常见船舶焊接技术的缺陷

1、常见船舶焊接技术的缺陷、检验及其对策摘 要：对船舶焊接中气孔、夹渣、咬边、未焊透、裂纹、焊瘤等常见缺陷的特征现象进行描述，从焊接材料、焊接工艺等方面对其成因机理进行分析，在此基础上针对每种常见焊接缺陷的预防提出相应具体措施。关键词 船舶焊接缺陷 焊缝质量检测 前言船舶焊接技术在船舶修造中占有重要地位，是一项技术性、专业性很强的系统工程。先进的造船、高效的焊接技术，可以提高船舶的建造效率，降低船舶建造成本， 同时, 也是企业提高经济效益的有效途径。作为船舶工业的关键工艺 船舶焊接技术日新月异，先进焊接与切割设备层出不穷，船舶制造业焊接技术的迅速提升, 已成为推动我们造船总量快速增长的助推器。焊接

2、是保证船舶的整体密性和强度的关键，是保证船舶质量的关键，是保证船舶安全航行和作业的重要条件。如果焊接存在着缺陷，就有可能造成结构断裂、渗漏，甚至会引起船舶的沉没。根据对船舶脆断事故的调查表明，40%脆断事故是从焊缝缺陷处开始的。在中国的乡镇船舶建造中，船舶的焊接质量问题尤为突出。在对船舶进行检验的过程中，对焊缝的检验尤为重要。因此，应及早发现缺陷，把焊接缺陷限制在一定范围内，以确保船舶的航行安全。据统计，船体焊接工时占船体建造总工时的30%40%，焊接成本占船体建造总成本的30%50%。焊接中接头金属不连续、不致密或连接不良等现象，称之为焊接缺陷，容易造成船舶渗漏、断裂，甚至引发重大安全事故。

3、因此，正确识别常见船舶焊接缺陷的特征与形成机理，及时发现并采取相应防范措施，对船舶修造、营运意义重大。船舶焊接缺陷的种类很多，常见的焊接缺陷有由于化学冶金、凝固或固态相变过程中的产物造成的，如夹渣、气孔、裂纹等；有焊接过程中操作不当或者焊接参数不正确而造成的，如焊缝尺寸不足和外形缺陷、咬边、未焊透等。每种焊接缺陷的成因机理不同，特征不同，需要根据不同的缺陷采取相应的防范措施。二、焊接缺陷及成因气孔气孔就是焊接时熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来形成的空穴。形成气孔的气体主要分为两类：一是高温时溶于液体金属，凝固时溶解度突然下降的气体，如H2、N2等；二是熔池中化学冶金反应中形成而又不溶解于

4、液体金属的气体，如CO、H2O 等。两种气体的来源和化学性质都不同，所以气泡的形成条件与气孔分布的特征也不一样。焊接时产生气孔的主要原因有这样几个方面：焊条或焊剂未按规定焙烘，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落；坡口边缘不清洁，有水份、油污和锈迹；保护气体污染、潮湿或流量不足；焊接电流过大，电压过高，电极伸长过长；焊接速度过快等。焊接中气孔的存在，是焊缝的有效面积减小，过大的气孔会降低焊缝的强度，破坏焊缝的紧密性。另外，气孔还将造成应力集中，降低焊缝的强度和韧性。夹渣焊接产生的冶金反应物，例如非金属杂质（氧化物、硫化物等）以及熔渣，未能逸出，或者多道焊接时由于清渣不干净，残留在焊缝金属内，称为夹渣或夹杂

5、物。根据夹渣的形态，可分为点状和条状，其外形通常是不规则的，位置可能在焊缝与母材交界处，也可能存在于焊缝内。造成夹渣的主要原因有：焊件表面焊接前清理不良(如油、锈等)，焊层间清理不彻底；焊条药皮受潮以及焊接材料选择不合适；焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；焊接电流太小，焊接速度过快等。另外，在使用酸性焊条时，由于电流太小或运条不当形成“糊渣”；使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。夹渣外形很不规则，大小相差悬殊，对接头性能影响比较大。此外，夹渣会降低焊接接头的塑性和韧性；夹渣的尖角处，造成应力集中。特别是对于淬火倾向较大的焊缝金属，容易在夹渣尖角处产生很大的内应力而形成焊接裂

6、纹。咬边咬边是由于焊接时焊接参数选择不当或操作工艺不正确,当焊接金属没能填满母材焊趾或焊根的熔化凹槽时,使焊缝边缘留下的凹陷。过深的咬边，不仅减小母材的工作截面，而且会在咬边处造成应力集中。船体重要结构，对咬边深度均有严格限制，特别是关键构件不允许存在咬边。造成咬边的主要原因有：焊接电流过大；焊接速度过快或运条不稳，以致没能加上足够的填充金属；在角焊时,造成咬边的主要原因是运条角度不准或电焊电弧拉得太长等。咬边使母材金属接头的有效工作界面减少，从而在咬边处造成应力集中，减弱了焊接接头的强度，承载后有可能在咬边处产生裂纹，甚至引起结构的破坏。所以，在重要的结构或受动载荷较强的结构中，（如，船体的

7、重要结构和船用高压容器、管道等）一般是不允许咬边现象的存在，所以对咬边的缺陷，必须严格控制绝对杜绝咬边缺陷的发生。图 咬边未焊透、未熔合未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透，抑或是焊件边缘或者前一道焊层未能充分受热熔化,熔敷金属却已覆盖上了,造成熔敷金属未能很好和焊件边缘熔合在一起。未焊透常出现在单面焊的根部和双面焊的中部。未焊透产生的原因是焊接电流太小；运条速度太快；焊条角度不当或电弧发生偏吹；坡口角度或对口间隙太小；焊件散热太快；氧化物和熔渣等阻碍了金属间充分的熔合等。在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象称为未熔合。产生未熔合的原因有：焊接线能量太低；电弧发生偏吹；坡口侧壁有锈垢和污物

8、；焊层间清渣不彻底等。未焊透和未熔合不仅使焊接接头的机械性能降低，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后会引起裂纹。图 未焊透、未熔合裂纹焊接裂纹是船舶建造与使用过程中，焊接区产生各类裂缝的总称。它是在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏形成新界面而产生的缝隙。焊接裂缝是接头中最危险的一种缺陷，船体结构的破坏多从裂缝开始。根据其产生的温度不同，可分为热裂缝和冷裂缝。5.1热裂缝热裂缝是在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到高温区产生的焊接裂缝。产生热裂缝的主要原因：焊接熔池中存在有低熔点杂质。由于这部分杂质熔点低，结晶凝固最晚，而且凝固以后的塑

9、性和强度又极低，因此当外界结构拘束应力足够大时，由于焊缝金属的凝固收缩以及不均匀的加热和冷却作用，熔池中的这部分低熔点杂质，或在凝固过程中就被拉开，或凝后不久被接开，造成晶间开裂。5.2冷裂缝冷裂缝一般是指焊接接头冷却到较低温度时所产生的裂缝。产生冷裂缝的主要原因：在焊接热循环的作用下，热影响区生成了淬硬组织；焊缝中存在有过量的扩散氢，且具有浓集的条件；接头承受较大的拘束应力。6.夹渣夹渣是焊后残留在焊缝中的溶渣。和气孔样，由于夹渣的存在，焊缝的有效工作截面减小，过大的夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。产生夹渣的主要原因：焊件边缘有氧割或碳弧气刨熔渣，坡口角度或焊接电流太小或焊接速度过快；在使用

10、酸性焊条时，由于电流小或运条不当形式“湖渣”；使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣；进行埋弧焊封底时，焊丝偏离焊缝中心，往往也易形成夹渣。防止产生夹渣的主要措施：正确选取坡口尺寸，认真清理坡口边缘，选用合适的焊接电流和焊接速度；运条摆动要适当；多层焊时，应仔细观察的坡口两侧熔化情况，每一层都要认真清理焊渣；埋弧焊封底要注意防止焊偏。焊瘤焊瘤是在焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。这种金属瘤常出现在立、横、仰焊焊缝表面，或无衬垫单面焊双面成型焊缝的背面。在利用埋弧自动焊接小环缝时，焊缝背面也常出现焊瘤。焊缝表面存在焊瘤，不仅影响美观，还易造成表面夹渣。

11、产生焊瘤的主要原因：运条不匀，操作不够熟练，造成熔池温度过高液态金属凝固缓慢而下坠，因而在焊缝表面形成金属瘤；立、仰焊时，采用过大的焊接电流和弧长，也有可能出现焊瘤。 弧坑弧焊时，由于断弧或收弧不当，在焊道末端形成的低洼部分。由于弧坑低于焊道表面，且弧坑中常伴有裂纹和气孔等缺陷，因而使该处焊缝严重削弱。产生弧坑的主要原因：熄弧时闻过短或焊接突然中断；焊接薄板时电流过大；埋弧自动焊时没有分两步按下“停止”按钮。防止产生弧坑的措施：手工焊收弧时，焊条应作短时间停留或作几次环形运条；埋弧自动焊要注意分两步按下“停止”按钮。三、焊接缺陷的防止及焊接质量检验焊接缺陷的防止从上述几种焊接缺陷的形成机理来看

12、，所需采取的防止措施都基本包括原材料选择及焊前处理、焊接设备及装配的检查、焊接工艺及技能正确运用和焊后的缺陷修正等。下面从焊前准备、焊接过程的质量控制和焊接缺陷的修正三个方面进行说明。焊前准备:施焊前的准备包括，一原材料（被焊金属和焊接材料）的检验，例如，焊接低碳钢和低合金高强度钢时，一般根据母材的抗拉强度按“等强则选 同等级的焊条；焊接耐热钢和不锈钢时，通常考虑母材的化学成分按“等成分匹配”原则选择相同成分的焊条。二焊接设备和装配质量检查，包括焊接设备的工作性能检查；焊接区污物，如油漆、铁锈、油脂、水、气割的熔渣等应在焊前清除干净。三焊接工艺和规范的检查，包括焊接工艺参数和焊接顺序是否符合文

13、件规范要求；焊工的操作技能是否经过培训、考试合格并持有相关证书；对重要工件的焊接，焊前应进行焊接工艺性能试验。焊接过程的质量控制。在焊接过程中，应当随时检查焊接规范是否变化，如焊条电弧焊时，要随时注意焊接电流的大小；气体保护焊时，应注意气体保护的效果。为了鉴定在一定工艺条件下焊接接头是否符合设计要求，焊接过程中有时需要抽样进行性能试验，若发现焊接缺陷，应查明缺陷性质、大小、位置，找出原因并及时处理。另外，在整个焊接过程中都应该有相应的技术记录，要求每条重要焊缝在焊后都要打上焊工钢印，作为技术的原始资料，便于今后备查。焊接缺陷修正。焊接过程中不同程度的缺陷存在总是难免，对焊接缺陷的修正是一项必要

14、的措施。缺陷补焊时，宜采用小电流、不摆动、多层多道焊，禁止用过大的电流补焊。对刚性大的结构进行补焊时，除第一层和最后一层焊道外，均可在焊后热状态下进行锤击。每层焊道的起弧和收弧应尽量错开。对要求进行热处理的焊件，应在热处理前进行缺陷修正。对D 级、E 级钢和高强度结构钢焊缝缺陷，用手工电弧焊焊补时，应采用控制线能量施焊法。每一缺陷应一次焊补完成，不允许中途停顿。预热温度和层间温度，均应保持在60以上。焊缝缺陷的消除焊补，不允许在带压和背水情况下进行。修正过的焊缝，应按原焊缝的探伤要求重新检查，若再次发现超过允许限值的缺陷，应重新修正，直至合格。焊补次数不得超过规定的返修次数。焊接缺陷及质量的检

15、验焊接检验是在焊接前或过程中对影响焊接质量的因素进行系统检查，是发现焊接缺陷隐患，确保焊接质量的必要程序。焊接缺陷和质量的检验方式及要求主要包括以下几个方面。焊后检验一般包括外观检查、无损检验、密性试验和强度试验。外观检查是一种常用的简便质量检验方法，通过目测(或利用5X放大镜)进行检查，能够发现焊缝表面咬口、气孔、夹渣、焊接表面裂纹、弧坑、焊瘤以及焊缝的外形尺寸和形状不符合要求的外部缺陷.无损检测射线检测 依照GB332387 评定标准，借助射线的穿透作用检查焊缝内部缺陷,通常用照相法。2、超声波检测 是依照GB1134589 评定标准，用超声波探测焊缝内部缺陷的位置、种类和大小。是依照JB/T606192 或JB473094 评定标准，用磁粉检查焊缝表面或近表面缺陷。4、是依照JB473094 评定标准，用着色检验法检查焊缝表面缺陷。5、是焊后成品强度检验，主要是水压实验和气压实验。6、是通过煤油检验或吹气检验进行致密性检验。但对于焊接可能存在的缺陷的认识是一个复杂的学科，具体问题还需采取以上检验方法外的宏观微观组织检查、金相试验和冲击弯曲试验来进行分析。结语从金属工艺学、焊接工艺学等角度，结合笔者自身在造船中积累的经验，总结了船舶焊接中常见焊接缺陷的形式特征、形成机理、造成的危害，并在此基础