谈船舶焊接中的常见缺陷的成因和防止措施

浅谈船舶焊接中的常见缺陷的成因和防止措施船舶焊接是保证船舶密性和强度的关键，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，甚至引起船舶沉没。据对船舶脆断事故调查表明，40%脆断事故是从焊缝缺陷处开始的。在乡镇船舶造船中，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，以确保航行安全。船舶焊接缺陷种类很多，按其位置不同，可分为外部缺陷和内部缺陷。常见缺陷有气孔、夹渣、焊接裂纹、未焊透、未熔合、焊缝外形尺寸和形状不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑等。一、气孔气孔是指在焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。产生气孔的主要原因有：坡口边缘不清洁，有水份、油污和锈迹；焊条或焊剂未按规定进行焙烘，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。此外，低氢型焊条焊接时，电弧过长，焊接速度过快；埋弧自动焊电压过高等，都易在焊接过程中产生气孔。由于气孔的存在，使焊缝的有效截面减小，过大的气孔会降低焊缝的强度，破坏焊缝金属的致密性。预防产生气孔的办法是：选择合适的焊接电流和焊接速度，认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹。严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用变质焊条，当发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时，应严格控制使用范围。埋弧焊时，应选用合适的焊接工艺参数，特别是薄板自动焊，焊接速度应尽可能小些。二、夹渣夹渣就是残留在焊缝中的熔渣。夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。产生夹渣的原因主要是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度或焊接电流太小，或焊接速度过快。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。进行埋弧焊封底时，焊丝偏离焊缝中心，也易形成夹渣。防止产生夹渣的措施是：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，应仔细观察坡口两侧熔化情况，每一焊层都要认真清理焊渣。封底焊渣应彻底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。三、咬边焊缝边缘留下的凹陷，称为咬边。产生咬边的原因是由于焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等。埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因，都会造成焊件被熔化去一定深度，而填充金属又未能及时填满而造成咬边。咬边减小了母材接头的工作截面，从而在咬边处造成应力集中，故在重要的结构或受动载荷结构中，一般是不允许咬边的存在，或对咬边深度有所限制。防止产生咬边的办法是：选择合适的焊接电流和运条手法，随时注意控制焊条角度和电弧长度；埋弧焊工艺参数要合适，特别要注意焊接速度不宜过高，焊机轨道要平整。四、未焊透、未熔合焊接时，接头根部未完全熔透的现象，称为未焊透；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。未焊透或未熔合是一种比较严重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊缝会出现间断或突变，焊缝强度大大降低，甚至引起裂纹。因此，在船体的重要结构部分均不允许存在未焊透、未熔合的情况。未焊透和未熔合的产生原因是焊件装配间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径太大、电流过小、速度太快及电弧过长等。焊件坡口表面氧化膜、油污等没有清除干净，或在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合或运条手法不当，电弧偏在坡口一边等原因，都会造成边缘不熔合。防止未焊透或未熔合的方法是正确选取坡口尺寸，合理选用焊接电流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干净；封底焊清根要彻底，运条摆动要适当，密切注意坡口两侧的熔合情况。五、焊接裂纹焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。结构的破坏多从裂纹处开始，在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹，在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹。一经发现裂纹，应彻底清除，然后给予修补。焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹，其特征是焊后立即可见，且多发生在焊缝中心，沿焊缝长度方向分布。热裂纹的裂口多数贯穿表面，呈现氧化色彩，裂纹末端略呈圆形。产生热裂纹的原因是焊接熔池中存有低熔点杂质(如FeS等)。由于这些杂质熔点低，结晶凝固最晚，凝固后的塑性和强度又极低。因此，在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下，熔池中这些低熔点杂质在凝固过程中被拉开，或在凝固后不久被拉开，造成晶间开裂。焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时，也易产生热裂纹。防止产生热裂纹的措施是：一要严格控制焊接工艺参数，减慢冷却速度，适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；二是认真执行工艺规程，选取合理的焊接程序，以减小焊接应力。焊缝金属在冷却过程或冷却以后，在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。这类裂纹有可能在焊后立即出现，也有可能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。冷裂纹产生的主要原因为：1)在焊接热循环的作用下，热影响区生成了淬硬组织；2)焊缝中存在有过量的扩散氢，且具有浓集的条件；3)接头承受有较大的拘束应力。防止产生冷裂纹的措施有：1)选用低氢型焊条，减少焊缝中扩散氢的含量；2)严格遵守焊接材料(焊条、焊剂)的保管、烘焙、使用制度，谨防受潮；3)仔细清理坡口边缘的油污、水份和锈迹，减少氢的来源；4)根据材料等级、碳当量、构件厚度、施焊环境等，选择合理的焊接工艺参数和线能量，如焊前预热、焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层间温度等；5)紧急后热处理，以去氢、消除内应力和淬硬组织回火，改善接头韧性；6)采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以减少焊接应力。六、其他缺陷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。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，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。产生弧坑的原因是熄弧时间过短，或焊接突然中断，或焊接薄板时电流过大等。焊缝表面存在焊瘤影响美观，并易造成表面夹渣；弧坑常伴有裂纹和气孔，严重削弱焊接强度。防止产生焊瘤的主要措施严格控制熔池温度，立、仰焊时，焊接电流应比平焊小10-15%，使用碱性焊条时，应采用短弧焊接，保持均匀运条。防止产生弧坑的主要措施是在手工焊收弧时，焊条应作短时间停留或作几次环形运条。有些焊接缺陷的存在对船舶安全航行是非常危险的，因此一旦发现缺陷要及时进行修正。对于气孔的修正，特别是对于内部气孔，确认部位后，应用风铲或碳弧气刨清除全部气孔缺陷，并使其形成相应坡口，然后再进行焊补；对于夹渣、未焊透、未熔合的缺陷，也是要先用同样的方法清除缺陷，然后按规定进行焊补。对于裂纹，应先仔细检查裂纹的始、末端和裂纹的深度，然后再清除缺陷。用风铲消除裂纹缺陷时，应先在裂纹两端钻止裂孔，防止裂纹延长。钻孔时采用8～12mm钻头，深度应大于裂纹深度2～3mm。用碳弧气刨消除裂纹时，应先从裂纹两端进行刨削，直至裂纹消除，然后进行整段裂纹的刨除。无论采用何种方法消除裂纹缺陷，都应使其形成相应坡口，按规定进行焊补。对焊缝缺陷进行修正时应注意：1)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；2)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；3)对要求预热的材质，对工作环境气温低于0℃时，应采取相应的预热措施；4)对要求进行热处理的焊件，应在热处理前进行缺陷修正；5)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。6)焊缝缺陷的消除的焊补，不允许在带压和背水情况下进行；7)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。