摘要：船舶船體結(jié)構(gòu)大部分采用二氧化碳的焊接方式，如何能避免在焊接過程中產(chǎn)生缺陷已被各船廠所重視。本文從以下幾方面做闡述控制方案及應(yīng)用實(shí)例，為船舶中、厚板的焊接質(zhì)量管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：船體斷裂；預(yù)熱；二氧化碳焊接優(yōu)點(diǎn)；T型接頭；焊后熱處理；超聲波檢測

一、引言

船舶結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量對船體強(qiáng)度的重要性不言而喻。2013年日本MOL COMFORT集裝箱船在新加坡前往沙特吉達(dá)港的途中突然斷裂，海水進(jìn)入貨倉，導(dǎo)致1700個(gè)集裝箱和1500T燃油沉入海底，造成了人員、財(cái)產(chǎn)及環(huán)境污染的重大事故。該事故產(chǎn)生除了設(shè)計(jì)原因之外還與焊接有很大的關(guān)系。事后世界各船廠均引起重視，把設(shè)計(jì)、焊接質(zhì)量納入船舶建造的重中之重。目前，如：某船廠船體結(jié)構(gòu)的T型焊縫的板材均為厚板，坡口為K型。冬季厚板焊接時(shí)由于溫度原因，加上有時(shí)仰焊本身難度就比較大，焊接時(shí)填充金屬不能和平焊相比，焊縫容易產(chǎn)生各種缺陷，如果在一側(cè)焊滿后，再焊另一側(cè)，那么外側(cè)根部所受應(yīng)力很大，經(jīng)超聲波檢測后，多次發(fā)現(xiàn)較長范圍內(nèi)，深度相同的超標(biāo)缺陷反射波，判定此焊縫為不合格。碳弧氣刨后，缺陷定性為裂紋。此類缺陷在焊縫中非常嚴(yán)重，任何標(biāo)準(zhǔn)都不允許有裂紋的存在，船舶服役時(shí)很有可能發(fā)生斷裂，造成無法彌補(bǔ)的損失。船體結(jié)構(gòu)涉及到厚板對接焊、T型焊縫較多，在焊接過程中由于板厚的原因，多采用多層多道焊方法，由于填充的道數(shù)有時(shí)多達(dá)數(shù)十道，所以接頭非常容易出現(xiàn)夾渣、未融合、未焊透、裂紋等缺陷。本文結(jié)合某船廠船體結(jié)構(gòu)T型焊縫經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷，以質(zhì)量控制、焊接檢驗(yàn)、無損檢測的視角，重點(diǎn)介紹如何防止厚板T型接頭焊接缺陷的產(chǎn)生方面提供借鑒。

二、控制方案

1.采用合理的焊接設(shè)計(jì)圖紙、焊接順序及盡可能多的平焊焊接工位；

2.采購大型鋼廠生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)船級(jí)板材；

3.滿足船級(jí)社規(guī)范的焊評，并要求焊工認(rèn)真執(zhí)行；

3.技術(shù)人員套料準(zhǔn)確，避免切割余量不足的情況；

4.切割工切好坡口，避免坡口不良的情況；

5.裝配工調(diào)整好間隙，注意定位焊的質(zhì)量；

6.焊接

6.1目前船舶結(jié)構(gòu)的焊接絕大部分采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，此焊接方法有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）生產(chǎn)效率高：因其電弧的穿透力強(qiáng)、熔深大、且焊絲的熔化率高，所以熔敷速度快。

2）焊接成本低：二氧化碳?xì)怏w來源廣泛，價(jià)格低。

3）能耗低：與焊條電弧焊相比二氧化碳焊接每米消耗的電能僅相當(dāng)于手工焊的70%左右。

4）焊接碳鋼、低合金鋼不易產(chǎn)生冷裂紋；

5）焊接電弧可見性良好；

6）電壓、電流調(diào)節(jié)范圍大，熔深和焊縫易于控制。

7）焊接質(zhì)量好，成形美觀，焊件變形小。

6.2具體焊接實(shí)施方案

圖1所示，（1）首先，船舶厚板焊接不再使用仰焊的焊接方法，而改為平焊、對稱焊，預(yù)熱溫度依據(jù)客戶要求（通常在100℃>t<250℃），有效的預(yù)熱：①可以減少焊縫冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴(kuò)散氫的逸出，避免產(chǎn)生氫致裂紋，同時(shí)也減少焊縫及熱影響區(qū)的淬硬程度，提高了焊接接頭的抗裂性。②預(yù)熱可降低焊接應(yīng)力。均勻地局部預(yù)熱或整體預(yù)熱，可以減少焊接區(qū)域與被焊工件之間的溫度差。這樣一方面降低了焊接應(yīng)力，另一方面，降低了焊接應(yīng)變速率。③預(yù)熱可以降低焊接結(jié)構(gòu)的拘束度，隨著溫度的提高，裂紋發(fā)生率下降。④降低硬化的風(fēng)險(xiǎn)；給吸收的氫擴(kuò)散出去的機(jī)會(huì)。⑤去除焊縫中的濕氣；⑥改善總體焊縫的融合性，從而降低應(yīng)力水平。局部預(yù)熱的寬度應(yīng)根據(jù)被焊工件的拘束度情況而定，一般應(yīng)為焊縫區(qū)周圍各三倍壁厚，且不得少于200mm。如果預(yù)熱不均勻，不但不減少焊接應(yīng)力，反而會(huì)出現(xiàn)增大焊接應(yīng)力的情況。

圖2所示，（2）先在船舶厚板內(nèi)側(cè)焊一小部分，焊腳約為坡口面板厚的1/5-1/4。焊腳過大容易造成翼板與腹板變形；過小容易受應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。

圖3所示，（3）然后在船舶厚板外側(cè)對稱焊，填充金屬同樣為坡口面的1/5-1/4。對稱焊工藝要求：坡口的兩側(cè)焊腳大致相同，以避免熱輸入過大導(dǎo)致的變形。焊接一側(cè)結(jié)束后，測量焊腳，然后到另一側(cè)施焊，兩面的焊腳應(yīng)大致相同。

圖4所示，（4）船舶厚板內(nèi)側(cè)再焊一部分，填充金屬至坡口面2/5-1/5，改進(jìn)前是內(nèi)側(cè)全部焊接，這樣變形會(huì)較為嚴(yán)重。改進(jìn)后變形較小，大大減少了外側(cè)應(yīng)力的產(chǎn)生。

圖5所示，（5）船舶厚板外側(cè)碳弧氣刨，碳弧氣刨主要作用是清根、開坡口，操作時(shí)應(yīng)注意清根要徹底，要避免氧化物、碳層殘留在坡口內(nèi)導(dǎo)致滲碳。并且不能傷及母材。碳弧氣刨的坡口要在50-60°范圍內(nèi)。

圖6所示，（6）碳弧氣刨后與內(nèi)側(cè)對稱焊，首先預(yù)熱，需要注意的是首層填充金屬焊腳要小，采用短弧焊接，焊接速度不能過快，以免造成應(yīng)力增大導(dǎo)致焊縫裂開。第二道焊接前用點(diǎn)溫槍測量溫度，層間溫度：100℃>t<250℃。

圖7所示，（7）船舶厚板內(nèi)側(cè)焊滿，注意：內(nèi)側(cè)焊一層，對稱的外側(cè)也要焊一層，焊腳應(yīng)大致相同，層與層之間清理要徹底，以免后層施焊時(shí)產(chǎn)生裂紋、未融合、氣孔等缺陷。層間溫度：100℃>t<250℃。

圖8所示，（8）船舶厚板外側(cè)焊滿。該焊縫全部焊接完成。準(zhǔn)備進(jìn)行焊后熱處理。

7.焊后消氫熱處理，是指在焊接完成以后，焊縫尚未冷卻至100℃以下時(shí)，進(jìn)行的低溫?zé)崽幚?。一般?guī)范為加熱到200-350℃，保溫2-6小時(shí)。可有效的使接頭金相組織得到改善，提高焊接接頭的塑性、韌性，從而改善了焊接接頭的綜合機(jī)械性能。

三、應(yīng)用實(shí)例

對某船廠的船體結(jié)構(gòu)中、厚板T型焊縫依據(jù)上述方案改進(jìn)后，因平焊位置對焊工操作難度較小，加上鋼板預(yù)熱、雙面對稱焊、焊后熱處理等工序，也能更好的減少應(yīng)力的產(chǎn)生，不僅改善了焊接工人的工作條件，還能有效的控制焊接質(zhì)量，對多條船的厚板進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)（包括冬季），結(jié)果均合格。有力的保證了船體結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，也能更大程度的保證船舶的安全航行。

參考文獻(xiàn)：

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[2]TWI國際焊接檢驗(yàn)師教材。

[3]CO2氣體保護(hù)焊技術(shù)（劉云龍主編）。

[4]CO2氣體保護(hù)焊優(yōu)點(diǎn)概述。

[5]船舶焊接質(zhì)量檢驗(yàn)（滿家瑞）。

[6]不可忽視的焊前預(yù)熱與焊后熱處理。