高效焊接在船舶管系制造中的发展及应用

张宏

摘 要：船舶管系制作、安装的特点是多品种、多规格、多数量并要求在短期完成繁重的工作。焊接工艺在船舶管系制造中起着举足轻重的作用，焊接技术是现代造船模式的关键。本文在分析船舶管系制造中应用现状与问题的基础上，对焊接工艺的未来发展前景作了展望。

关键词：船舶焊接技术；焊接工艺；节能环保；机械化；自动化

充分认识到的发展和应用焊接技术的应用现状，深刻分析当前存在的主题要问题，并采用新技术，加快发展的步伐是摆在世人面前的重要课题。

1 船舶管系焊接技術的应用现状

1.1 焊接方法实现不断优化

随着焊接工艺以及焊接设备和焊接材料，先进的开发，焊接方法也进行了改进，得到了优化发展。现在被广泛应用的CO2气体保护角焊缝角焊自动或半自动的方法大大提高了焊接的效率，促进船舶工业的快速发展。

1.2 焊接材料更加优质化

船舶焊接工艺的逐步推进，更接近国际化的发展方向，焊接材料也将被更新。当前，国内造船过程中，主要使用的电极，CO2气体保护焊丝和埋弧焊焊接材料的焊接材料。逐步优化国内焊接材料的发展正在迅速减少，国内各大船厂手工焊条，焊接材料生产和应用的不断更新和发展。双丝埋弧自动焊接，如国内焊材逐步替代进口焊材金属粉芯药芯焊丝本地化，药芯焊丝用量稳步增长，继续优化其性能。

1.3 焊接新工艺得到应用与推广

重要的国内船厂积极学习国外先进技术，引进外国飞机的子装配和焊接生产线，自动焊接单面焊双面成型的新技术，同时，使用半自动或全自动的平面焊接的船体分段的体系结构气渐渐保护角焊接工艺。

1.4 焊接设备逐步机械化、自动化

焊接过程中，焊接设备更换的进展迅速，逐步淘汰原来的旋转式直流弧焊机，CO2气体保护焊机可广泛的应用，这是一个长期的经济价值的新设备。目前，国内各大船厂的应用SCR CO2气体保护焊，焊接技术的改进，逆变CO2气体保护焊应用程序的频率逐渐提高。 CO2气体保护焊机的应用和推广，可以减少焊接耗材，降低了焊工的数量，降低成本的焊接工艺，提高焊接效率的焊接工艺的发展，有着深远的影响。

2 焊接存在的问题及缺陷

2.1 气孔

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就是气孔。焊接中存在气孔，会降低焊缝的强度，破坏焊缝的密封性，焊缝的有效面积减小。一般在两种情况下生成并分为两类：一是在高温下溶解在液态金属中，气体的突然下降的溶解度，如氢气，氮气等，二是溶解在液态金属的气体，如CO等。主要是因为芯锈蚀或药皮变质，剥落；焊条或焊剂未烘烤；焊伞边缘不洁，存在水分、油脂和铁锈；保护湿气体污染或交通，焊接电流过大、电压太高、太长电极伸长率；焊接太快。

2.2 咬边

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称为咬边。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。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。

2.3 夹渣

夹渣或夹杂物是由于炉渣不干净，在焊缝金属中的残余物。炉渣将焊接接头的延展性和韧性的降低；尖角渣，导致应力集中，特别是用于淬火倾向较大的焊接金属，容易产生焊接裂纹，在所说的熔渣风口浪尖上形成巨大的压力。形成的主要原因是焊件表面，焊接前清理不良（如油，锈等），焊料层之间的清理不彻底，覆盖潮湿和焊接材料选择不当，电极；焊缝边缘有氧切或碳弧气刨残留渣，焊接电流过小，焊接速度太快。另外，使用酸电极时，由于电流太小或所输送的物品和不当形成糊剂残余物。

2.4 裂纹

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称为焊缝裂纹。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，与焊接部位存在很大的温差，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的屈服极限，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。

2.5 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。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是产生未焊透产生的原因。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。焊接线能量太低；电弧发生偏吹；坡口侧壁有锈垢和污物；焊层间清渣不彻底等是产生未熔合的原因。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。

3 提高船舶管系焊接质量的措施

为了提高焊接质量，需要做好以下工作。

3.1 焊缝的焊前检验

焊接缝钉焊接缝间隙、槽和所谓的焊缝错边了，定位焊和焊接质量的清洁状况做好检查焊前检查。焊接前检查内容、精度标准、试验方法，涉及多个项目，还应注意下面的问题：

1）清除焊缝坡口区域的铁锈，氧化皮，油污，杂物和车间底漆，并保持清洁和干燥。

2）焊接必须在潮湿，多风或过冷的开放空间进行，反应正确的屏蔽焊接作业区，一般强度船体结构钢，如焊接环境温度低于0，材料的碳当量大于0.41%，采取焊前预热措施。

3）高强度钢，铸钢和锻钢船体结构件的焊接，应咨询有关工艺文件对船舶进行检查，严格执行焊接电弧，定位焊，预热和焊后保温隔热或热处理等措施。

3.2 焊缝的焊接规格和表面质量检验

焊接的焊接规范对接焊缝类型和规模的要求。焊接型对接焊缝、角焊缝、搭接焊缝和塞焊。角焊缝类型分别角焊缝的单面，双面全熔透角焊、缝交错断续角焊、接链断续角焊、缝挖孔焊接。焊缝表面质量检验焊接质量的检验应首先检查的项目，即使检验和批准后，其内部最终焊缝气密性试验的质量抽查。

3.3 焊缝内部检验质量

焊缝质量检查中发现的焊接规格尺寸和表面质量的检查和修复缺损的完成，并重新检查和批准。内部品质的焊接，可用于测试射线，超声波，渗透，磁粉探伤，或其它适当的方法。另外，液压、气动、煤油（实际上渗透探伤试验）也可以被用作内部的焊缝质量检查装置。

4 船舶焊接工艺的发展展望

1）焊接工艺的机械化、自动化发展方向焊接工艺机械化、自动化是船舶工业的一大发展趋势。

2）焊接材料的发展将不断促进焊接工艺进步。

3）研究机械手、机器人焊接。

参考文献：

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