散货船船体结构焊前检验控制要点

沈 通， 孙丽娜

(1.中国船级社 江苏分社，江苏 南京 210011； 2.中华人民共和国南京海事局，江苏 南京 210011)

0 引 言

船体结构检验一般侧重于结构完整性及焊后焊缝质量的检查。除了某些高应力区域以外，对于焊前的坡口准备、结构装配等，一般采用巡检的方式进行控制。但是装配、定位、对筋、材料误用错用等缺陷如焊后再发现往往为时已晚，开刀调整可能会损伤母材，增大间隙，更有甚者须局部换板或重新下料。图1所示的3个典型缺陷完全可通过焊前检验杜绝。另一方面，坡口的质量在很大程度上影响焊接质量，虽然通过无损检测的方法可检验焊缝内部缺陷，但仅仅是部分抽检，无法覆盖到所有焊缝。通过焊前检验可将问题在产生初期就及时解决，不留到下一步工序，在控制整船焊接质量的流程中十分必要[1]。

图1 3个典型的对筋和材质误用缺陷

1 构件装配标准

目前焊前检验的依据主要是GB/T 34000-2016(简称国标)[2]、CB/T 4000-2005(简称船标)[3]和IACS REC.47(简称REC.47)[4]，其中对十字接头的错位量、对接接头的间隙和错位量等有明确的规定，并对典型的装配超差提供一些修整方法。下面对上述3个标准进行简单的比较，具体如表1所示。从比较可看出，IACS REC.47涉及的面更广，有些标准考虑到母材板厚的因素，而不是单纯考虑装配间隙的大小，这样对于薄板的错位检验更为合理。2016年新推出的国标吸纳了不少IACS REC.47中的内容，甚至在某些方面要更严于IACS REC.47要求。另外，焊接工艺规程中也有对特定坡口形状以及预制要求的描述，尤其对于铸钢件会有一些特殊的J型、U型等坡口形式，焊接工艺规程应该优先作为检验依据。

表1 3种常用标准对比

续表1 3种常用标准对比

2 焊前检验控制要点

焊缝的焊前检验为焊接提供符合质量要求的焊接坡口，是确保焊接质量的必要措施，主要应关注装配定位精度、坡口质量与间隙控制等方面[5]。

2.1 焊接工艺和坡口质量

在焊前检验前验船师应对船厂的焊接施工工艺有一定的了解。同一道焊缝在不同阶段可能采用不同的焊接工艺，如某散货船货舱舷侧T型材对接焊缝，在中组时是平焊，采用V型坡口，而同样的焊缝在大合龙时是横焊，采用的是单边坡口的形式，2种焊接方式的坡口形式，焊接参数都有所区别。这就需要船厂在工作场张贴与施工相关的焊接工艺简图，如图2所示，否则工人凭主观经验施工可能会造成焊接质量隐患。船厂在合龙阶段较少有张贴相关信息的措施。若对现场坡口参数有疑问，可以让船厂提供相关的焊接工艺简图进行核查。

坡口内部不能有明显的凹槽、锯齿、锈和毛刺，坡口两侧各100 mm范围应予清除并保持清洁和干燥，不能有水、油污、杂物等，如图3所示，特别是深熔焊全焊透区域。

焊接坡口形式应符合焊接工艺和认可图，注意坡口的形式、角度、钝边的大小等参数。对于一些关键部位的坡口形式须熟悉并重点关注，如图4中舷顶列板和甲板边板的深熔焊区域，在检验过程中多次发现没有开坡口的情况。

图2 焊接工艺图

图3 坡口缺陷

图4 深熔焊区域无坡口

肘板与骨材边缘一般应有5～6 mm的距离，如图5所示，若装配时两边缘平齐则肘板须在平齐一侧开坡口，否则无法施焊，该位置也是一个典型的结构节点。由于开刀调整在板材、骨材的角焊缝位置可能会产生间隙较大的情况，发现后应及时开坡口。

图5 肘板开坡口

2.2 材料材质

从分段带来的构件，尤其是一些筋板、肘板等，可能会在合龙口遗漏。另外，有些构件由于开刀调整的原因被割下后没有重新装上，或重新换的构件材质有误。验船师必须从宏观把握，多留心周围的相似结构以及结构连续性。一般合龙焊前报检时施工队也较少带图纸，若遇到有疑问的地方，可翻看相关图纸，验证船体结构与批准图纸的一致性，包括零件编号、钢材、构件规格等。

2.3 间隙超标

由于分段建造精度或者工人随意开刀调整后会造成间隙超标，这是合龙过程中的常见问题。装配的间隙首先应满足船级社认可的焊接工艺要求。关键位置的间隙超标要求船厂进行换板，换板尺寸不小于300 mm。例如，图6中某船槽型舱壁与顶墩、底墩的连接，出现整条合龙缝间隙达到60 mm的情况，考虑到该区域是散货船的高应力区，根据工艺要求采取大面积的换板进行弥补。对于板缝间隙略超过极限，但长度有限的情况，可以不用换板，在贴衬垫堆焊后增加100%的超声波探伤。对于球扁钢或T型材等构件的间隙过大，可以采用“借”的工艺方法，即在离间隙大的位置约300 mm以外的地方将结构断开，再将断开结构向间隙大的位置偏移，达到减小原焊缝间隙的目的。另外，一些肘板在开刀后其趾端尺寸可能达不到要求，也须及时换掉。

图6 装配间隙过大

2.4 对位精度

构件对位的精度关系到力的传递，角焊缝接头错位会导致力传递过程中的应力集中。如图7所示，在错位0.5倍板厚的时候剪切力系数增加了1.2；在错位1倍板厚的时候剪切力系数增加了2.3。同时，有关研究也表明结构错位对接头疲劳强度也有很大的影响[6]。

图7 角焊缝接头错位幅度对剪切力系数的变化

结构装配的施工质量及结构的定位，应满足船标、国标或IACS REC.47 的结构对位、对中要求，对有装配定位线的构件应注意构件理论线的位置。对检验中常见的球扁钢、T型材出现不对筋、错位量小的情况，可采用加焊过度的方法弥补，错位量较大时一般采用根部开刀进行调整；当外板、肋板错位时，一般重新用码板定位两块板的位置。检验中推荐随身带把钢尺，可较直观地看出对位精度的缺陷，如图8所示。

图8 装配对位缺陷

发电机座、舵机基座、绞缆机基座等定位精度可能会对振动、操作产生影响，除检验常规的装配质量、坡口准备以及构件对筋外，还要对其水平度进行检验，一般采用水平尺沿多个方向测量基座的水平程度。

3 焊前关键细节问题

3.1 定位焊

定位焊是为装配和固定构件而进行的一种焊接。在焊前检验中会遇到大量的定位焊，由于后期将在定位焊的表面再进行施焊，定位焊的质量同时关系到整条焊缝的质量，在焊前检验时应留意定位焊的质量。定位焊的数量应尽量减少，且具有足够的长度，一般为30～50 mm，间距为150～200 mm，焊层厚度一般为1/2板厚。定位焊起头和结尾处应圆滑，否则易造成未焊透的情况，并要注意烧焊电流，电流过大会刺伤母材。定位焊的质量应与施焊的焊缝质量相同，其中的缺陷应在施焊前清除干净，表面适当打磨，一些表面存在明显缺陷如气孔、未融合的定位焊须刨掉重烧。对于全焊透的焊缝，建议将定位焊烧在反刨的一侧。对于有预热要求的母材，在定位焊时同样应进行预热。定位焊所用母材与正式焊接一致。

3.2 过焊孔和止漏孔

为了方便施焊和贴衬垫，某些构件须在焊缝、结构交叉或角落位置留下适当的过焊孔。这须验船师站在施工的角度考虑施焊的方便性。当骨材跨过对接焊缝以连续角焊连接时，应要求将交叉点焊缝余高铲平，避免将构件切口。同样，在角接前，骨材腹板上的对接焊缝也应焊完并修平。整修部位应平顺，无缺口或形状突变。对于图9中穿过水密壁的骨材和组成液舱周界的板材须注意是否有开止漏孔，止漏孔邻近处所内的构件须靠近舱壁，并完全焊实。

图9 过焊孔和止漏孔

3.3 码板和引弧、熄弧板

码板和引弧、熄弧板是焊前常用的2种辅助工具。码板用来在焊前固定构件，防止构件在焊接过程中产生变形，一般会设在构件的端部或反面。在曲率变化大的位置，码板也设置得更多。现场检验发现有施工人员随意装卸码板导致损坏母材的情况。另外，烧码板时应使用尽可能小的电流以免大的热输入量割伤母材，如图10所示。

图10 割伤母材

无论是CO2气体保护焊还是手工焊条焊，在引弧、熄弧时都容易产生气孔、夹渣等缺陷， 因此为避免在母材上引弧、熄弧，一般会在对接焊的两端设置引弧、熄弧板，其长度为30～50 mm，材质、板厚、坡口形式应与母材相同。一般车间内自动焊拼板缝的引弧、熄弧施工比较正规，但在中组、合龙时施工队会忽视引弧、熄弧板的设置，随意下料用于引弧、熄弧，忽视板厚、材质等因素，如图11所示。引弧、熄弧板与母材之间有错位的情况是不允许的。另外，焊接完成后要用气割将引弧板割除，且留根2～3 mm，不能割伤母材。

图11 引弧、熄弧板设置缺陷

4 CM节点焊前控制

根据规范要求，对于可能发生高应力或疲劳破坏的关键结构位置，应按批准的结构监控计划实施从设计、建造进行全程监控，确保这些结构关键位置的构造和建造工艺如表2所示。结构监控计划中应标识每个结构关键位置的装配对准精度，焊接坡口形式、间隙，装配对准不合格时的纠正措施[7]。

十字接头对位的偏差极限值为1/3倍较薄板的板厚，且最大不超过5 mm。偏差在一定范围内可增加10%～15%的焊脚尺寸，若偏差再大则要松开至少50a的长度，重新进行装配。在检验过程中，测量节点焊前、焊后对准精度的数据，并将结果记录在表格中。具体在现场焊前检验时通过检验线和样板检查构建对位情况。

检验线法：在结构的一侧做100 mm的检查线，用双面尺或其他工具将检查线投影至结构的另一侧，然后依照计算结果将检验线做出来。

样板法：选用全船最多的对位位置为典型，以1∶1的比例用钢板做出样板，再通过样板与具体肋位之间的差值做成全船的公差表，测量时样板配合公差表一起使用，误差在公差范围内即可。当其装配间隙超差时必须按照结构监控计划的要求进行修正。

表2 散货船典型高应力位置

值得注意的是针对不同节点，确定检验线的方式有所不同，如图12所示。如：B，C，D，E节点两构件是沿一侧对齐，从反面构件边缘偏离100 mm画检验线；F，G节点是中线对中，从反面构件的中心线偏离100 mm画检验线。检验中曾发现过检验线画错的情况，更要杜绝先装配后画检验线的情况。

图12 检验线的不同画法

槽型舱壁与底墩的连接位置(K，J节点)，与顶墩的连接位置(I，H节点)的对位精度关系到横向载荷的传递，此处也是重要的CM节点，注意检验线应画在底墩、顶墩上，测量样板和槽壁之间的间距。现场检验发现有将检验线画在槽型壁上的情况。图 13为槽型壁与底墩、顶墩对筋。

图13 槽型壁与底墩、顶墩对筋

图14中B，C节点T型材端部与顶边舱、底边舱连接的位置会出现间隙大的情况，应按照工艺要求增开坡口。此处焊前检验时要求施工人员用粉笔画出反面结构。除了查看100 mm的检验线外，还可用卷尺测量T型材之间的距离是否与图纸一致。A，E，G，F既是CM节点又是全焊透区域，建议将定位焊烧在需反刨的一侧，这样可有效避免定位焊中的缺陷影响主焊缝。

图14 B，C节点检验

5 铸钢件焊前

对船体结构中的铸锻件，如挂舵臂、艉柱、锚唇等，验船师在焊前应核对上述部件的船用产品证书，并拓下钢印存档。船体结构铸锻件的焊接应确保船厂按照批准的焊接工艺进行。一般铸件的表面以及坡口两侧100 mm应打磨干净、光顺并清除铸件气孔、裂纹、缩孔、毛刺、结疤、包砂等。装配间隙、坡口形式应与批准工艺一致。由于板厚、构件形状和焊接位置的不同，如一个挂舵臂的铸钢件就可能有多种不同的坡口形式，检验时须将加热片掀开观察坡口形状，或让施工人员留下照片。焊前采用加热片紧贴所有坡口两侧200 mm范围的区域，预热至100～150℃，采用点温计测量坡口附近的温度是否达到要求[8]。

6 总 结

(1) 通常焊后检验只能发现少量表面问题， 验船师对船厂的质量监督主要在巡检和焊前检验，在中组、合龙前期须加强巡检，对于敲码板、点状补焊、伤母材等情况要及时制止，避免典型问题后续重复发生。

(2) 验船师可通过提问的方式，考察施工队人员和质检员对各种对位的检查要领和施工工艺是否已经掌握，必要时可安排对船厂质检员进行集中培训。验船师的焊前检验无法面面俱到，还须船厂自身形成良好的管理体系，例如对焊缝的坡口参数留下测量数据或拍照片留下记录等。

(3) 除了本文所述的焊前现场检验要点外，还应关注焊接环境，如：严禁在低温、焊件表面潮湿或暴露于雨雪或大风的环境条件下进行任何焊接工作；焊接材料的储存，如焊材、焊剂的烘干和保温；焊接设备的保养和维护情况。

综上所述，焊前检验涉及的面很广，有很多细节问题须关注，焊前准备的好坏也是考验船厂建造水平的重要依据，只有处理好细节问题，才能为船舶大型化提供有力的技术支撑。本文通过现场检验发现的问题对焊前检验的要点进行系统的总结，并详细阐述一些关键细节，可为船舶制造生产提供规范化的指导，保证船舶的航行安全。

[1] 高云剑. 船舶建造技术水平评价方法研究[J]. 造船技术,2014(5):4-8.

[2] 国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.中国造船质量标准：GB/T 34000-2016[S]. 2016.

[3] 国防科学技术工业委员会.中国造船质量标准：CB/T 4000-2005[S].2005.

[4] 中国船级社.钢质海船入级规范[S].北京：人民交通出版社,2015.

[5] 朱旭志,郭静. 船体结构装配中精度控制的几个措施[J]. 广船科技,2012(3):38-40.

[6] 田斌. 结构建造监控对关键位置控制的要求及实施工艺[J]. 广船科技, 2014, 34(6):44-49.

[7] 李涛. 船体装配关键技术研究[J]. 中国新技术新产品,2016(18):93-94.

[8] 陈元迪. 基于焊接工艺的船舶构件焊接变形分析与控制[J]. 造船技术,2014(3):38-41.