船舶焊接技术的缺陷类型及其处理对策

(海装驻上海地区第五军事代表室，上海 200139)

0 引言

焊接是船舶建造中极其关键的一环，船体焊接占造船总工艺的30%～40%，对船舶整体质量安全产生较大的影响。先进、高效的船舶焊接技术是确保船体强度和密封性能的前提，也是提高船舶建造质量，实现节本增效的关键。在当前船舶建造过程中，船舶焊接技术存在的常见缺陷直接影响焊接质量和船舶建造质量，为此探究船舶船体建造中焊接缺陷的种类及其形成机理，同时提出相应的解决措施，从而将焊接缺陷消除或控制在规定范围内，对于确保船舶主体结构安全和船舶航行安全意义重大。

1 船舶焊接技术的缺陷类型与成因

在船舶建造中，焊接技术配置不合理会导致焊接缺陷的出现，焊接缺陷主要指的是焊接接头缺乏完整性以及焊缝质量与技术要求规定不相符，根据焊缝中缺陷位置的差异，可将焊接缺陷分为外部缺陷（暴露在焊缝外表面且肉眼能够观察到的缺陷）和内部缺陷（焊缝内部存在的缺陷）两大类。本文对船舶焊接技术存在的常见缺陷种类与成因进行归纳与分析。

1.1 船舶焊接外部缺陷

（1）焊缝尺寸、形状与焊缝质量检验标准要求不一致。主要体现在：①焊件坡口角度有误，焊接结构装配间隙不均匀以及焊接电流与工艺要求不符合均会导致焊缝外观尺寸与形状的缺陷[1]。②焊接时运条不合理，摆动大小程度不一会导致焊缝过宽或过窄，而运条过快或过慢会使焊缝余高高低不平。③焊条同母材间的角度在焊接角焊缝工艺中不对，导致角焊缝焊偏向一侧，造成应力分布不均匀，焊接结构强度降低。

（2）咬边和飞溅。咬边是指焊接人员在焊接时因操作不合理、运条速度过快或焊接电流、电压过大，导致焊缝边缘产生凹陷，抑或是在焊接角焊缝时因母材与焊条间的角度有误，电弧长度过长也可造成咬边，咬边在一定程度上降低了焊接接头的强度；飞溅是指焊接时电流过大，加之焊接人员操作不当，导致金属溶液从焊缝熔池中逸出，溅射至焊道外，经冷却后形成密集残渣呈球状。飞溅对目视检查造成严重影响，应及时清除。

（3）焊瘤和弧坑。焊瘤是由于焊工操作手法不娴熟，焊接速度太慢，运条不均匀或焊接电流（电压）过大，金属溶液从熔池中流出，在焊缝表面固化为金属瘤；焊瘤极易导致表面夹渣的形成，严重影响焊缝质量。弧坑是指焊接完毕后因断弧或收弧不合理，焊条（丝）从焊接区域过早脱离，焊缝终端出现凹陷坑。弧坑成因在于焊接电流过大或者焊接骤然中断以致熄弧时间太短；弧坑的产生往往诱发气孔和裂纹，严重降低焊缝结构强度。

1.2 船舶焊接内部缺陷

1.2.1 夹渣和气孔

夹渣是指焊缝内部残留的熔渣，未清理焊缝边缘的熔渣、运条不当、焊接速度过快、焊接电流过小以及焊接材料质量差，熔池中留存药皮等均可导致夹渣的产生。夹渣对焊缝强度及其致密性造成极大的影响且常伴有裂纹形成，致使焊接接头强度降低，因此夹渣是船舶焊缝表面不允许存在的缺陷，焊缝中存在夹渣需及时对该处碳弧气刨后补焊；气孔是指焊接时产生的气体凝固在熔池中未逸出，进而形成空穴。外部气孔可经肉眼查验，而内部气孔则需进行无损检验方可查出。气孔成因包括焊件坡口内残留锈、水、油等杂质，未清洁彻底，焊接时防风不当致使熔池中进入空气，焊接速度过快以致熔池凝固时间过短或者焊条未按要求烘焙等，气孔导致焊缝强度和金属密度下降[2]。

1.2.2 裂纹

裂纹是指在焊接完成后焊缝内外部出现的裂缝，焊接作业中的裂纹有热裂纹（高温裂缝）和冷裂纹之分，前者是以焊缝中心处多发，顺着焊缝长度分布，其成因在于熔池存在低熔点杂质，凝固后低强度的杂质在外界强大应力的作用下被拉开，导致开裂；后者顺着焊缝宽度和长度都有分布，其成因为热循环作用于焊缝，热影响区产生淬硬组织，且大量扩散氢蕴含在焊缝中，拘束应力施压于焊接接头，约束应力拉开焊缝产生裂纹。焊接裂纹是破坏船舶结构的源头，焊接后发现裂纹要及时修补焊缝。

1.2.3 未焊透和未熔合

未焊透指的是焊缝根部在焊接时未完全熔透，未熔合指的是焊件和焊缝层间或和焊缝金属未熔合在一起。二者成因在于焊件装配间隙或坡口角度过小，焊接电流过小以及焊缝边缘生锈、焊条直径过长和运条速度过慢等；未焊透和未熔合的产生导致焊缝局部突变与间断[3]，大幅度降低焊缝强度，严重时会有裂纹出现。

2 船舶焊接缺陷的处理对策

（1）船舶焊接缺陷的修补。焊接缺陷的存在极大程度上威胁船舶的安全航行，一旦发现焊接缺陷隐患要及时纠正和修补，针对焊缝的修补应注意：①严格按照焊接工艺规程实施修补且单个焊缝的焊接长度≧50mm。②缺陷的清除方法可采取碳弧气刨与砂轮打磨，同时为保证缺陷彻底清除，需对焊缝中的缺陷清理后通过无损检测技术实施检测。③手工电弧焊或CO2气体保护焊作为返修焊接方法时，需要合理控制预热及层间温度。④清除小而间断的焊接缺陷可采取打磨的方法，确保缺陷和周围光滑、平稳地过渡，针对较大的焊接缺陷，在实施补焊修补时应先将焊缝中不合格部分清除（注意保护母材）后再进行。

（2）船舶焊接外部缺陷的预防措施。①严格遵循焊接工艺相关规程施工，对焊接结构装配间隙、焊接速度、焊接电流大小以及焊件坡口角度进行合理控制和选用，尤其是注意角焊缝焊接工艺中母材和焊条间的角度、电弧长度，能够有效预防焊缝尺寸不符合要求、咬边与飞溅现象的出现。②提高焊工焊接操作技术的熟练程度，确保运条均匀，对熔池温度和电流强度进行合理控制与选取，防止焊瘤的产生。③避免手工焊收弧时突然中断且焊条以稍作停留为宜，能够有效规避弧坑的形成。

（3）船舶焊接内部缺陷的防控对策。①焊接电流（电压）的选用应依据焊接工艺规程进行合理选择，焊接速度避免过快，清理焊缝边缘残留的熔渣，特别是多层多道焊接工艺中要仔细清理各层焊渣，最大限度防止夹渣的产生。②焊接材料依规保管，严禁使用生锈或变质的焊条，对坡口内的锈迹、油污和水分进行清理，并且控制焊接速度，尤其是焊接薄板时要避免速度过快，从而预防气孔产生。③焊接顺序、方法和工艺参数应符合焊接工艺规程，最大限度减少焊接应力，建造船舶结构所需焊接材料要达标，以及焊后冷却速度放缓，采取适当的缓冷措施均可防止高温裂缝的产生。④严禁使用受潮焊条，尽量选用低氢型焊条，并且使用分段退焊法，最大限度降低焊接时的应力等工艺措施能够预防冷裂纹的产生[4]。⑤按照焊接工艺规程对焊接电流、焊接速度进行合理的选取，确保运条摆动适当，严格清除坡口表面污渍，避免未焊透和未熔合的发生。

3 结语

（1）在当代船舶建造中，焊接技术发挥的作用极为重要，船舶焊接技术的应用发展在降低船舶建造成本，提高船舶建造效率和质量的同时，难免存在一些缺陷问题导致船舶的使用安全性受到影响，总结了船舶焊接技术缺陷种类和形成机理，并提出针对性的防控措施，旨在为相关行业人员提供有益参考和借鉴。

（2）焊接接缝缺陷是诱发船舶断脆事故的关键因素，为确保船舶船体建造中焊接结构质量，强化焊缝无损检测极其重要，随着国内船舶工业的蓬勃发展，焊接检测技术越来越受人们的关注，且诸多研究成果已在生产实践中成功应用。譬如通过模糊聚类法、S-T非线性灰度变法和基于形态学的滤波方法确定焊缝缺陷的位置，基于特征参数、空间对比度与空间方差以及曲线拟合等方法进行焊缝缺陷特征提取，采取神经网络、支持向量机和k-近邻分类器等方法进行焊接缺陷分类识别。当前，有诸多方法应用于焊接缺陷检测，而可达到应用水平的方法有限，有待进一步深入研究。

（3）船舶焊接技术缺陷的检测和识别作为一门复杂综合学科，对其研究、探讨离不开大量人力、物力的投入，而随着先进焊接技术的不断推动，船舶焊接技术势必会创新发展。