船舶焊接缺陷分析論文

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摘要：船舶焊接是保證船舶密性和強度的關鍵。本文詳細介紹了船舶焊接中幾種常見的缺陷原因并提出防止措施。

關鍵詞：船舶焊接缺陷防止措施

船舶焊接是保證船舶密性和強度的關鍵，是保證船舶質量的關鍵，是保證船舶安全航行和作業的重要條件。如果焊接存在著缺陷，就有可能造成結構斷裂、滲漏，甚至引起船舶沉沒。據對船舶脆斷事故調查表明，40%脆斷事故是從焊縫缺陷處開始的。在鄉鎮船舶造船中，船舶的焊接質量問題尤為突出。在對船舶進行檢驗的過程中，對焊縫的檢驗尤為重要。因此，應及早發現缺陷，把焊接缺陷限制在一定范圍內，以確保航行安全。

船舶焊接缺陷種類很多，按其位置不同，可分為外部缺陷和內部缺陷。常見缺陷有氣孔、夾渣、焊接裂紋、未焊透、未熔合、焊縫外形尺寸和形狀不符合要求、咬邊、焊瘤、弧坑等。

一、氣孔

氣孔是指在焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而形成的空穴。產生氣孔的主要原因有：坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡；焊條或焊劑未按規定進行焙烘，焊芯銹蝕或藥皮變質、剝落等。此外，低氫型焊條焊接時，電弧過長，焊接速度過快；埋弧自動焊電壓過高等，都易在焊接過程中產生氣孔。由于氣孔的存在，使焊縫的有效截面減小，過大的氣孔會降低焊縫的強度，破壞焊縫金屬的致密性。預防產生氣孔的辦法是：選擇合適的焊接電流和焊接速度，認真清理坡口邊緣水份、油污和銹跡。嚴格按規定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用變質焊條，當發現焊條藥皮變質、剝落或焊芯銹蝕時，應嚴格控制使用范圍。埋弧焊時，應選用合適的焊接工藝參數，特別是薄板自動焊，焊接速度應盡可能小些。

二、夾渣

夾渣就是殘留在焊縫中的熔渣。夾渣也會降低焊縫的強度和致密性。產生夾渣的原因主要是焊縫邊緣有氧割或碳弧氣刨殘留的熔渣；坡口角度或焊接電流太小，或焊接速度過快。在使用酸性焊條時，由于電流太小或運條不當形成“糊渣”；使用堿性焊條時，由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣。進行埋弧焊封底時，焊絲偏離焊縫中心，也易形成夾渣。防止產生夾渣的措施是：正確選取坡口尺寸，認真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運條擺動要適當。多層焊時，應仔細觀察坡口兩側熔化情況，每一焊層都要認真清理焊渣。封底焊渣應徹底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。

三、咬邊

焊縫邊緣留下的凹陷，稱為咬邊。產生咬邊的原因是由于焊接電流過大、運條速度快、電弧拉得太長或焊條角度不當等。埋弧焊的焊接速度過快或焊機軌道不平等原因，都會造成焊件被熔化去一定深度，而填充金屬又未能及時填滿而造成咬邊。咬邊減小了母材接頭的工作截面，從而在咬邊處造成應力集中，故在重要的結構或受動載荷結構中，一般是不允許咬邊存在的，或到咬邊深度有所限制。防止產生咬邊的辦法是：選擇合適的焊接電流和運條手法，隨時注意控制焊條角度和電弧長度；埋弧焊工藝參數要合適，特別要注意焊接速度不宜過高，焊機軌道要平整。

四、未焊透、未熔合

焊接時，接頭根部未完全熔透的現象，稱為未焊透；在焊件與焊縫金屬或焊縫層間有局部未熔透現象，稱為未熔合。未焊透或未熔合是一種比較嚴重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊縫會出現間斷或突變，焊縫強度大大降低，甚至引起裂紋。因此，在船體的重要結構部分均不允許存在未焊透、未熔合的情況。未焊透和未熔合的產生原因是焊件裝配間隙或坡口角度太小、鈍邊太厚、焊條直徑太大、電流過小、速度太快及電弧過長等。焊件坡口表面氧化膜、油污等沒有清除干凈，或在焊接時該處流入熔渣妨礙了金屬之間的熔合或運條手法不當，電弧偏在坡口一邊等原因，都會造成邊緣不熔合。防止未焊透或未熔合的方法是正確選取坡口尺寸，合理選用焊接電流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干凈；封底焊清根要徹底，運條擺動要適當，密切注意坡口兩側的熔合情況。

五、焊接裂紋

焊接裂紋是一種非常嚴重的缺陷。結構的破壞多從裂紋處開始，在焊接過程中要采取一切必要的措施防止出現裂紋，在焊接后要采用各種方法檢查有無裂紋。一經發現裂紋，應徹底清除，然后給予修補。

焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋。焊縫金屬由液態到固態的結晶過程中產生的裂紋稱為熱裂紋，其特征是焊后立即可見，且多發生在焊縫中心，沿焊縫長度方向分布。熱裂紋的裂口多數貫穿表面，呈現氧化色彩，裂紋末端略呈圓形。產生熱裂紋的原因是焊接熔池中存有低熔點雜質(如FeS等)。由于這些雜質熔點低，結晶凝固最晚，凝固后的塑性和強度又極低。因此，在外界結構拘束應力足夠大和焊縫金屬的凝固收縮作用下，熔池中這些低熔點雜質在凝固過程中被拉開，或在凝固后不久被拉開，造成晶間開裂。焊件及焊條內含硫、銅等雜質多時，也易產生熱裂紋。防止產生熱裂紋的措施是：一要嚴格控制焊接工藝參數，減慢冷卻速度，適當提高焊縫形狀系數，盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產生裂紋；二是認真執行工藝規程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應力。

焊縫金屬在冷卻過程或冷卻以后，在母材或母材與焊縫交界的熔合線上產生的裂紋稱為冷裂紋。這類裂紋有可能在焊后立即出現，也有可能在焊后幾小時、幾天甚至更長時間才出現。冷裂紋產生的主要原因為：1)在焊接熱循環的作用下，熱影響區生成了淬硬組織；2)焊縫中存在有過量的擴散氫，且具有濃集的條件；3)接頭承受有較大的拘束應力。防止產生冷裂紋的措施有：1)選用低氫型焊條，減少焊縫中擴散氫的含量；2)嚴格遵守焊接材料(焊條、焊劑)的保管、烘焙、使用制度，謹防受潮；3)仔細清理坡口邊緣的油污、水份和銹跡，減少氫的來源；4)根據材料等級、碳當量、構件厚度、施焊環境等，選擇合理的焊接工藝參數和線能量，如焊前預熱、焊后緩冷，采取多層多道焊接，控制一定的層間溫度等；5)緊急后熱處理，以去氫、消除內應力和淬硬組織回火，改善接頭韌性；6)采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以減少焊接應力。

六、其他缺陷

焊接中還常見到一些焊瘤、弧坑及焊縫外形尺寸和形狀上的缺陷。產生焊瘤的主要原因是運條不均，造成熔池溫度過高，液態金屬凝固緩慢下墜，因而在焊縫表面形成金屬瘤。立、仰焊時，采用過大的焊接電流和弧長，也有可能出現焊瘤。產生弧坑的原因是熄弧時間過短，或焊接突然中斷，或焊接薄板時電流過大等。焊縫表面存在焊瘤影響美觀，并易造成表面夾渣；弧坑常伴有裂紋和氣孔，嚴重削弱焊接強度。防止產生焊瘤的主要措施嚴格控制熔池溫度，立、仰焊時，焊接電流應比平焊小10-15%，使用堿性焊條時，應采用短弧焊接，保持均勻運條。防止產生弧坑的主要措施是在手工焊收弧時，焊條應作短時間停留或作幾次環形運條。

有些缺陷的存在對船舶安全航行是非常危險的，因此一旦發現缺陷要及時進行修正。對于氣孔的修正，特別是對于內部氣孔，確認部位后，應用風鏟或碳弧氣刨清除全部氣孔缺陷，并使其形成相應坡口，然后再進行焊補；對于夾渣、未焊透、未熔合的缺陷，也是要先用同樣的方法清除缺陷，然后按規定進行焊補。對于裂紋，應先仔細檢查裂紋的始、末端和裂紋的深度，然后再清除缺陷。用風鏟消除裂紋缺陷時，應先在裂紋兩端鉆止裂孔，防止裂紋延長。鉆孔時采用8～12mm鉆頭，深度應大于裂紋深度2～3mm。用碳弧氣刨消除裂紋時，應先從裂紋兩端進行刨削，直至裂紋消除，然后進行整段裂紋的刨除。無論采用何種方法消除裂紋缺陷，都應使其形成相應坡口，按規定進行焊補。

對焊縫缺陷進行修正時應注意：1)缺陷補焊時，宜采用小電流、不擺動、多層多道焊，禁止用過大的電流補焊；2)對剛性大的結構進行補焊時，除第一層和最后一層焊道外，均可在焊后熱狀態下進行錘擊。每層焊道的起弧和收弧應盡量錯開；3)對要求預熱的材質，對工作環境氣溫低于0℃時，應采取相應的預熱措施；4)對要求進行熱處理的焊件，應在熱處理前進行缺陷修正；5)對D級、E級鋼和高強度結構鋼焊縫缺陷，用手工電弧焊焊補時，應采用控制線能量施焊法。每一缺陷應一次焊補完成，不允許中途停頓。預熱溫度和層間溫度，均應保持在60℃以上。6)焊縫缺陷的消除的焊補，不允許在帶壓和背水情況下進行；7)修正過的焊縫，應按原焊縫的探傷要求重新檢查，若再次發現超過允許限值的缺陷，應重新修正，直至合格。焊補次數不得超過規定的返修次數。