维修过程中船体外板焊缝开裂解析

张国华

摘 要：改革开放至今，已经走过了四十多个春秋，我们国家的发展可以用“日新月异”和“突飞猛进”八个字来形容，尤其是在新形势的大背景之下，越来越多的行业获得了长足的发展， 其中最具代表性的当属船舶运输行业。当船舶在进行运输的过程当中，因为长时间的使用，极易会出现某些问题，例如：船体外板焊缝开裂问题，所以在船舶修造的过程当中，为了确保出现的问题不会对于船舶的正常使用造成极大的影响，就需要对于船体外板焊缝开放的主要原因进行细致的分析和研究，之后制定出与之相对应的解决方法与策略，以此来大幅度的提升船体结构焊缝的总体质量，保证船舶正常的使用和展开相关的运输工作。因此，本篇文章主要对于维修过程当中的船体外板焊缝开展工作进行认真的分析和研究，以做参考。

关键词：维修过程当中;船体外板;焊缝开裂

中图分类号：U672 文献标识码：A

0 引言

当船舶在使用的过程当中，都会由专业的工作人员对于船体的各个部分进行认真的检查，在正常情况之下，对于船体需要进行分阶段的检查以及维修，如果当工作人员在检查的过程当中，发现了焊接方面的问题，就需要对于船体外板以及肋骨、肋板等各方面全部进行检查，尤其是需要对于焊缝问题加大检查的力度，并且查找之所以出现问题的主要原因，确保焊接的总体质量，大幅度的提升焊缝的合格率。基于此，本文下面主要对于维修过程当中船体外板焊缝开裂进行进一步的分析与研究。

1 维修过程当中船体外板焊缝开裂的原因

1.1 案例分析

当船厂在对船体外板分段进行焊接的过程当中，如果发现出现了焊缝开裂等问题，并且其中有一条裂缝，将船体外板的一块板全部的贯穿，长度为300 mm，通过细致的分析和研究之后，发现船体外面所运用的材质为钢板，等级为A级，这种材质的钢材只有在温度零下5℃时，才需要实行焊接前的预热工作。

1.2 焊缝开裂原理分析

专业的工作人员在对船体外板焊缝开裂的主要原因与问题进行细致的分析和研究，发现船体外板所运用的钢材，都具有韧性强、塑性好等特点，而且船体外钢板的碳当量是0.36%，种种的内容与数据都表明，此钢材的焊接性能是极高的。专业的工作人员运用焊缝内部无线探伤检测，发现有大量的焊接缺陷的存在，这样的情况，仅仅是导致船体外板焊缝开裂问题出现的主要原因之一，并不代表着全部。船体外板分段的其他两条外板焊缝并没有根据科学的焊接方法来进行相关的焊接工作，所以呈现出了一个“丁”字型的焊缝，造成焊接接头部分出现了约束应力，这同样也是导致船体为了焊接开裂的另一个原因。通过种种内容可以看出，出现的“丁”字型焊缝是导致船体外板出现裂纹的主要原因之一。在产生焊接应力的基础之上，船体外面运用钢材的韧性都处在了正常的状态当中，焊接裂纹蔓延的长度为230 mm，之后损害就此停止。之所以船体外板发生了焊缝开裂等问题，与专业工作人员在日常的工作当中出现了敷衍、马虎的工作心理与态度，技术操作与处理不到位等问题都有着紧密的联系和关系。

1.3 解决问题的方法与策略

需要由作業的工作人员来进行船体结构的焊接工作，还要将所有的准备工作做到充足而完备，切实做好船体外板较平和焊缝加“马板”的处理，同时还要做好船体外板焊缝表面的清洁工作，保证船体外板不会有任何的脏污出现，而且打磨工作也同样重要，争取将所有的工作做到完美，才能够为后期的焊接工作打下坚实的基础。另外，在正式对于船体结构进行焊接的过程当中，还需要对于焊接的具体情况、焊接的实际要求等各方面内容，进行全面的掌握与了解，对于焊缝当中所有的缺陷问题等各项内容全部的清除与解决。如果发现工作环境当中的风速非常的大，则需要运用高效的方法进行挡风，严格按照船级社规范当中的相关规定，制定出健全、完善的焊接工艺和操作的流程，保证在进行焊接的过程当中，不会出现焊渣分离等问题。但此种方法还有一个小小的缺点，那就是在新、旧船舶船体外板面上，会有许多的附加焊缝出现，对船体外板有着一定影响的作用，并且这种影响是不利的，尤其是当相关工作人员在对船体进行修理的过程当中，常常因为环境的特殊，对于此种方法的运用会产生极大的影响和束缚。

2 案例

某船厂在对船舶外板进行维修更换的过程当中，外板对接焊缝运用的二氧化碳气体保护电弧焊来进行专业焊接工作的，当外板对接焊缝焊接工作完毕之后，而且焊接头出现了裂纹问题，裂纹以垂直的方式在焊道当中，沿着板材的轧制方向向一侧母材慢慢的扩展，长度为200 mm左右，为了找到之所以出现清裂纹的主要原因，经过工作人员将带有焊接裂缝的钢材进行了专业的检测和认真的分析，并运用母材焊接线能量估算、微观组织等等专业的方法，而且对其焊接工艺的条件、母材组织的性能等各方面都进行深入的分析与研[1]。

通过对于相关资料进行认真的分析和查找，发现高强度钢焊接产生裂纹90%都属于冷裂纹范围。在具体操作的过程当中，产生开裂的原因有很多种，需要对于裂纹产生的原因进行细致的分析和研究，之后运用分析与实验的方法，找到钢板焊接当中存在的极有可能导致裂纹的影响因素[2]。

2.1 氢的影响

当工作人员在比较潮湿的环境当中展开焊接的工作，如果工作人员的工作能力良莠不齐的话，在控制的过程当中出现不当问题，就会造成焊缝当中吸入大量的氢，如果并未对于工件的表面进行全面、科学的处理，导致工件表面出现许多的脏污和铁锈，那么也极易会造成接头出现增加氢等问题[3]。当工作人员在实际操作的过程当中，因为电弧的高温作用，氢就被分解成为了两种状态，即原子和离子状态，并且几乎有一大部分的行动溶解在了焊接熔池当中，之后以最快的速度进行冷却，让氢没有这么多的时间进行溢出或者是隐藏在了焊缝金属当中，并慢慢的向着焊接热影响区发展，在应力非常集中或者是需要中等有塑性应变的部位当中，慢慢的汇集，之后产生集中作用，引起扩散氢的集结，这时通过认真的观察之后发现，开裂部分的氢浓度比原始的氢浓度要大很多。通过对于现场所呈现出来的焊接情况和焊接的顺序进行细致的分析和研究，判断构件的刚性是非常强的，并且船体外板焊接前经过了水火弯板专业处理，其中的内部都有着很大的内应力[4]。在具体的操作过程当中，如果运用强行装配的方法，极有可能导致局部应力的集中，就是其中的母材就会有一定的问题出现，在光镜下对于裂纹的外貌进行细致的观察，就会发现裂纹旁边有许多的杂物出现，而且裂纹还多还会有许多的小气孔，气孔最大的直径竟达到了1 mm气孔的出现对于金属的连续性产生了影响，还对于金属的效截面积产生了削弱作用，非常容易导致应力集中问题的出现，帮助裂纹慢慢的增大[5]。

2.2 钢裂纹分析

通过钢裂纹分析表明，裂纹的出现应该源于焊接接头的热影响区域，慢慢的向着母材所扩展，此裂纹应定义为焊接冷裂纹。通过断口分析则表明，断裂具有节理特点，裂纹扩展主要是将穿晶作为了重点，沿晶为辅助。

2.3 宏观与微观

通过站在的微观和宏观的角度来进行观察，发现母材当中有着数量很多的MnS等杂质，而且在钢铁表面当中有着许多椭圆形形状的小气孔，所以母材的固有问题都极有可能会成为裂纹出现的主要原因之一[6]。

2.4 船体外板接头受影响应力偏大

不单单因为船体外板焊接接头的受约束性非常的大，而且在潮湿的环境当中展开相关的焊接工作，无论是焊缝还是热影响区域当中都极有可能会增加氢倾向，所以这些内容都是引发裂纹出现的主要原因之一。对于母材化学成分和力学性能再次检验则表明，锰元素的含量越低的话，就会造成锰元素的强化作用减弱，同样也是导致强度值下降的主要因素之一[7]。

3 结论

通过认真的分析和研究，可以得出以下的结论，其一：在对船板进行焊接的过程当中，如果出现焊接裂缝问题，可以将冷裂纹的可能性全面的排除，但是不能将热裂纹的可能性排除。其二：为了确定是否出现了焊接热裂纹，需要对于焊缝的质量等各方面加强关注与重视。并且进行焊缝金属化学成分的专业检测。其三：在船体外板焊接的过程当中，焊接残余应力非常大，再加上焊缝背面开槽，会引发焊缝金属的有效承载面积下降等问题。其四：通过对于焊缝开裂的主要原因进行细致的分析和研究，提出了分段式的焊接工艺，并将开槽过程当中焊缝金属承受的荷载问题妥善的解决[8]。

综上所述，通过对于船体维修过程当中外板焊缝开裂情况进行细致的分析和研究，之后站在了焊接工艺、断裂特点等角度，对于船体外板产生裂纹的主要原因进行了细致的分析和研究，发现母材当中的杂物聚集、氢的影响等各方面都极易会导致船体外板出现裂纹问题。

参考文献：

[1]史礼涓.园林工程反季节种植与养护管理的必要性與策略[J].农业与技术，2021（12）：129-131.

[2]王晓刚，甘伯惠，孙海云.船体曲型分段外板板架吊装工艺优化[J].船海工程，2021（2）：17-20.

[3]叶旭，赵文斌，华康，等.总纵强度直接计算方法在滚装船上层建筑设计中的应用[J].船舶与海洋工程，2021

（2）：30-34.

[4]刘晓健.船体结构设计规范中的板厚公式研究[J].船舶物资与市场，2021（1）：33-34.

[5]董成彦.风景园林施工的质量控制和技术优化[J].绿色环保建材，2021（1）：187-188.

[6]胡勇，马晓禄.基于外板展开的船体表面矩形块布置算法[J].哈尔滨工程大学学报，2021（1）：126-131.

[7]董梁，何祖军，齐亮，等.基于AFSA-SVM的船体外板变形预测[J].软件导刊，2020（10）：129-132.

[8]温鲁，李亚伟，杜志鹏，等.水下爆炸下船体结构变形分布及传递特性[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2020（3）：570-575.