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摘 要：本文对船舶建造中, 船体结构焊接所存在的焊缝缺陷进行汇总,分析了这些缺陷的成因, 并提出了防范和纠正措施。
关键词：焊接; 缺陷; 焊缝; 质量; 措施
中图分类号：F407.474 文献标识码：A 文章编号：
为了做到安全第一, 质量第一, 保证船舶、海上设施和船运货物集装箱具备安全航行、安全作业的技术条件, 保障人民生命财产的安全, 就要从源头抓起, 严防低质量船舶进入航运市场, 其中最为关键的是提高船舶建造质量。我们对船体建造中所出现的各种焊缝缺陷进行汇总, 从理论上分析了这些缺陷的前因后果, 并提出一些处理及防范的措施。
一、船体结构常见的焊接缺陷及成因分析
(一) 焊接变形的控制
焊件在施焊中发生的变形，称为焊接变形。焊接变形直接影响焊件的性能和使用，因此需要采用不同的焊接工艺来控制和预防焊件的变形，并对产生焊接变形的构件进行矫正。每一艘船舶在建造过程中, 船体都会发生变形, 船体变形实际上就是焊接变形。在船体结构焊接中, 如果不按程序进行施焊, 或者施焊过程不规范等, 均会造成船体严重的变形。因此, 船体变形也可认为是一种焊接缺陷。
(二) 未熔合
母材金属与焊缝金属之间或多层焊缝金属之间的界面上没有完熔合称为未熔合。未熔合的出现有两种可能, 一种可能是由于母材金属或进行多层焊接时, 先焊层金属温度没能升高到熔点, 或层间有氧化物和夹杂物, 由于它们熔点较高,未能及时除去而分布在熔化金属的表面上,造成两层焊面的未熔合；另一种可能就是焊接电流过小, 或输入的线能量不足以将周围的金属全部熔化, 而是仅部份熔化, 待冷却后焊缝内部形成了一层界面, 界面的一边是熔合的, 另一边是非熔合的。
(三) 未焊透
母材金属之间按规定应该熔合而未焊上的部份, 叫做未焊透, 一般用熔深表示未焊透及熔合的程度。在检验中, 我们发现未焊透主要发生在一些重要的构件以及厚板的焊缝上。
(四) 焊缝裂纹
焊缝裂纹在船体结构焊接中也是一种常见的现象, 焊缝裂纹是最危险的焊接缺陷。焊缝裂纹可分为“热裂纹”和“冷裂纹”, 热裂纹就是在焊接过程中, 单位长度输入的线能量过大, 扩大了焊缝的热影响区, 母材和焊缝金属材料性能发生变化, 在应力作用下金属发生局部断裂；冷裂纹就是由于附近区域施工,这样在一定的范围内必然产生很大的内应力, 因此焊缝出现开裂。
(五) 夹渣
焊缝金属冷却凝固速度很快,来不及浮出表面而分散残留于焊缝金属中或焊缝金属与母材金属间的熔渣、氧化物、非金属夹杂物和其它物质, 统称为夹渣。夹渣是手工电弧焊、埋弧自动焊和电渣焊时很容易产生的一种缺陷。焊接时操作不良,焊接工艺条件选择不当, 例如电流大小不合适,熔池搅动不足,焊条药皮成块脱落, 产生过多难熔的脱氧产物,以及多层焊时层间的清渣不够, 电渣焊时焊接条件突然改变, 母材熔深突然减小, 在母材凹入处的熔渣来不及浮出等, 都会造成夹渣。焊缝中如果夹渣超过一定的限度, 则必须将原焊缝刨开, 重新施焊。
(六) 气孔
焊接时, 由于冶金反应或其它原因, 使原来熔解在金属或熔池中的气体因熔解度下降生成气泡, 在金属冷却时来不及逸出而残留下来, 就会在金属中形成孔穴。由于气体能扩散到焊缝各处, 它可以被分隔在很小范围内, 呈尖形的针状气孔, 也可以集中于焊缝某处, 形成密集气孔。气孔的产生常常由于操作不当或焊接条件不适, 如熔池过热或骤冷, 焊接冶金反应中析出过多气体等。在焊缝检验查时, 如发现气孔的直径和数量超过允许的范围, 应及时进行补焊。
(七) 咬边
焊接时, 靠近焊缝金属的母材边缘已熔化, 但未被熔化金属完全填充和覆盖, 在焊缝金属完全冷却之后, 将会在焊缝金属与母材的交界处, 出现低于母材表面的凹槽。这种缺陷称为咬边。咬边的出现, 说明焊接条件不合适或操作不当,例如焊接电流过大, 电弧对熔池金属的推力太强使弧坑过深, 或焊接速度太快以致没有足够的液态金属来填满弧坑两侧, 也可能由于电弧电压过高, 电极倾斜角度不正确, 都会造成咬边。在立焊、横焊和角焊时, 焊条角度不正确也很容易出现咬边。如图下。
(八) 烧穿
进行熔化焊时电流过大, 焊速过低, 间隙太宽, 垫板衬托力不足等, 会出现熔化金属从坡口背面的外流, 这种现象叫做烧穿。为了防止出现焊接“烧穿”的现象, 主要是在施焊过程中, 选择合适的焊接电流和注意控制焊速就行了。
三、减少和预防焊接缺陷的一些措施和要求
(一)当采用手工电弧焊接时，下列结构的焊接必须选用低氢型焊条焊接。
船体总组立时的环形对接缝和纵桁对接；具有冰区加强级的船舶，船体外板端接缝和边接缝；主、辅机座、桅杆、吊货杆、拖钩架、系缆桩等承受强大载荷的舾装件及其所有承受高拉力的零部件；要求具有较大刚度的构件。如首框架、尾框架、以及其与外板和船體骨架的接缝。
(二)在中、大及总组立的焊接中，下列结构不允许采用立向下行焊
船体中所有板材的立对接拼缝；具有冰区加强级的船舶，冰刀区域内的所有立对接拼缝和所相关联的立角焊缝；受强大载荷或具有较大刚度的构件立角焊缝。如：主、辅机座，吊货杆等；位于0.5L区域内属于横向构件连续，纵向构件不连续的部位角焊。
(三)焊接材料的焙烘、保管及使用
一般焊接材料的焙烘、保管及使用，按G16-SWS004《焊接材料保管要求》执行。特殊焊接材料的焙烘、保管及使用，应编制专用工艺文件。
(四)人员
1凡是参与焊接工作的焊工必须持有船级社颁发的考试合格证上岗，并只能从事与其考试相应等级范围内的焊缝焊接。
2各种高效焊接方法焊接的焊工（CO2气体保护焊，衬垫单面焊等）都必须经过短期培训，并取得合格证书后，方能从事该焊接方法工作
3当验船师或船东驻厂代表要求查阅焊工合格证时，均应出示证件。
(五)工艺要求
1焊接坡口型式及加工尺寸应按G16-SWSH001《焊接坡口型式》规定进行。安装精度应符合Q/SWS 60-001.2-2001《船舶建造质量标准 建造精度》要求。
2焊前，焊工必须对焊接坡口及坡口两侧各宽20mm范围内，角焊缝在焊接宽度方向两侧各宽20mm内，清除氧化物，水份，油污等。
3当焊缝清理后未能及时焊接并因气候或其他原因影响而积水，受潮、生锈时，在焊接前应重新清理。
4定位焊所用焊材应与正常焊接所用焊材相一致，定位焊中不允许有裂纹、气孔、夹渣存在、当定位焊中有焊接缺陷存在时，在施焊前，必须予以剔除重新定位焊接。一般强度钢的定位焊长度为30mm以上；高强度钢的定位焊长度不小于50mm。
5施焊规范和要求，应严格按工艺规范要求执行。
6当焊接采用多道或多层焊时，焊工在每一焊道焊后须清除焊渣与飞溅，每焊道的接头应相互错开至少（30~50）mm。
7当焊接环境温度低于-5℃施焊一般强度钢的船体结构（船体外板和甲板等）和环境温度低于0℃施焊高强度钢时，均需进行预热，预热温度一般大于80℃左右。对有特殊要求的钢种或大厚板（t≥50mm）的构件，焊接时应编制焊接专用工艺，并严格按要求执行。
8当采用自动埋弧焊焊接时，焊缝起始端与末端（自由端）必须安装引、熄弧板。其大小尺寸为（150×150）mm，厚度与焊件相同。当采用单面焊时，引、熄弧板应按特殊要求选用。
9在拼板上安装构件时，由于拼板焊缝余高的存在而影响构件与拼板的安装紧密，在构件安装前，应对构件与板缝交接处的板缝余高批平长度应不少于构架板厚；随后安装构件，或将跨过对接焊缝的构件腹板边缘开通焊孔，以使构件与板材安装紧密，保证焊接质量。当该处采用单面角焊或间断焊时，则在构件与板缝的交接处采用双面焊接，焊缝长度大于75mm。
(六)工艺过程
1船体焊接顺序的原则
1.1应考虑起始焊接时，不能对其他焊接形成强大的刚性约束。
1.2每条焊缝焊接时，尽量保持其一端能自由收缩。
1.3当采用手工焊接，焊缝长度＞2000mm时，应采用分中逐步退焊法焊接。
1.4分段构架焊接，焊工应成双数由中间向四周分散焊接。
1.5焊接顺序举例
长方形或圆形工艺孔封板焊接顺序,见图1。
拼板焊接顺序,见图2。
总段环缝焊接顺序,见图3。
分段焊接顺序，见图4。
先焊外板与外板之间的拼板焊缝，然后焊构架之间的对接焊缝，再焊构架与构架间的角焊缝，最后焊构架与外板之间的角焊缝。
四、结语
对于船体结构常见缺陷，必须做出科学的、正确的判断, 并切实做到防范措施，这样才能确保船舶安全。
参考文献：
[1] 焊接结构强度和断裂[Z].机械工业出版社,1986.
[2] 船舶建造质量检验[Z].哈尔滨工程大学出版社,1996.
关键词：焊接; 缺陷; 焊缝; 质量; 措施
中图分类号：F407.474 文献标识码：A 文章编号：
为了做到安全第一, 质量第一, 保证船舶、海上设施和船运货物集装箱具备安全航行、安全作业的技术条件, 保障人民生命财产的安全, 就要从源头抓起, 严防低质量船舶进入航运市场, 其中最为关键的是提高船舶建造质量。我们对船体建造中所出现的各种焊缝缺陷进行汇总, 从理论上分析了这些缺陷的前因后果, 并提出一些处理及防范的措施。
一、船体结构常见的焊接缺陷及成因分析
(一) 焊接变形的控制
焊件在施焊中发生的变形，称为焊接变形。焊接变形直接影响焊件的性能和使用，因此需要采用不同的焊接工艺来控制和预防焊件的变形，并对产生焊接变形的构件进行矫正。每一艘船舶在建造过程中, 船体都会发生变形, 船体变形实际上就是焊接变形。在船体结构焊接中, 如果不按程序进行施焊, 或者施焊过程不规范等, 均会造成船体严重的变形。因此, 船体变形也可认为是一种焊接缺陷。
(二) 未熔合
母材金属与焊缝金属之间或多层焊缝金属之间的界面上没有完熔合称为未熔合。未熔合的出现有两种可能, 一种可能是由于母材金属或进行多层焊接时, 先焊层金属温度没能升高到熔点, 或层间有氧化物和夹杂物, 由于它们熔点较高,未能及时除去而分布在熔化金属的表面上,造成两层焊面的未熔合；另一种可能就是焊接电流过小, 或输入的线能量不足以将周围的金属全部熔化, 而是仅部份熔化, 待冷却后焊缝内部形成了一层界面, 界面的一边是熔合的, 另一边是非熔合的。
(三) 未焊透
母材金属之间按规定应该熔合而未焊上的部份, 叫做未焊透, 一般用熔深表示未焊透及熔合的程度。在检验中, 我们发现未焊透主要发生在一些重要的构件以及厚板的焊缝上。
(四) 焊缝裂纹
焊缝裂纹在船体结构焊接中也是一种常见的现象, 焊缝裂纹是最危险的焊接缺陷。焊缝裂纹可分为“热裂纹”和“冷裂纹”, 热裂纹就是在焊接过程中, 单位长度输入的线能量过大, 扩大了焊缝的热影响区, 母材和焊缝金属材料性能发生变化, 在应力作用下金属发生局部断裂；冷裂纹就是由于附近区域施工,这样在一定的范围内必然产生很大的内应力, 因此焊缝出现开裂。
(五) 夹渣
焊缝金属冷却凝固速度很快,来不及浮出表面而分散残留于焊缝金属中或焊缝金属与母材金属间的熔渣、氧化物、非金属夹杂物和其它物质, 统称为夹渣。夹渣是手工电弧焊、埋弧自动焊和电渣焊时很容易产生的一种缺陷。焊接时操作不良,焊接工艺条件选择不当, 例如电流大小不合适,熔池搅动不足,焊条药皮成块脱落, 产生过多难熔的脱氧产物,以及多层焊时层间的清渣不够, 电渣焊时焊接条件突然改变, 母材熔深突然减小, 在母材凹入处的熔渣来不及浮出等, 都会造成夹渣。焊缝中如果夹渣超过一定的限度, 则必须将原焊缝刨开, 重新施焊。
(六) 气孔
焊接时, 由于冶金反应或其它原因, 使原来熔解在金属或熔池中的气体因熔解度下降生成气泡, 在金属冷却时来不及逸出而残留下来, 就会在金属中形成孔穴。由于气体能扩散到焊缝各处, 它可以被分隔在很小范围内, 呈尖形的针状气孔, 也可以集中于焊缝某处, 形成密集气孔。气孔的产生常常由于操作不当或焊接条件不适, 如熔池过热或骤冷, 焊接冶金反应中析出过多气体等。在焊缝检验查时, 如发现气孔的直径和数量超过允许的范围, 应及时进行补焊。
(七) 咬边
焊接时, 靠近焊缝金属的母材边缘已熔化, 但未被熔化金属完全填充和覆盖, 在焊缝金属完全冷却之后, 将会在焊缝金属与母材的交界处, 出现低于母材表面的凹槽。这种缺陷称为咬边。咬边的出现, 说明焊接条件不合适或操作不当,例如焊接电流过大, 电弧对熔池金属的推力太强使弧坑过深, 或焊接速度太快以致没有足够的液态金属来填满弧坑两侧, 也可能由于电弧电压过高, 电极倾斜角度不正确, 都会造成咬边。在立焊、横焊和角焊时, 焊条角度不正确也很容易出现咬边。如图下。
(八) 烧穿
进行熔化焊时电流过大, 焊速过低, 间隙太宽, 垫板衬托力不足等, 会出现熔化金属从坡口背面的外流, 这种现象叫做烧穿。为了防止出现焊接“烧穿”的现象, 主要是在施焊过程中, 选择合适的焊接电流和注意控制焊速就行了。
三、减少和预防焊接缺陷的一些措施和要求
(一)当采用手工电弧焊接时，下列结构的焊接必须选用低氢型焊条焊接。
船体总组立时的环形对接缝和纵桁对接；具有冰区加强级的船舶，船体外板端接缝和边接缝；主、辅机座、桅杆、吊货杆、拖钩架、系缆桩等承受强大载荷的舾装件及其所有承受高拉力的零部件；要求具有较大刚度的构件。如首框架、尾框架、以及其与外板和船體骨架的接缝。
(二)在中、大及总组立的焊接中，下列结构不允许采用立向下行焊
船体中所有板材的立对接拼缝；具有冰区加强级的船舶，冰刀区域内的所有立对接拼缝和所相关联的立角焊缝；受强大载荷或具有较大刚度的构件立角焊缝。如：主、辅机座，吊货杆等；位于0.5L区域内属于横向构件连续，纵向构件不连续的部位角焊。
(三)焊接材料的焙烘、保管及使用
一般焊接材料的焙烘、保管及使用，按G16-SWS004《焊接材料保管要求》执行。特殊焊接材料的焙烘、保管及使用，应编制专用工艺文件。
(四)人员
1凡是参与焊接工作的焊工必须持有船级社颁发的考试合格证上岗，并只能从事与其考试相应等级范围内的焊缝焊接。
2各种高效焊接方法焊接的焊工（CO2气体保护焊，衬垫单面焊等）都必须经过短期培训，并取得合格证书后，方能从事该焊接方法工作
3当验船师或船东驻厂代表要求查阅焊工合格证时，均应出示证件。
(五)工艺要求
1焊接坡口型式及加工尺寸应按G16-SWSH001《焊接坡口型式》规定进行。安装精度应符合Q/SWS 60-001.2-2001《船舶建造质量标准 建造精度》要求。
2焊前，焊工必须对焊接坡口及坡口两侧各宽20mm范围内，角焊缝在焊接宽度方向两侧各宽20mm内，清除氧化物，水份，油污等。
3当焊缝清理后未能及时焊接并因气候或其他原因影响而积水，受潮、生锈时，在焊接前应重新清理。
4定位焊所用焊材应与正常焊接所用焊材相一致，定位焊中不允许有裂纹、气孔、夹渣存在、当定位焊中有焊接缺陷存在时，在施焊前，必须予以剔除重新定位焊接。一般强度钢的定位焊长度为30mm以上；高强度钢的定位焊长度不小于50mm。
5施焊规范和要求，应严格按工艺规范要求执行。
6当焊接采用多道或多层焊时，焊工在每一焊道焊后须清除焊渣与飞溅，每焊道的接头应相互错开至少（30~50）mm。
7当焊接环境温度低于-5℃施焊一般强度钢的船体结构（船体外板和甲板等）和环境温度低于0℃施焊高强度钢时，均需进行预热，预热温度一般大于80℃左右。对有特殊要求的钢种或大厚板（t≥50mm）的构件，焊接时应编制焊接专用工艺，并严格按要求执行。
8当采用自动埋弧焊焊接时，焊缝起始端与末端（自由端）必须安装引、熄弧板。其大小尺寸为（150×150）mm，厚度与焊件相同。当采用单面焊时，引、熄弧板应按特殊要求选用。
9在拼板上安装构件时，由于拼板焊缝余高的存在而影响构件与拼板的安装紧密，在构件安装前，应对构件与板缝交接处的板缝余高批平长度应不少于构架板厚；随后安装构件，或将跨过对接焊缝的构件腹板边缘开通焊孔，以使构件与板材安装紧密，保证焊接质量。当该处采用单面角焊或间断焊时，则在构件与板缝的交接处采用双面焊接，焊缝长度大于75mm。
(六)工艺过程
1船体焊接顺序的原则
1.1应考虑起始焊接时，不能对其他焊接形成强大的刚性约束。
1.2每条焊缝焊接时，尽量保持其一端能自由收缩。
1.3当采用手工焊接，焊缝长度＞2000mm时，应采用分中逐步退焊法焊接。
1.4分段构架焊接，焊工应成双数由中间向四周分散焊接。
1.5焊接顺序举例
长方形或圆形工艺孔封板焊接顺序,见图1。
拼板焊接顺序,见图2。
总段环缝焊接顺序,见图3。
分段焊接顺序，见图4。
先焊外板与外板之间的拼板焊缝，然后焊构架之间的对接焊缝，再焊构架与构架间的角焊缝，最后焊构架与外板之间的角焊缝。
四、结语
对于船体结构常见缺陷，必须做出科学的、正确的判断, 并切实做到防范措施，这样才能确保船舶安全。
参考文献：
[1] 焊接结构强度和断裂[Z].机械工业出版社,1986.
[2] 船舶建造质量检验[Z].哈尔滨工程大学出版社,1996.