船舶焊接方式及其焊接缺陷的控制研究
刘昊 陈宇锋 赵峰
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刘昊 陈宇锋 赵峰,. 船舶焊接方式及其焊接缺陷的控制研究[J]. 国际科技论坛,20218. DOI:10.12721/ccn.2021.157063.
摘要: 大型船舶又被称为“海上移动城市”,由此可见船舶制造的涉及面极广,在对船舶制造质量管理的过程中,焊接工艺的影响可以说是最大的,因此相关部门对焊接质量的控制也极其严格。根据现有的经验,本文对船舶焊接的主要缺陷做一些分析。
关键词: 船舶焊接方式;焊接缺陷;控制措施;分析探讨
DOI:10.12721/ccn.2021.157063
基金资助:

1常用的焊接方式

船舶焊接方法多种多样,常见的有埋弧自动焊、CO 2 气体保护焊、钨极氩弧焊、电渣焊等。埋弧自动焊,是指在以机械自动化的形式进行焊丝送给、电弧引燃、电弧移动,最终达到熔合母材的工艺手段。这类焊接方式的最大特征是在进行焊接时电弧被颗粒状的焊剂所覆盖,因而又被称为焊剂层下自动电弧焊。CO 2 气体保护焊,是指焊接接触点处在CO 2 气体流的保护下,并以焊丝与母材为电极,最终使两者熔合的一种焊接方法。钨极氩弧焊,是指在氩气流的保护下,通过钨棒与母材间产生的高能电弧来熔化给进焊丝和母材,以达到熔合目的的一类焊接方法。电渣焊是指运用电阻热的工作原理,利用熔渣释放出的高温促使进给焊丝与焊件熔化最终熔合形成所需焊缝的焊接手段。

2常用焊接方式的缺陷及其控制

2.1 焊接夹渣

当焊接作业完成后,焊接接缝中存在的杂质被称为焊接夹渣。焊接夹渣会直接影响焊机的密度和强度。因此在船舶的焊接中是不允许存在焊接夹渣的。在实际焊接作业过程中,如果出现了焊接夹渣,应及时进行夹渣处理,保证在船舶焊接表面不存在夹渣。出现焊接夹渣的原因有以下几点:一是在实际焊接中焊接的坡口处理不干净;二是在实际焊接过程中处理多层焊接时,对通道内的杂质处理不干净;三是在实际焊接过程中,焊接的材料质量差,导致焊接途中掉落在熔池中。四是由于焊接操作较快,使焊接熔池中的杂质没有足够时间筛离出熔池。

2.2焊接气孔

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液体金属的气体,如co等。两种气体的来源和化学性质都不同,所以气泡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: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;保护气体樗染、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,使焊缝的有效面积减小,过大的气孔会降低焊缝强度,破坏焊缝紧密性。另外,气孔还将造成应力集中,降低焊缝的强度和韧性。

2.3焊接咬边

船舶焊接作业中,焊缝与母材交接处出现的凹陷现象称为咬边。咬边会导致焊接接头强度不足。咬边现象在焊接中较为常见,一般情况下,咬边的深度不得大于0.5 mill,且长度不得大于焊缝长度的10%。根据经验发现,造成咬边现象的原因主要有以下两点:(1)焊接过程中电流过大,焊接线能量过大;(2)焊接人员操作不当,焊枪的角度选择有误。

2.4焊接时未焊透

一般而言,未焊透发生在单面焊接的根部或者双面焊接的中部,主要表现为熔敷金属两边没有完全熔透或者是焊接的边缘没有完全熔化。未焊透现象往往会降低焊接接头的机械性能,更严重的是未焊透会形成应力集中。未焊透出现的原因有以下两点:(1)焊接中选择的电流过大,运丝速度过快,导致母材没有真正的熔合;(2)焊接前选择的焊接材料直径过大,导致母材所开的坡口狭小。

2.5焊接裂纹

焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成后在焊接区域中出现的金属局部破裂的表现。焊缝金属从熔化状态到冷却凝固的过程经过热膨胀与冷收缩变化,有较大的冷收缩应力存在,而且显微组织也有从高温到低温的相变过程而产生组织应力,更加上母材非焊接部位处于冷固态状况,与焊接部位存在较大温差,从而产生热应力等等,这些应力的共同作用一旦超过了材料屈服极限,材料将发生塑性变形,超过材料的强度极限则导致开裂。焊接裂纹可能发生在焊缝金属内部或外部,或者在焊缝附近的母材热影响区内。或者位于母材与焊缝交界处。裂纹的存在大大降低了焊接接头的强度,并且焊缝裂纹的尖端也成为承载后的应力集中点,成为结构断裂的起源。根据焊接裂纹产生的时间和温度的不同,可以把裂纹分为:热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。造成焊接裂纹的直接原因有:焊接熔池中存有低熔点杂质(如FeS等);接头承受有较大的拘束应力;焊缝中存在有过量的扩散氢;在焊接热循环的作用下,热影响区生成了淬硬组织等。

2.6其他缺陷

除上述焊接缺陷外,焊接中还常见到一些焊瘤、弧坑及焊缝外形尺寸和形状上的缺陷。焊瘤是指在焊接过程中,熔化金属流到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。一般常出现在立、横、仰焊的焊缝表面或无衬垫单面焊双面成形焊缝背面。焊缝表面存在焊瘤不仅会影响美观而且容易造成焊缝表面夹渣。产生焊瘤的主要原因是运条不均,造成熔池温度过高,液态金属凝固缓慢下坠;立、仰焊时,采用过大的焊接电流和弧长,也有可能出现焊瘤。弧坑是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,且弧坑中常有裂纹和气孔等缺陷,因而该处焊缝强度严重削弱。产生弧坑的原因是熄弧时间过短,焊接突然中断;薄板时焊接电流过大。焊缝外形尺寸方面的缺陷是指焊缝的表面形状与原设计的几何形状偏差,主要是外表高低不平,焊缝宽窄不齐等。产生的原因主要是焊件坡口角度不对,装配间隙不均匀,焊接电流过大或过小,运条速度和角度不当等。

3船舶焊接缺陷处理措施

3.1建设高素质技术人才队伍

首先,企业应聘用高素质技术人才,对其进行岗前培训,根据人员优势,做好岗位分配工作,提高薪资水平,以免出现人才流失的现象。其次,应当根据实际生产状况,科学开展培训活动,对技术人员进行阶段性专业知识的培训,使其掌握先进技能,提高自身焊接工作水平。最后,应当对一些常见的焊接技术问题进行分析,总结工作经验,引导技术人员掌握常见问题的解决方式,提高工作质量。

3.2引进先进工艺技术与设施

第一,企业应当科学引进先进的工艺技术,根据当前焊接技术现状等,借鉴国内外工作经验,创新技术方式,提高生产水平。第二,可以引进自动化角焊机,在多人操作的情况下,对单面焊方式进行改良。第三,要组织人才对机械设施进行诊断,阶段性对其进行分析,明确工作要求,提高自身工作效果。第四,企业应当开展跨行业合作工作,与职业学院、科研机构等相互合作,在研制先进技术的情况下,培养更多优秀人才。

3.3引进高新焊接技术

在引进高新焊接技术的过程中,应当重视机器人焊接技术的引进,提高自动化水平,配合计算机、自动化控制与气体保护等技术的融入,提高焊接技术先进性与可靠性。且在实际工作中,应当对船舶构件进行批量化的焊接处理,全方位考虑焊接工作质量,加大管理工作力度,逐渐优化其工作机制。同时,应当引进激光或是电弧焊接综合体技术,提高工作效率,加快工作速度,以此优化其工作机制。

4结语

船舶焊接缺陷的防治是一项非常重要的工作,如果能够在源头上就可以控制住船舶焊接的缺陷,那么对整个船舶制造的质量控制会提供很大的帮助。近些年我国的造船技术已经取得了很多突破性的发展,针对焊接缺陷的防治也积攒了很多的宝贵经验,我相信只要我们不断付出努力,我国的造船水平必会达到世界之巅。

参考文献

[1] 甄咏鹏,邹涛.船舶焊接变形的形成与控制分析[J].中国设备工程,2020(11):90-91.

[2] 赵健.船舶焊接技术的缺陷类型及其处理对策[J].无线互联科技,2020,18(03):103-104.