探讨船体结构装配和焊接常见缺陷及处理方法

黄承旭

摘 要：笔者结合多年工作经验，深入分析船体结构装配和焊接中存在的主要问题，并针对性的提出应对策略和解决措施，希望给相关专业人员提供借鉴与参考。

关键词：船体结构；装配；焊接

1 船体结构装配中典型缺陷及应对

1.1分段或总段对接处肋距超差

船舶在建造过程中，为了使主尺度符合标准、规范的要求并保证船体强度，需要测量主船体的肋骨间距，例如分段内部肋骨间距以及总段与总段对接的大接缝处的肋骨间距，使其满足一定极限的误差值。如果超过极限值，将会危及船体的整体强度。对于大接缝处的补强措施，可以在其一定部位加装中间肋骨，或者将多条纵桁安置在相邻的两条肋骨之间。为了避免出现应力集中现象，纵桁的两端需要做一定加长。

1.2船体外板变形超差

船体外板的光顺度是评价船体结构质量的指标之一。根据设计要求，船体外形的建造精度需要控制在肋位跨度或一米长度内外板的不光顺度的误差。诸如常见的船首、船尾和较大的接缝区域，其船体外板的线型变化较差。在这些区域中，相邻部分以较大的线性变化曲率对接。不过，我们还是应率先使用建造夹具或者加工手段来校正外板的不平顺。至于外板中存在的较小范围的不平整区域，可以使用比肋骨尺寸稍小的扁钢来对其加固。而对于范围较大的不平顺区域，比如在相邻肋之间具有较大不平坦区域的外板，可以使用横向结构的横截面用于控制不平整度，横截面的两端应分别切割和过渡。

1.3外板上肋骨腹板与理论平面超差

如果是船舶大小中等以下，那么其船首、船尾段一般采取反造法施工，且其基准面为甲板。以此方式，当吊装框架进行定位过程中，如果框架轻微扭曲或与甲板中心线不垂直，则框架腹板与外板相接的角度将不满足规范。当框架腹板变形时，由于狭窄的结构空间，尤其是在焊接之后，所产生的缺陷难以校正，可以选择肘板加固。

1.4 船体结构节点构件连接尺寸超差

船体拥有复杂的内部结构，并且多种类型的组件在垂直和水平方向上相交，组成多个结构节点，典型的节点包括纵骨和肋骨相交，龙骨和壁板相交，横梁和纵桁相交。依此类推，如果这些节点在结构安装时不精确，则会导致结构安装节点间隙过大，从而使其难以焊接，导致船体结构强度降低。

(1)梁和肋之间的空隙超出一定范围，例如安装后两者间距离为30毫米。对于体积较小的船只，其间隙范围应严格控制在10毫米到20毫米的精度内。而对于超过规范的现象，作为应对方式，更换符合规范要求长度的肋。但由于肋骨与舷侧板焊接已结束，动用割炬切割会使该区域舷侧板因受热而产生局部变形，同时由于肋骨多了一条对接缝，将影响肋骨本身的强度。故可考虑适当加大肘板尺寸的办法予以补强，使肘板与肋骨相交的焊缝长度能满足原有焊缝长度的要求。

(2)当纵骨穿过组件时，切割过短导致安装间隙超出公差。对于体积较小的船舶，纵骨穿过肋板和横梁时，建造规定在接头处焊接纵向腹板和实肋板。但是，由于组装时的标记不正确，造成较大的切割缝隙，难以进行焊接。为了弥补该缺陷，一般可采用与实肋板或横梁等厚度的补板予以补强，补板尺寸可据该处纵骨大小而定。

(3)龙骨和横向舱壁都是船体的主要结构，他们间的空隙太大，影响了船舶的垂直和水平强度，尤其是作为连续构件的中内龙骨和旁内龙骨。在龙骨与横向舱壁相交的安装过程中，由于切割误差导致龙骨被切割过短，因此龙骨腹板、面板与横向舱壁对接间隙过大无法焊接。在这种情况下，如果对连续的龙骨进行切割和更换，将在重新安装和焊接、外貌和质量方面存在缺陷。如果该处多割的间隙不超过16mm，则采用加装垫板的方式进行补强就显得既方便又可行。垫板厚度大于等于龙骨板厚小于等于壁板板厚，其尺寸视该处中内龙骨尺度具体选用。如若多割的间隙较大，那么就不能随意增加垫板厚度，否则该节点将形成为应力点。此时应考虑采用割换300mm以上长度或其它工艺措施来消除其缺陷。

(4)船体上层建筑根部结构与甲板对接间隙太大，在建造过程中上层建筑通常作为一个整体直接放置安装在甲板上，围壁的加强筋根部与甲板之间的间隙会存在间隙过大现象，遇到这种情况，可以在加强筋根部与甲板之间安装肘板予以加固它。

2 船舶焊接中的常见缺陷及预防

2.1气孔

在焊接过程中，如果产生的气体在熔池内冷却之前未能及时排尽，形成的空隙叫做气孔。造成气孔现象出现的因素主要包括：坡口边缘洁净度较差，有水、油、锈等杂质；焊条以及助焊剂烘烤时间较短或未进行烘烤；芯部生锈或镀层劣化、脱落等。另外，使用低氢焊条过程中，焊接产生了较长的电弧，焊速和焊压过高都会容易出现气孔。气孔降低了有效焊缝的分布范围，对焊缝强度及密封性危害较大。

可以从以下几个方面进行预防和处理：①焊接过程携带钢丝刷、保温筒等必备工具；②焊前调试好焊机，电流调整至最佳状态。电流过大，母材、焊材合金元素烧损严重，易产生气孔；③正式焊接前，焊接部位必须严格清除铁锈、水份、油污等杂物；④打底焊采用小规格焊条并认真清理焊渣，盖面焊过程减少焊条横向摆动幅度（横向摆动幅度≤焊条直径×2.5 mm）；⑤整个焊接过程要求压低电弧，即短弧焊；⑥起弧时,先在焊缝起点前10mm处引弧,然后移至焊缝起点进行焊接；⑦抽风机不能对着焊接电弧吹；⑧不要选用药皮偏心、钢芯锈蚀、烘焙温度达不到要求的焊条。

2.2夹渣

夹渣是焊缝中的残余渣，夹渣对焊缝的力学强度及致密性会存在影响。导致夹渣出现的因素主要是焊缝边缘的好氧切割或碳弧气刨产生的残余渣，坡口角度不当，焊接电流过小及速度太快等。当焊条的酸碱性为酸性时，在电流及运条参数不恰当的时候容易变成“糊状焊渣”；而为碱性的时候，会由于长度超过限制的电弧以及错误的极性而形成炉渣。当使用埋弧焊来密封底部时，焊丝与焊缝中心会出现偏差，容易导致夹渣的出现。

避免出现夹渣的手段包括：①认真清理干净焊接部位的氧化渣。正式焊接前, 焊接施工人员采用钢丝刷将待焊部位各种杂物清理干净；②正式焊接前，焊接施工人员调试好各项焊接参数；③焊接过程中，焊条作适当的前后、左右摆动；④各层焊道焊接完成，认真清理干净焊渣。

2.3咬边

焊接边缘残存的凹陷叫做咬边，其产生主要是因为在焊接过程中，电流值较大，焊接角度不适，运弧过快等。焊件被埋弧焊熔融掉一部分，且补充金属不到位的情况下会导致咬边的情况，主要是因为焊接较快及焊接位置不平整导致的。对于船体中的承力处及承载动态载荷的部位，在焊接过程中应着力避免咬边的出现或者降低咬边的，因为其会降低母材接头的横截面，而致使焊接处应力过大。

为了避免咬边现象的发生，应该采取适当的埋弧焊施工要素，例如弧焊电流及运条方式应符合规范，保证焊接角度的准确性，控制焊接过程中的速度，焊接位置应保持平整等。

2.4未焊透、未融合

在焊接过程中，将焊缝的根部彻底熔透的情况叫做未焊透现象，而焊接时出现的部分未熔透的情况叫做未熔合。这两种情况均为较为危险的现象，由于不能完全焊透或熔合，因此容易出现间歇性变化或突然变化，影响焊接后的强度，严重时可以产生裂纹。所以在船体焊接过程中，不能让关键结构部位出现这些破坏现象。造成这些焊接问题的因素包括以下几方面：配件距离太近、凹槽角度太小、焊流太小、较大的焊条半径、电弧太长等。此外，引起边缘不合现象的原因还包括焊缝槽表层氧化膜和油渍未处理干净，以及熔渣流入该处导致金属之间的融合不佳或带材的不当处理。

可以从以下几个方面进行预防和处理：①坡口内焊渣、氧化渣必须认真清理干净；②焊接过程中，正确调整好焊条角度、操作手法；③正确调整焊接电流、焊接速度，焊接电流过小或焊接速度过快，均易产生未焊透；④封底焊前必须认真清理干净各种焊接缺陷。

结 语

综上所述，在船体结构装配和焊接中，为了避免出现缺陷或问题，必须要加强各工序间的联系，加强管理，严格按照生产工艺进行生产，确保船体结构装配与焊接的质量。

参考文献

[1]巩庆涛.船体大型结构装焊连续工艺模拟方法与应用研究[D].哈尔滨工程大学,2018.

[2]华文.船舶船体建造中焊接质量控制的研究[D].大连理工大学,2019.