方建輝， 顧彬彬， 朱 斌

(泰州口岸有限公司， 江蘇 泰州 225321)

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角焊縫預(yù)密性試驗(yàn)探討

方建輝， 顧彬彬， 朱 斌

(泰州口岸有限公司， 江蘇 泰州 225321)

分段預(yù)密性試驗(yàn)作為一項(xiàng)新工藝，在許多船企得到了應(yīng)用。分析相關(guān)的工藝文件，主要從整體工藝流程進(jìn)行控制，而對(duì)于焊接過(guò)程控制這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)則沒(méi)有詳細(xì)的介紹。通過(guò)模擬試驗(yàn)，掌握密性位置焊縫的焊接質(zhì)量控制方法，進(jìn)而提高密性試驗(yàn)的成功率。試驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)控制焊縫質(zhì)量來(lái)提高密性試驗(yàn)成功率是可行的。

預(yù)密性試驗(yàn) 貫通 充氣 焊接缺陷 過(guò)程控制

0 引言

分段預(yù)密性試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)外許多船廠均取得了成功，而本公司也一直在密切關(guān)注這項(xiàng)新工藝。為了滿(mǎn)足新涂層性能標(biāo)準(zhǔn)PSPC，必須提高分段的完整性，減少后續(xù)工藝的施工難度及艙室整體涂裝面積的損壞[1]。根據(jù)公司的生產(chǎn)方案，在建造的4 350TEU集裝箱船上首次使用分段預(yù)密性工藝。為了配合該工藝的順利推廣，前期進(jìn)行了多次針對(duì)性的試驗(yàn)，為后續(xù)推廣工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

根據(jù)已經(jīng)掌握的資料：一條焊縫能否做通，與裝配、焊接質(zhì)量過(guò)程控制密切相關(guān)。部分施工人員由于對(duì)該項(xiàng)技術(shù)不熟悉、操作不熟練，無(wú)法保證施工質(zhì)量，導(dǎo)致多處焊縫不能貫通，密性試驗(yàn)屢屢失敗，返修工作量大。因此，為了減少返工量、提高預(yù)密性試驗(yàn)成功率，需進(jìn)行前期模擬試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程獲取經(jīng)驗(yàn)。

1 預(yù)密性模擬試驗(yàn)原理

模擬試驗(yàn)說(shuō)明：選取T型材為模擬對(duì)象，腹板與翼板的裝配間隙為0～3 mm，進(jìn)行雙面連續(xù)焊。然后在一側(cè)端口充入0.02 MPa的壓縮空氣，另一側(cè)端口涂上肥皂水，如圖1所示。

出現(xiàn)情況：(1) 如果出氣口肥皂水冒泡，則基本可以認(rèn)為焊縫無(wú)缺陷，內(nèi)部貫通。(2) 出氣口肥皂水不冒泡，在焊縫表面涂肥皂水，如果焊縫表面冒泡，則表面焊縫存在缺陷，如裂紋、氣孔等。(3) 出氣口肥皂水不冒泡，焊縫表面涂肥皂水后仍然不冒泡，則表明內(nèi)部間隙已經(jīng)被堵死，無(wú)法貫通。

圖1 原理圖及現(xiàn)場(chǎng)照片

2 典型試驗(yàn)過(guò)程

2.1 試驗(yàn)一

(1) T型材裝焊。

T型材長(zhǎng)5 m，共兩件，裝配間隙分別為0～1 mm、2 mm，如圖2所示。鋼板材質(zhì)為普通鋼，板厚為δ=12 mm。采用CO2自動(dòng)角焊小車(chē)施焊。

圖2 T型材裝焊示意圖

現(xiàn)場(chǎng)焊接情況： 定位焊采用雙面對(duì)稱(chēng)焊，焊條為Φ=3.2 mm 的堿性焊條。焊腳尺寸均為5 mm～6 mm。電流為240 A～260 A，電壓為26 V～28 V。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際查看：定位焊完畢后，發(fā)現(xiàn)裝配間隙在0～1 mm的T型材焊縫熔深較淺，兩側(cè)焊縫不易熔透。裝配間隙在2 mm的T型材兩側(cè)焊縫接近熔透，如圖3所示。

圖3 定位焊縫示意圖

實(shí)測(cè)焊腳尺寸：裝配間隙在0～1 mm的焊腳尺寸為5 mm～5.5 mm,裝配間隙在2 mm的焊腳尺寸為5 mm～6 mm。

(2) T型材充氣試驗(yàn)。

從T型材一端充入壓縮空氣，充氣壓力為0.02 MPa。焊縫表面及另一端涂肥皂水。

試驗(yàn)結(jié)果：間隙在0～1 mm的T型材中間焊縫區(qū)域有一處小氣孔，如圖4所示。將漏氣處補(bǔ)焊完畢后，另一端冒泡，證明已經(jīng)貫通。間隙在2 mm的T型材焊縫區(qū)域完整，另一端直接冒泡，證明直接貫通。

圖4 充氣試驗(yàn)結(jié)果

2.2 試驗(yàn)二

(1) T型材裝焊。

T型材長(zhǎng)5 m，共兩組，板厚為δ=12 mm，裝配間隙分別為2 mm、3 mm，如圖5所示。焊腳尺寸均為5 mm～6 mm，鋼板材質(zhì)為高強(qiáng)鋼EH36，采用CO2氣體半自動(dòng)焊。

圖5 T型材裝焊示意圖

現(xiàn)場(chǎng)焊接情況： 為避免兩側(cè)焊縫熔透，定位焊采用交錯(cuò)對(duì)稱(chēng)焊，焊條為直徑Φ= 3.2 mm 的堿性焊條。

實(shí)測(cè)焊腳尺寸：裝配間隙在3 mm的焊腳尺寸為5 mm～5.5 mm。

裝配間隙在2 mm的焊腳尺寸為5 mm～6 mm。

焊接電流為270 A左右，電壓為26 V～28 V，環(huán)境溫度最低為0℃。

(2) T型材充氣試驗(yàn)。

從T型材一端充氣，充氣壓力為0.02 MPa，焊縫表面及另一端涂肥皂水。

試驗(yàn)結(jié)果：間隙3 mm的T型材焊縫區(qū)域有多處氣孔、裂紋。漏氣現(xiàn)象明顯，其中氣孔多位于起弧、收弧處，如圖6所示。從充氣端開(kāi)始，將漏氣處逐一補(bǔ)焊完畢后，另一端才冒泡，證明已經(jīng)貫通。但是補(bǔ)焊過(guò)程前后長(zhǎng)達(dá)4 h，而且補(bǔ)焊過(guò)程中困難重重，部分焊縫氣孔處常常需要補(bǔ)焊2～3次才合格。遇到裂紋處，補(bǔ)焊工作量更大。補(bǔ)焊后外觀成型很差，但如果不進(jìn)行修補(bǔ)，貫通試驗(yàn)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。

(3) 間隙2 mm的T型材焊縫區(qū)域同樣有多處氣孔、裂紋，漏氣現(xiàn)象明顯。

其中氣孔多位于起弧、收弧處。從充氣端開(kāi)始，將漏氣處逐一補(bǔ)焊，但是到了中間位置，2.6 m 左右至另一端，焊縫區(qū)域無(wú)任何反應(yīng)，由此判斷內(nèi)部已經(jīng)堵死。于是將充氣管取下，從另一端開(kāi)始充氣，同樣有多處氣孔、裂紋，漏氣現(xiàn)象明顯。將漏氣處逐一補(bǔ)焊，中間位置2.4 m 左右至另一端，焊縫區(qū)域無(wú)任何反應(yīng)，由此判斷此處內(nèi)部已經(jīng)堵死，試驗(yàn)失敗。堵塞點(diǎn)位于正中偏左100 mm處。堵塞原因：左右兩側(cè)焊縫金屬完全熔透所致。

圖6 充氣試驗(yàn)結(jié)果

2.3 試驗(yàn)三

(1) T型材長(zhǎng)5 m，裝配間隙為2 mm，焊腳尺寸均為5 mm～6 mm。鋼板材質(zhì)為高強(qiáng)鋼DH32，板厚為δ=14 mm，采用CO2氣體半自動(dòng)焊。吸取此前的教訓(xùn)，嚴(yán)格控制焊接參數(shù)并調(diào)整焊槍角度(主要針對(duì)第一道打底焊縫)，如圖7所示。焊接電流為240 A左右，電壓為24 V～26 V，外觀成型較好。

圖7 焊槍角度示意圖

(2) 從T型材一端充氣，充氣壓力為0.02 MPa，焊縫表面及另一端均涂肥皂水。

試驗(yàn)結(jié)果：焊縫不貫通，采用“氣刨+切割”的方式進(jìn)行返修。應(yīng)用二分之一排除法，在焊縫的中間位置刨開(kāi)一個(gè)孔，如圖8所示。將焊縫一分為二，如果檢查出其中半條焊縫通氣，則另半條就不通，用此方法依次檢查，最終找出問(wèn)題所在，減少返修的時(shí)間與工作量。將漏氣處逐一補(bǔ)焊完畢后，另一端冒泡[2]。

圖8 開(kāi)孔處示意圖

3 試驗(yàn)結(jié)果

分析幾次試驗(yàn)過(guò)程，得出如下結(jié)論。

貫通試驗(yàn)是否順利成功，主要取決于：(1) 裝配質(zhì)量。(2) 待焊區(qū)域焊前清理狀況。(3) 焊縫質(zhì)量，主要指焊縫是否出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷。而焊縫質(zhì)量主要由焊接過(guò)程控制決定，包括焊接方法、焊接參數(shù)、工藝等。

3.1 裝配質(zhì)量

在本次試驗(yàn)中，鋼板為數(shù)控切割，比較平整規(guī)則。但在施工過(guò)程中，鋼板經(jīng)過(guò)多次裝焊后，不可避免地出現(xiàn)變形及不平整。如果拼板過(guò)程中產(chǎn)生波浪變形，會(huì)導(dǎo)致裝配后T型接頭處的裝配間隙參差不齊。如果局部出現(xiàn)間隙絕對(duì)為零的情況，內(nèi)部被堵死的可能性將增大。因此，拼板上胎架后，應(yīng)首先進(jìn)行校平。另外，從試驗(yàn)來(lái)看，留一定的裝配間隙，對(duì)保證內(nèi)部貫通是有積極作用的。但間隙越大，兩側(cè)焊縫熔透的可能性也就越大，特別對(duì)于薄板(≤12 mm)，尤其明顯。同時(shí)，間隙大易造成焊腳尺寸偏大，引起焊后變形量加大，因此裝配間隙并不是越大越好。另外，裝配前要對(duì)裝配區(qū)域以及附近區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格清理，以防止雜質(zhì)混入接頭間隙中引起堵塞。因此，預(yù)密性區(qū)域建議申請(qǐng)焊前報(bào)檢。定位焊過(guò)程中，焊條尺寸應(yīng)控制在直徑為3.2 mm左右，建議采用單面定位焊，也可以使用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行定位焊[3]。

3.2 焊接方法

(1) 采用CO2氣體保護(hù)焊(手工)時(shí)，人工操作不可避免出現(xiàn)焊接中斷，在起弧、收弧處，易產(chǎn)生弧坑裂紋。因此引熄弧時(shí)，須將弧坑填滿(mǎn)后再熄弧。此外，焊接時(shí)，若焊槍角度控制不當(dāng)，熔化金屬被吹向裝配間隙處，也極易導(dǎo)致兩側(cè)焊縫熔透。上述問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致后面的充氣試驗(yàn)無(wú)法繼續(xù)。

(2) 使用CO2角焊小車(chē)焊接時(shí)，焊接參數(shù)及焊槍角度容易控制，焊縫成型好且能保持連續(xù)性，為下一步的充氣試驗(yàn)打下了良好的基礎(chǔ)，應(yīng)擴(kuò)大CO2角焊小車(chē)使用范圍。平直角接縫，應(yīng)盡量采用高效焊接設(shè)備，如自動(dòng)角焊小車(chē)。立角焊縫全位置則采用全位置焊接小車(chē)，保證焊縫連續(xù)焊接，減少因中途停頓而導(dǎo)致的引弧與熄弧現(xiàn)象[4]。

(3) 對(duì)于多道焊縫，打底焊道質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵，如果打底焊縫出現(xiàn)缺陷，那么整條焊縫出現(xiàn)缺陷的可能性增加，導(dǎo)致貫通試驗(yàn)失敗。另外，若焊接電流超過(guò)300 A，裂紋產(chǎn)生的概率也會(huì)顯著增加。因此，焊接過(guò)程中，應(yīng)安排專(zhuān)人跟蹤監(jiān)控，防止焊接參數(shù)過(guò)大，同時(shí)保證焊槍角度正確。

3.3 鋼板材質(zhì)及環(huán)境因素

普通鋼與高強(qiáng)鋼相比，焊接過(guò)程中出現(xiàn)裂紋的概率要小許多。在冬季，氣溫低的情況下，高強(qiáng)鋼焊接過(guò)程中出現(xiàn)裂紋的可能性更大。而從試驗(yàn)來(lái)看，裂紋的長(zhǎng)度從幾毫米至幾十毫米不等，位置也不確定，焊縫中心、焊縫邊緣、熔合線處均可能存在。由于裂紋的長(zhǎng)度及方向均不規(guī)則，且有擴(kuò)展傾向，因此，相對(duì)于氣孔來(lái)說(shuō)，裂紋的修補(bǔ)難度更大。而裂紋處的焊縫碳刨后，T型接頭處的裝配質(zhì)量更難得到保證。夏季施焊，空氣濕度大，鋼板上容易積露，出現(xiàn)氣孔的概率增大。因此，建議不管是冬季還是夏季，密性焊縫待焊區(qū)域各種雜質(zhì)(水、銹、氧化皮等)必須清理干凈，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)預(yù)熱，以減少缺陷產(chǎn)生的可能性。

4 結(jié)論

(1) 進(jìn)行了一系列預(yù)密性試驗(yàn)，使預(yù)密性試驗(yàn)一次性通過(guò)率達(dá)95%以上，得到船東船檢的高度認(rèn)可。同時(shí)，還獲取了如何減少焊接過(guò)程中產(chǎn)生缺陷的措施，并可以應(yīng)用于其它位置的焊接。

(2) 充氣試驗(yàn)是公司新推廣的新工藝，其簡(jiǎn)單可靠、成本低對(duì)縮短船舶建造周期、質(zhì)量、成本等方面具有重要意義。

[1] 羅伯豪.船體分段預(yù)密試的方法與實(shí)踐[J].廣船科技,2010,30(2):15-19.

[2] 羅來(lái)友.關(guān)于提高分段充氣密性試驗(yàn)合格率的探討[J]. 廣東造船, 2011,30(5):70-72.

[3] 國(guó)防科技技術(shù)工業(yè)委員會(huì).鋼質(zhì)海船船體密性試驗(yàn)方法：GB/T 257-2001[S]．2010．

[4] 方建輝.船舶焊接常見(jiàn)裂紋分析及控制[J].船舶工程,2015，37(S1)：186-190.

Research of Pre-tightness on Fillet-seam

FANG Jian-hui， GU Bin-bin， ZHU Bin

(Taizhou Kouan Shipbuilding Co., Ltd., Taizhou Jiangsu 225321， China)

As a new technology, the subsection pre-tightness test has been applied in many shipping enterprises. The relevant process-documents were mainly focused on the overall process control, but for the key welding process control, there is no detailed introduction. A series of simulation test was conducted to control the welding quality method, and enhance test success rate. The results show that the method to improve the tightness test success-rate is feasible by controlling the quality of the weld.

Pre-tightness test Penetration Inflation Welding defects Process control

江蘇省科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：BE2015208)。

方建輝(1981-)，男，工程師，主要從事船舶焊接質(zhì)量的過(guò)程控制及新工藝推廣。

U671

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