上足夠的填充金屬；在角焊時,造成咬邊的主要原因是運條角度不準(zhǔn)或電焊電弧拉得太長等。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)或受動載荷較強的結(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，所以對咬邊的缺陷，必須嚴(yán)格控制絕對杜絕咬邊缺陷的發(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??；運條速度太快；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??；焊件散熱太快；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，承載后會引起裂紋。焊接裂紋是船舶建造與使用過程中，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的一種缺陷，船體結(jié)構(gòu)的破壞多從裂縫開始。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雜質(zhì)。由于這部分雜質(zhì)熔點低，結(jié)晶凝固最晚，而且凝固以后的塑性和強度又極低，因此當(dāng)外界結(jié)構(gòu)拘

9、束應(yīng)力足夠大時，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雜質(zhì)，或在凝固過程中就被拉開，或凝后不久被接開，造成晶間開裂。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，過大的夾渣也會降低焊縫的強度和致密性。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快；在使用酸性焊條時，由于電流小或運條不當(dāng)

10、形式“湖渣”；使用堿性焊條時，由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣；進(jìn)行埋弧焊封底時，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；運條擺動要適當(dāng)；多層焊時，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，或無襯墊單面焊雙面成型焊縫的背面。在利用埋弧自動焊接小環(huán)縫時，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：運條不勻，操

11、作不夠熟練，造成熔池溫度過高液態(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，采用過大的焊接電流和弧長，也有可能出現(xiàn)焊瘤?；】踊『笗r，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：熄弧時聞過短或焊接突然中斷；焊接薄板時電流過大；埋弧自動焊時沒有分兩步按下“停止”按鈕。防止產(chǎn)生弧坑的措施：手工焊收弧時，焊條應(yīng)作短時間停留或作幾次環(huán)形運條；埋弧自動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)量檢驗焊接缺陷的防止從上述幾種焊接缺陷的形成機(jī)理來看，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用和焊后的缺陷修正等。下面從焊前準(zhǔn)備、焊接過程的質(zhì)量控制和焊接缺陷的修正三個方面進(jìn)行說明。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，例如，焊接低碳鋼和低合金高強度鋼時，一般根據(jù)母材的抗拉強度按“等強則選同等級的焊條；焊接耐熱鋼和不銹鋼時，通?？紤]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)過培

13、訓(xùn)、考試合格并持有相關(guān)證書；對重要工件的焊接，焊前應(yīng)進(jìn)行焊接工藝性能試驗。焊接過程的質(zhì)量控制。在焊接過程中，應(yīng)當(dāng)隨時檢查焊接規(guī)范是否變化，如焊條電弧焊時，要隨時注意焊接電流的大小；氣體保護(hù)焊時，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)計要求，焊接過程中有時需要抽樣進(jìn)行性能試驗，若發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，應(yīng)查明缺陷性質(zhì)、大小、位置，找出原因并及時處理。另外，在整個焊接過程中都應(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。焊接過程中不同程度的缺陷存在總是難免，對焊接缺陷的修正是一項必要的措施。缺陷補焊時，宜采用小電流、不

14、擺動、多層多道焊，禁止用過大的電流補焊。對剛性大的結(jié)構(gòu)進(jìn)行補焊時，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)盡量錯開。對要求進(jìn)行熱處理的焊件，應(yīng)在熱處理前進(jìn)行缺陷修正。對D級、E級鋼和高強度結(jié)構(gòu)鋼焊縫缺陷，用手工電弧焊焊補時，應(yīng)采用控制線能量施焊法。每一缺陷應(yīng)一次焊補完成，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，不允許在帶壓和背水情況下進(jìn)行。修正過的焊縫，應(yīng)按原焊縫的探傷要求重新檢查，若再次發(fā)現(xiàn)超過允許限值的缺陷，應(yīng)重新修正，直至合格。焊補次數(shù)不得超過規(guī)定的返修次數(shù)。焊接缺陷及質(zhì)量的檢驗焊接檢驗是在焊接前或過程中對影響焊接

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)量的檢驗方式及要求主要包括以下幾個方面。焊后檢驗一般包括外觀檢查無損檢驗、密性試驗和強度試驗。外觀檢查是一種常用的簡便質(zhì)量檢驗方法，通過目測（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.無損檢測射線檢測依照GB332387評定標(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、超聲波檢測是依照GB1134589評定標(biāo)準(zhǔn)，用超聲波探測焊縫內(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評定標(biāo)準(zhǔn)，用著色檢驗法檢查焊縫表面缺陷。5、是焊后成品強度檢驗，主要是水壓實驗和氣壓實驗。6、是通過煤油檢驗或吹氣檢驗進(jìn)行致密性檢驗。但對于焊接可能存在的缺陷的認(rèn)識是一個復(fù)雜的學(xué)科，具體問題還需采取以上檢驗方法外的宏觀微觀組織檢查、金相試驗和沖擊彎曲試驗來進(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，總結(jié)了船舶焊接中常見焊接缺陷的形式特征、形成機(jī)理、造成的危害，并