中大型船舶焊接工艺的研究

中大型船舶焊接工艺的研究

张玉录

南京长江油运龙潭船务工程有限公司

摘要：我国社会主义经济制度体系在新时代中不断发展，从而带动我国现代化船舶工业的高速发展。船舶工业焊接技术是我国船舶领域可持续提升的基础，是船舶航行安全的保障。船舶在焊接过程中，任何一个细节都有可能影响到整艘船的安全性，因此，需要对焊接过程中的所有环节给予足够的重视。本文总结了笔者实践经验，对船舶维修焊接工艺进行研究，以期为船舶焊接及维修工作提供一些参考。

关键词：船舶焊接 维修技术 工艺 问题 优化

中大型船舶维修工作难度大、流程复杂度高，在具体的实施过程中需要综合考虑不同工艺在时间、质量、成本等方面的影响，其中就包括焊接工艺。而传统船舶焊接工艺多适用于中小型船舶，中大型船舶的钢材特点与力学结构分布对焊接工艺要求更高，否则，维修后的焊接质量将无法达到预期。因此，通过优化焊接工艺，中大型船舶的维修质量将得到显著提升，且维修周期、成本也将得到控制，为船舶维修企业参与市场竞争创造了有利条件。

一、船舶维修焊接工艺概述

船舶焊接技术主要是将金属物品通过高温、高压的方法进行熔化，再将其融合应用到船舶焊接工业中。焊接技术主要是利用加热或者加压的方式，实现金属材料之间的连接与融合，利用金属原子的结合扩散特性，使原本分离的金属材料能够永久性地连接在一起。船舶焊接技术可以对船舶中使用的各种金属材料进行连接，若两者的连接缺口较大，需要使用相同性质的材料进行熔化连接，确保需要焊接的材料能够紧密地结合在一起。船舶焊接技术通过对在船舶中的金属钢板材料进行焊接，使其熔化再进行结合，使连接点紧密地融合在一起。若是所需连接点无法焊接，则需要使用与焊接部分相同的材料，将其熔化后再结合两端实行连接。此方法在船舶建造中的应用较为广泛。所以在船舶工业中，需要重点关注焊接技术，而且要对焊接技术中存在的问题进行不断改善，从而促进船舶工业的可持续发展。

二、船舶维修过程中的常见焊接工艺问题

焊接工艺需要根据船舶维修项目的实际情况进行确认。在船舶维修过程中对传统焊接质量问题进行系统分析后发现相关工艺问题主要表现在以下几个方面。

（一）未焊透

船舶维修过程中多需要对船体进行切割，后期修复工作需要将切割后的钢板焊接在原位置，然而，此类大面积焊接对电流、温度、速度等都有着较高要求，且需要根据焊缝的实际情况适当调整以上要素，否则，将出现未焊透现象。所谓未焊透，是指焊材融化后的金属未能填充整个焊缝，直观表现就是焊缝中间存在一条较为明显的“黑线”。由于未焊透现象的存在，导致焊接点位置极易发生崩裂、断裂，这也是船舶维修过程中由于焊接工艺不合格所导致的质量问题。与气孔、夹渣等较为常见的焊接问题相比，未焊透问题的危害最为严重，甚至部分未焊透问题只能够通过专用检测设备才能够发现。

（二）形变

船舶维修过程中的焊接多为原船体结构上的二次操作，在焊接过程中由于工艺设计焊接点对外应力失衡，焊接处将发生不同程度的形变。导致焊接发生形变的原因较为复杂，主要包括焊接层数较多、焊接顺序不当、母材厚度与焊接要素控制等。形变问题的存在将破坏船体的力学结构，一些特殊位置的焊接形变问题还将影响船舶航行安全，如导航设备安装底座等。由于大多数焊接形变无法通过肉眼直接观察到，这也在一定程度上增加了焊接质量的控制难度，对焊接工艺要求也相对较高。

（三）局部烧穿

船舶维修过程中的焊接工艺多延续了设计师的要求，然而，船舶在经过一段时间的海上航行后，部分位置因锈蚀等原因导致钢材厚度减小。在实际焊接过程中坚持原有工艺的情况下，焊材中的金属在间隙中长时间保持熔融状态，或者是由于大电流状态下焊材移动速度较慢，导致间隙中熔融状态下的金属较多而发生滴落现象，这也是造成局部烧穿的原因之一。局部烧穿将破坏焊接的整体效果，尤其是在水线以下，局部烧穿将带来毁灭性的后果。因此，船舶维修企业在船舶下水前需要对所有水线以下的焊点进行检查，从而避免局部烧穿问题的出现。

（四）缩孔

船舶维修过程中还存在一种较为典型的缩孔现象，在效果上与局部烧穿具有相似性，但可以通过焊点、焊缝的饱满状态来判定其是否为缩孔问题。局部烧穿是由于大电流状态下焊材移动速度太慢导致的，而缩孔则是由于焊材移动速度太快导致熔融状态的金属无法充分填满孔隙，或者是未做好保温措施的情况下温度骤降而影响熔融金属的冷却速度而产生的。缩孔与局部烧穿也有着些许区别，缩孔多不具备穿透性，但该质量问题导致焊点、焊缝的力学效果明显下降，且处理难度较大。

三、中大型船舶焊接过程中常见问题的优化方案

焊接是船舶维修中的常见项目，中大型船舶维修所涉及到的焊接点位较多，且不同焊接点位的实际状态存在明显差异。基于中大型船舶的特殊力学结构，以及参考传统焊接工艺存在的诸多质量问题，相关工艺优化方案如下。

（一）未焊透的焊接工艺优化

船舶维修过程中的未焊透问题多出现在焊点或焊缝较厚的情况下，通过无损检测仪进行检测后可以发现，焊点、焊缝两侧位置熔接效果良好，而位置则存在一条较为明显的影像，且从中间到边缘的影像效果呈现出由深到浅变化。在中大型船舶焊接过程中，未焊透现象通常不具有连续性，这与焊点、焊缝的坡口处理效果、工艺设计等存在较大关系。因此，未焊透问题可以通过以下工艺优化策略加以解决。

（1）选择具有较强渗透力的焊材。不同焊材的熔融后的渗透能力存在较大差异，针对中大型船舶钢板厚度大的特点，为避免未焊透现象的发生，则需要选择高渗焊材。

（2）焊点、焊缝预处理。为保证熔融金属可以顺利流入焊接位置，工人需要在焊接前对焊点、焊缝进行预处理，主要包括合理设计坡口角度，扩大间隙，减少焊点、焊缝的垂直根深。

（3）合理控制焊接电流。电流的大小直接关系到焊材熔融的速度，可通过增大电流的方式加快焊材熔融速度，以及提高熔融金属温度。同时，为避免磁偏吹导致的焊接质量问题，可使用交流电来焊接设备。

（4）调整焊材移动速度。在合理控制焊接电流的基础上，由于中大型船舶焊点、焊缝多为不规则状态，工人需要根据焊点、焊缝的实际大小、深度与电流大小来调整焊材的移动速度，保证熔融金属可以充满焊点或焊缝。

以气体保护焊为例，作为中大型船舶维修过程中较为常见的焊接方法，其焊接电弧可根据现场情况进行调整，由于该焊接工艺能够通过气体保护的方式提高焊接质量，可以有效降低空气导热对熔融金属状态的影响，降低发生未焊透现象的几率。但是，气体保护焊不仅对焊接环境有着一定的要求，焊接过程中还会产生一定量的有害气体。因此，采用该焊接方法时需要做好安全防护，避免中毒事故的发生。

（二）形变的焊接工艺优化

中大型船舶维修过程中焊接作业的点状分布不可避免地会产生形变问题，在排除因钢结构的力学分布导致的形变问题外，可通过优化焊接工艺的方式避免焊点、焊缝区域发生形变。

(1)焊接处要进行预热处理。焊接过程中的热量产生的热胀冷缩现象是造成形变的主要原因。为此，工人在进行焊接前应对焊接位置的周围进行预热处理，预热温度为焊接温度，预热结束后应及时进行焊接。

(2)焊接处进行物理固定。物理固定主要针对较长的焊缝，在焊接之前，通过使用夹具将焊接对象固定在一起，并适当调整焊缝间隙。若焊缝周围无法安装传统夹具，则可以利用强磁固定设备，并尽量避免强磁场导致的“偏吹”现象。

(3)环境温度控制。环境温度的骤然变化也是造成焊点、焊缝形变的重要原因之一。传统工艺中对环境温度控制并未明确要求，因此，在焊接过程中，应保证环境温度变化不超过。最后，选择合适焊材。若焊材直径较小，则极易导致熔融金属无法快速填充孔隙，而梯度式的冷却效果无法保证焊接强度。因此，在对焊接工艺进行优化时，需要选择较大直径的焊材，并调整焊接电流，保证熔融金属能够快速填充且不过量。

（三）局部烧穿的焊接工艺优化

船舶维修过程中的局部烧穿问题较为常见，其主要原因在与焊点、焊缝厚度与电流大小之间不相匹配，相关数据在焊接工艺中虽有所体现，但工人在焊接之前多未进行数据复测，由此造成局部烧穿问题出现。因此，在工艺优化方面，应强调以下三点。

（1）保持较小焊接间隙。不同焊接工艺所达到的效果存在较大差异。在焊接之前，工人需要控制焊接位置板材的装配精度，尽量保持焊缝间隙的大小一致，否则，将会因为焊接参数控制不当而导致局部烧穿问题。

（2）严格进行数据适配。中大型船舶板材厚度均大于小型船舶，在焊接前需要对焊接位置进行打磨、抛光等处理，并对处理后的板材厚度、长度等进行测量，并按照焊接工艺表调整电流、电压等数据。

（3）科学选用焊接喷嘴。船舶维修过程中会使用到氧乙炔焊、氧乙炔焊等工艺，为保证焊接质量，则需要根据实际情况选择不同规格的焊接喷嘴，而喷嘴的规格与焊接板材的厚度之间存在关系。板材厚度与喷嘴大小成正比，板材越厚，焊接喷嘴也就越大。通常情况下，为避免局部烧穿问题，喷嘴大小适当增加可达到预热板材、隔绝空气的效果，在控制时间的情况下，也能够提高焊接质量。

（四）缩孔的焊接工艺优化

中大型船舶维修多为露天作业，尤其是在室外温度较低的情况下，缩孔问题出现的概率明显增加，为提高焊接质量，可通过优化焊接工艺进行温度保护，延缓熔融金属的冷却时间，

相关方法主要有以下两种。

第一，持续加热。在完成焊接之后，工人应在焊点周围进行多次点焊，在焊点、焊缝周围形成“温度隔离带”，熔融金属的冷却时间也将变慢，以避免熔融金属降温梯度差异而导致的缩孔问题。若现场存在转角等特殊结构，可选用热烤枪进行加热，这也是避免焊接缩孔的重要手段。

第二，第二，气体保护。短弧焊是一种经济、高效、安全的焊接工艺，在中大型船舶维修中较为普遍。在焊接完成后，虽然已经熄弧，但仍需要继续向焊接位置喷射氩气，从而达到温度保护效果。由于氩气保护的范围有限，该缩孔问题工艺优化方案并不适用于长距离焊缝的缩孔问题。

结语

焊接工艺优化是应对中大型船舶维修任务增加问题的必然要求，是提升船舶维修企业市场竞争力的重要手段。科学的质量控制，能够为船舶焊接工艺优化提供参考，在提高焊接效率与质量的基础上，保证船舶维修进度，降低因维修过程中焊接质量问题导致的安全事故的发生几率。

参考文献：

【1】汤俊.船舶制造过程中的焊接及维修维护措施探讨[J].船舶物资与市场，2020.

【2】毛雄飞.船舶焊接与结构设计优化分析[J].船舶物资与市场,2022.