修艷君 唐泓剛

（江南造船（集團）有限責任公司江南研究院，上海 202150）

在船舶制造的整個流程中，焊接是重要的組成部分，船舶焊接的工作量約占總工作量的35%，焊接產生的成本最多可占船舶制造總成本的50%，由此可見焊接工藝對船舶制造業(yè)具有重要的意義[1]。目前，各種優(yōu)良的焊接技術工藝在船舶制造的各個領域應用廣泛，焊接技術在我國船舶制造業(yè)已經發(fā)展了幾十年，焊接工藝也取得了極大的提升與發(fā)展，但是依舊存在一些問題和缺陷，針對這些問題和缺陷可通過針對性的方案來改善，并優(yōu)化焊接工藝的設計。

1 船舶制造中的現代焊接工藝

目前，在船舶焊接中，各類現代焊接工藝都有著廣泛的應用，如壓焊、熔焊等。壓焊主要是向被焊接物施加壓力以完成焊接操作，常用的類型有氣壓焊、摩擦焊、爆炸焊等；熔焊主要是對被焊接物的接頭部位進行高溫處理直到完全熔化，且不可利用外力[2-3]?，F階段，在船舶制造過程中，鋼板是使用最多的材料，因此應根據鋼板材料和厚度的不同，選用適宜的焊接工藝，如表1所示。

表1 鋼板材料對應的焊接工藝

2 船舶焊接工藝常見的缺陷類型

2.1 外部缺陷

飛濺與咬邊是目前船舶焊接工藝最易出現的外部缺陷。飛濺是由于焊接中采用過大的電流，再加上不當的操作而造成金屬溶液由焊縫熔池內向外逸出，從而飛濺到焊道外部，待冷卻后而產生的球狀殘渣；咬邊是由于電壓或電流過大、運條過快、不當操作等而造成焊縫邊緣位置形成凹陷，電弧長度過長同樣會引起咬邊。

2.2 氣孔缺陷

在船舶焊接時，若熔池內的氣體并未全部溢出，但是熔池卻已經凝固，會導致在已成型的焊縫中形成孔洞，該孔洞便是“氣孔”?；谒幉课坏牟煌?，氣孔主要有內部氣孔與表面氣孔兩種形式[4-6]。氣孔的形成會大幅壓縮焊縫的有效截面積，使焊縫的強度下降。此外，若表面有片狀的氣孔，還會對焊縫的美觀產生影響。因此，在船舶制造時，艙口圍板、外板等重點位置的焊縫不得有任何氣孔。

2.3 夾渣缺陷

夾渣缺陷主要是在船舶焊接完成后，焊縫中存在殘渣，這對焊縫的硬度有極大的影響，而且會導致密封性降低。造成夾渣缺陷的常見因素主要包括：在多道、多層焊接作業(yè)時，忽略了對各層道的清理；焊接作業(yè)開始前并未將坡口位置清理干凈；焊接速度過快或者過慢；選用的焊接材料品質較低，造成藥皮掉進熔池內等。

2.4 裂紋缺陷

裂紋缺陷對于焊接部位的牢固性和硬度有極大的影響。在船舶航行時，腐蝕性物質、水力沖擊以及氧化等因素會導致裂紋變大，甚至會導致焊接處發(fā)生斷裂[7]。引起裂紋缺陷的主要原因有兩點：一方面是不科學的焊接設計，另一方面是焊接材料的硫、磷成分含量較高。

2.5 變形缺陷

在船舶制造過程中，若焊接處發(fā)生變形缺陷，會對接口處的牢固性及整個船舶的穩(wěn)定性造成巨大影響，從而導致船舶部件韌性及強度大幅下降[8-9]。另外，變形缺陷還會對船舶制造的精準度造成影響，從而影響到船舶質量。

3 船舶制造中焊接工藝的改進對策

3.1 科學利用新型焊接工藝

現階段，在船舶制造中選用的焊接材料大致相同，這會對船舶的焊接效率產生影響。因此，在船舶制造過程中，由于各生產廠家的需求不同，其產品結構和所需的材料也有所不同。在此背景下，船舶制造模式也在不斷發(fā)展變化，且對船舶焊接工藝產生了極大的影響，相關行業(yè)對其個性化和定制化也有了更高的要求。因此，要想改進船舶制造焊接的方式，則應科學利用新型焊接工藝[10]。目前，國內船舶生產廠家已廣泛使用平面分段焊接的流水線，且配備有對應的新設施及新工藝，自動化水平顯著提升，船舶焊接效率有較大幅度的提高。此外，船舶生產廠家應做到科學利用新型焊接工藝，這樣不僅可以簡化焊接流程、有效降低焊接人員的工作強度，而且能夠提高船舶的焊接效率及質量。

3.2 持續(xù)更新船舶焊接技術

對船舶制造業(yè)的發(fā)展而言，首先應考慮技術手段的問題，如新型焊接技術是當前船舶制造業(yè)最應引起重視的問題，需持續(xù)更新船舶焊接技術。在船舶制造過程中，高附加值船舶與普通性船舶間可能會發(fā)生或多或少的矛盾，因此需保持高度重視。正常情況下，在完成船舶焊接技術更新以后，需嚴格控制這種因素造成的影響，以促進船舶制造業(yè)又快、又好發(fā)展。與此同時，在船舶制造過程中，應著重關注各類船只的性能和作用，在具體焊接環(huán)節(jié)應根據實際狀況進行相應的焊接施工，只有這樣才可以確保船舶焊接的簡單性及便利性，從而加速船舶制造業(yè)的機械和自動化進程。

3.3 選用高品質的焊接材料

隨著經濟全球化的步伐日益加快，我國與其他國家的接觸也日趨頻繁。在推動我國船舶制造業(yè)高質量發(fā)展的過程中，應學習發(fā)達國家的先進制造技術。在船舶制造過程中，焊接材料的質量對于船舶焊接質量甚至是船舶整體質量都有著直接性的影響。因此，需選用高品質的焊接材料，這樣才可以切實增強船舶質量、延長船舶壽命。近幾年內，國內船舶制造企業(yè)為了確保船舶質量的提升，不斷縮小與西方發(fā)達國家間的差距，在具體制造環(huán)節(jié)中逐漸開始采用金屬粉型藥芯焊絲。此種類型的焊絲對于焊接人員并沒有較高的要求，不僅可做到全工位焊接，而且可以確保熔覆效率的最大化。同時，在船舶焊接作業(yè)時還能夠防止出現焊接飛濺狀況，從而滿足船舶制造業(yè)的有關規(guī)定要求。因此，在目前船舶制造業(yè)趨向于智能化、機械化和自動化發(fā)展的時代背景下，更應選擇使用品質高的焊接材料。除此以外，還可考慮將金屬粉型藥芯焊絲與以往大量運用的CO2焊接技術融合使用，從而提高船舶制造過程的焊接效率，保證船舶質量，提升我國船舶制造業(yè)的技術水平。

3.4 加大焊接檢驗力度

檢驗是船舶焊接作業(yè)的最終環(huán)節(jié)，因此應加大檢驗力度，及時發(fā)現并彌補缺陷，這樣才能確保船舶焊接的質量。在檢驗船舶焊接時，應對間隙、坡口等展開全方面的分析，再結合相應的工藝規(guī)范進行處理，才能夠保證后期工作有序完成。除此之外，還應進行氣壓試驗與水壓試驗，確保焊接氣密性符合標準要求，以防止船舶在航行過程中發(fā)生滲透問題。因此，對船舶制造焊接質量來說，應綜合考慮各方面因素，展開綜合性的檢驗，才能避免出現焊接問題。

4 關于船舶高效焊接工藝的設計

相關人員要以船舶焊接的基本參數需求為基礎，設計可用于船舶制造過程的高效焊接工藝，以達到船舶焊接高效化、環(huán)?；肮?jié)能化的目標，焊接工藝示意圖如圖1所示。

確定需要焊接的部位后，可利用碳弧氣刨與刨邊機制備坡口。其中，碳弧氣刨壓縮空氣的壓強不可超過0.8 MPa。在坡口制備完成后、開始焊接前，應對坡口的尺寸及所需裝配的質量進行嚴格檢查，以確定其是否滿足各方面的要求。若裝配質量和坡口尺寸不滿足要求，則需重新進行坡口制備；若裝配質量和坡口尺寸滿足要求，則應將坡口清理干凈，除去殘留的水漬、積碳、鐵銹以及油污等雜質。清理完成并檢驗合格后開始具體的焊接作業(yè)，在小組裝區(qū)中，通常使用半自動角焊或者是自動角焊；在拼板區(qū)中，通常使用雙絲熔化極活性氣體保護電弧焊（Metal Active Gas Arc Welding，MAG）；對于船體縱骨，通常使用裝焊一體化。最后使用“大合龍”工藝，對于雙層底與甲板的內底板對接縫，要以埋弧自動焊蓋面、CO2陶質襯墊焊打底。另外，在首尾部等線型變化幅度相對較大的位置，應選擇使用CO2氣體保護焊；在狹小或者密閉空間中，應選擇使用手工電弧焊。在焊接大合龍縫時，首先需焊接分段或者總段間的殼板對接縫，其次焊接結構間的對接焊縫，最后焊接殼板和結構的角焊縫。

5 結語

改進船舶制造工藝是提高船舶質量和降低生產成本的主要手段。焊接是船舶的制造過程中非常重要的一道工序，船舶焊接的質量將影響整只船的質量和制造成本，因此焊接工藝在船舶制造過程中起著無可替代的作用。但是，在船舶焊接中仍存在很多缺陷問題，如氣孔、夾渣、裂紋、變形等。因此，應通過科學利用新型焊接工藝、持續(xù)更新船舶焊接技術、選用高品質的焊接材料、加大焊接檢驗力度等途徑不斷改進船舶焊接工藝，這樣才能提高船舶制造質量。