談船舶焊接中的常見缺陷的成因和防止措施
摘 要：船舶焊接是保證船舶密性和強(qiáng)度的關(guān)鍵。本文詳細(xì)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(guān)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(qiáng)度的關(guān)鍵，是保證船舶質(zhì)量的關(guān)鍵，是保證船舶安全航行和作業(yè)的重要條件。如果焊接存在著缺陷，就有可能造成結(jié)構(gòu)斷裂、滲漏，甚至引起船舶沉沒。據(jù)對(duì)船舶脆斷事故表明，40%脆斷事故是從焊縫缺陷處開始的。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)船舶造船中，船舶的焊接質(zhì)量問題尤為突出。在對(duì)船舶進(jìn)行的過程中，對(duì)焊縫的檢驗(yàn)尤為重要。因此，應(yīng)及早發(fā)現(xiàn)缺陷，把焊接缺陷限制在一定范圍內(nèi)，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(nèi)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(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而形成的空穴。產(chǎn)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(guī)定進(jìn)行焙烘，焊芯銹蝕或皮變質(zhì)、剝落等。此外，低氫型焊條焊接時(shí)，電弧過長，焊接速度過快；埋弧自動(dòng)焊電壓過高等，都易在焊接過程中產(chǎn)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(huì)降低焊縫的強(qiáng)度，破壞焊縫金屬的致密性。產(chǎn)生氣孔的辦法是：選擇合適的焊接電流和焊接速度，認(rèn)真清理坡口邊緣水份、油污和銹跡。嚴(yán)格按規(guī)定保管、清理和焙烘焊接。不使用變質(zhì)焊條，當(dāng)發(fā)現(xiàn)焊條藥皮變質(zhì)、剝落或焊芯銹蝕時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制使用范圍。埋弧焊時(shí)，應(yīng)選用合適的焊接工藝參數(shù)，特別是薄板自動(dòng)焊，焊接速度應(yīng)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(huì)降低焊縫的強(qiáng)度和致密性。產(chǎn)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(shí)，由于電流太小或運(yùn)條不當(dāng)形成“糊渣”；使用堿性焊條時(shí)，由于電弧過長或極性不正確也會(huì)造成夾渣。進(jìn)行埋弧焊封底時(shí)，焊絲偏離焊縫中心，也易形成夾渣。防止產(chǎn)生夾渣的措施是：正確選取坡口尺寸，認(rèn)真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)。多層焊時(shí)，應(yīng)仔細(xì)觀察坡口兩側(cè)熔化情況，每一焊層都要認(rèn)真清理焊渣。封底焊渣應(yīng)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(chǎn)生咬邊的原因是由于焊接電流過大、運(yùn)條速度快、電弧拉得太長或焊條角度不當(dāng)?shù)�。埋弧焊的焊接速度過快或焊機(jī)軌道不平等原因，都會(huì)造成焊件被熔化去一定深度，而填充金屬又未能及時(shí)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(yīng)力集中，故在重要的結(jié)構(gòu)或受動(dòng)載荷結(jié)構(gòu)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(chǎn)生咬邊的辦法是：選擇合適的焊接電流和運(yùn)條手法，隨時(shí)注意控制焊條角度和電弧長度；埋弧焊工藝參數(shù)要合適，特別要注意焊接速度不宜過高，焊機(jī)軌道要平整。
四、未焊透、未熔合
焊接時(shí)，接頭根部未完全熔透的現(xiàn)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(xiàn)象，稱為未熔合。未焊透或未熔合是一種比較嚴(yán)重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊縫會(huì)出現(xiàn)間斷或突變，焊縫強(qiáng)度大大降低，甚至引起裂紋。因此，在船體的重要結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(shí)該處流入熔渣妨礙了金屬之間的熔合或運(yùn)條手法不當(dāng)，電弧偏在坡口一邊等原因，都會(huì)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(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)，密切注意坡口兩側(cè)的熔合情況。
五、焊接裂紋
焊接裂紋是一種非常嚴(yán)重的缺陷。結(jié)構(gòu)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(xiàn)裂紋，在焊接后要采用各種方法檢查有無裂紋。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋，應(yīng)徹底清除，然后給予修補(bǔ)。
焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋。焊縫金屬由液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過程中產(chǎn)生的裂紋稱為熱裂紋，其特征是焊后立即可見，且多發(fā)生在焊縫中心，沿焊縫長度方向分布。熱裂紋的裂口多數(shù)貫穿表面，呈現(xiàn)氧化色彩，裂紋末端略呈圓形。產(chǎn)生熱裂紋的原因是焊接熔池中存有低熔點(diǎn)雜質(zhì)(如FeS等)。由于這些雜質(zhì)熔點(diǎn)低，結(jié)晶凝固最晚，凝固后的塑性和強(qiáng)度又極低。因此，在外界結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)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(diǎn)雜質(zhì)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(nèi)含硫、銅等雜質(zhì)多時(shí)，也易產(chǎn)生熱裂紋。防止產(chǎn)生熱裂紋的措施是：一要嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，減慢冷卻速度，適當(dāng)提高焊縫形狀系數(shù)，盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產(chǎn)生裂紋；二是認(rèn)真執(zhí)行工藝規(guī)程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應(yīng)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(chǎn)生的裂紋稱為冷裂紋。這類裂紋有可能在焊后立即出現(xiàn)，也有可能在焊后幾小時(shí)、幾天甚至更長時(shí)間才出現(xiàn)。冷裂紋產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋?)在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)生成了淬硬組織；2)焊縫中存在有過量的擴(kuò)散氫，且具有濃集的條件；3)接頭承受有較大的拘束應(yīng)力。防止產(chǎn)生冷裂紋的措施有：1)選用低氫型焊條，減少焊縫中擴(kuò)散氫的含量；2)嚴(yán)格遵守焊接材料(焊條、焊劑)的'保管、烘焙、使用制度，謹(jǐn)防受潮；3)仔細(xì)清理坡口邊緣的油污、水份和銹跡，減少氫的來源；4)根據(jù)材料等級(jí)、碳當(dāng)量、構(gòu)件厚度、施焊等，選擇合理的焊接工藝參數(shù)和線能量，如焊前預(yù)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(nèi)應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生焊瘤的主要原因是運(yùn)條不均，造成熔池溫度過高，液態(tài)金屬凝固緩慢下墜，因而在焊縫表面形成金屬瘤。立、仰焊時(shí)，采用過大的焊接電流和弧長，也有可能出現(xiàn)焊瘤。產(chǎn)生弧坑的原因是熄弧時(shí)間過短，或焊接突然中斷，或焊接薄板時(shí)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(yán)重削弱焊接強(qiáng)度。防止產(chǎn)生焊瘤的主要措施嚴(yán)格控制熔池溫度，立、仰焊時(shí)，焊接電流應(yīng)比平焊小10-15%，使用堿性焊條時(shí)，應(yīng)采用短弧焊接，保持均勻運(yùn)條。防止產(chǎn)生弧坑的主要措施是在手工焊收弧時(shí)，焊條應(yīng)作短時(shí)間停留或作幾次環(huán)形運(yùn)條。
有些缺陷的存在對(duì)船舶安全航行是非常危險(xiǎn)的，因此一旦發(fā)現(xiàn)缺陷要及時(shí)進(jìn)行修正。對(duì)于氣孔的修正，特別是對(duì)于內(nèi)部氣孔，確認(rèn)部位后，應(yīng)用風(fēng)鏟或碳弧氣刨清除全部氣孔缺陷，并使其形成相應(yīng)坡口，然后再進(jìn)行焊補(bǔ)；對(duì)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(guī)定進(jìn)行焊補(bǔ)。對(duì)于裂紋，應(yīng)先仔細(xì)檢查裂紋的始、末端和裂紋的深度，然后再清除缺陷。用風(fēng)鏟消除裂紋缺陷時(shí)，應(yīng)先在裂紋兩端鉆止裂孔，防止裂紋延長。鉆孔時(shí)采用8～12mm鉆頭，深度應(yīng)大于裂紋深度2～3mm。用碳弧氣刨消除裂紋時(shí)，應(yīng)先從裂紋兩端進(jìn)行刨削，直至裂紋消除，然后進(jìn)行整段裂紋的刨除。無論采用何種方法消除裂紋缺陷，都應(yīng)使其形成相應(yīng)坡口，按規(guī)定進(jìn)行焊補(bǔ)。
對(duì)焊縫缺陷進(jìn)行修正時(shí)應(yīng)注意：1)缺陷補(bǔ)焊時(shí)，宜采用小電流、不擺動(dòng)、多層多道焊，禁止用過大的電流補(bǔ)焊；2)對(duì)剛性大的結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)焊時(shí)，除第一層和最后一層焊道外，均可在焊后熱狀態(tài)下進(jìn)行錘擊。每層焊道的起弧和收弧應(yīng)盡量錯(cuò)開；3)對(duì)要求預(yù)熱的材質(zhì)，對(duì)工作環(huán)境氣溫低于0℃時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的預(yù)熱措施；4)對(duì)要求進(jìn)行熱處理的焊件，應(yīng)在熱處理前進(jìn)行缺陷修正；5)對(duì)D級(jí)、E級(jí)鋼和高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊縫缺陷，用手工電弧焊焊補(bǔ)時(shí)，應(yīng)采用控制線能量施焊法。每一缺陷應(yīng)一次焊補(bǔ)完成，不允許中途停頓。預(yù)熱溫度和層間溫度，均應(yīng)保持在60℃以上。6)焊縫缺陷的消除的焊補(bǔ)，不允許在帶壓和背水情況下進(jìn)行；7)修正過的焊縫，應(yīng)按原焊縫的探傷要求重新檢查，若再次發(fā)現(xiàn)超過允許限值的缺陷，應(yīng)重新修正，直至合格。焊補(bǔ)次數(shù)不得超過規(guī)定的返修次數(shù)。
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