船體建造中焊接檢驗(yàn)與質(zhì)量控制研究

倪勝全

（中國(guó)船級(jí)社實(shí)業(yè)公司南京分公司，江蘇南京 210011）

0 引言

船體建造是提升我國(guó)國(guó)防力量與經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化水平的重要一環(huán)，其在進(jìn)行焊接過(guò)程時(shí)易受氣候環(huán)境、溫度環(huán)境和工藝技術(shù)水平等因素的影響，出現(xiàn)夾渣、未熔合、未焊透或裂縫等缺陷，影響船體整體建造質(zhì)量，縮短零部件的使用壽命。相關(guān)檢驗(yàn)檢測(cè)人員應(yīng)根據(jù)焊接作業(yè)環(huán)境與工藝技術(shù)內(nèi)容，調(diào)整檢驗(yàn)方法與質(zhì)量控制措施，提升船體建造的焊接質(zhì)量水平。焊接檢驗(yàn)與質(zhì)量控制工作貫穿船體建造的整個(gè)過(guò)程，集中在焊接前、焊接中和焊接后。針對(duì)不同部位、不同階段，可供選擇的焊接檢驗(yàn)方法與質(zhì)量控制方法較多，不同檢驗(yàn)檢測(cè)方法的效果也不同。相關(guān)人員應(yīng)從實(shí)踐角度出發(fā)，辨識(shí)檢驗(yàn)方法與質(zhì)量控制措施的差異，合理選擇并提高方法、措施運(yùn)用的質(zhì)量效果，使船體焊接作業(yè)穩(wěn)定高效[1]。

1 船體建造中的焊接檢驗(yàn)方法

船體焊接檢驗(yàn)方法主要有目視及無(wú)損檢測(cè)。應(yīng)根據(jù)焊縫等級(jí)、焊接部位、焊接質(zhì)量等要求合理選擇。

1.1 外觀(guān)檢驗(yàn)方法

（1）著色滲透檢測(cè)。利用毛細(xì)管原理發(fā)現(xiàn)船體焊縫表面是否出現(xiàn)開(kāi)口裂縫與開(kāi)孔，該檢驗(yàn)方法不會(huì)對(duì)船體造成損害，只需將滲透劑去除，涂抹顯像劑就可確定焊接表面的裂縫形狀[2]。檢測(cè)前需清理焊縫及檢測(cè)表面的鐵銹、油污、殘?jiān)?；檢測(cè)中保持檢測(cè)部位處于滲透劑潤(rùn)濕狀態(tài)，滲透液去除時(shí)應(yīng)擦拭干凈（順一個(gè)方向）并干燥；噴涂顯像劑時(shí)需遵循均勻性原則，時(shí)間控制在30 min 以上，以使?jié)B透檢驗(yàn)法的運(yùn)用效果充分發(fā)揮[3]。該方法缺陷顯示直觀(guān)，但檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，也不適用于檢測(cè)因外來(lái)因素造成開(kāi)口被堵塞的缺陷。溶劑去除型著色檢測(cè)過(guò)程：表面處理→滲透劑施加→去除→干燥→顯像→觀(guān)察及評(píng)定→后清洗及復(fù)驗(yàn)。

（2）磁粉檢驗(yàn)方法。磁粉檢測(cè)也能發(fā)現(xiàn)鐵磁性材料焊縫（包括熱影響區(qū)）表面或近表面的裂紋和其他缺陷，檢測(cè)靈敏度較高，可發(fā)現(xiàn)微米級(jí)寬度的小缺陷，檢測(cè)速度快，工藝簡(jiǎn)單。但檢測(cè)靈敏度與磁化方向有關(guān)，缺陷方向與磁化方向近似平行或夾角小于20°時(shí)就很難被檢出。檢測(cè)完成后需對(duì)有較大剩磁的工件進(jìn)行退磁處理，否則易對(duì)精密儀表或設(shè)備的精度產(chǎn)生影響，焊接時(shí)也會(huì)造成磁偏吹、咬邊、未熔合等缺陷。連續(xù)濕式磁軛法檢測(cè)過(guò)程：磁化→施加磁懸液→觀(guān)察及評(píng)級(jí)→退磁→后處理。

（3）目視檢測(cè)。目視檢測(cè)是用人眼或借助于目視輔助器材（焊縫檢驗(yàn)尺、放大鏡等）對(duì)被檢件進(jìn)行的檢測(cè)，能夠觀(guān)察焊縫接頭的表面狀態(tài)、配合面的對(duì)準(zhǔn)、變形或開(kāi)裂等。此檢驗(yàn)方法方便、直觀(guān)，但不能發(fā)現(xiàn)特別細(xì)小的表面缺欠，也不能發(fā)現(xiàn)焊接內(nèi)部缺陷，需借助其他檢測(cè)手段進(jìn)行焊縫整體質(zhì)量的檢驗(yàn)檢測(cè)。

1.2 內(nèi)部檢驗(yàn)方法

（1）超聲波檢測(cè)技術(shù)。它利用儀器發(fā)射超聲波，對(duì)缺陷反射回的反射波信號(hào)波形進(jìn)行分析，以確定焊接零部件內(nèi)部是否存在氣孔、未熔合、未焊透或裂縫等缺陷。此方法對(duì)面積型缺陷檢測(cè)率較高，缺陷定位較準(zhǔn)確，檢測(cè)成本低、效率高，對(duì)人體及環(huán)境無(wú)害。但對(duì)缺陷的精確定性或定量需深入研究，對(duì)檢測(cè)人員技術(shù)能力要求較高，對(duì)形狀復(fù)雜或不規(guī)則外形的工件、粗晶粒工件檢測(cè)時(shí)有一定困難，缺陷的位置、取向和形狀對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較大。

（2）射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)。此方法也是對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)的方法之一，根據(jù)射線(xiàn)對(duì)材料中完好部位與存在缺陷部位對(duì)射線(xiàn)的吸收、衰減程度的不同，使底片感光成不同黑度的圖像來(lái)進(jìn)行評(píng)判（圖1）。該檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)容易形成局部厚度差的缺陷，對(duì)氣孔和夾渣類(lèi)缺陷有很高的檢出率，有底片進(jìn)行記錄焊縫缺陷信息，較直觀(guān)且可長(zhǎng)期保持。但存在以下缺點(diǎn)：①檢測(cè)程序較多，如裝片、現(xiàn)場(chǎng)布片、底片暗室處理及評(píng)定等；②檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法以低成本、高效率狀態(tài)完成檢測(cè)工作；③當(dāng)焊接缺陷重疊時(shí)，也無(wú)法準(zhǔn)確分辨；④從操作安全性上，射線(xiàn)的發(fā)射會(huì)對(duì)人體健康造成一定傷害，需消耗成本采用防輻射處理[4]；⑤對(duì)裂紋類(lèi)缺陷檢出率受透照角度的影響，不能檢出垂直于透照方向的薄層缺陷，如鋼板分層；⑥檢測(cè)工件厚度受設(shè)備穿透能力限制。

（3）相控陣檢測(cè)技術(shù)（PAUT） 和衍射時(shí)差法（TOFD）。相控陣檢測(cè)是對(duì)陣列探頭的不同單元在發(fā)射或接收聲波時(shí)施加不同的時(shí)間延遲（發(fā)射電壓幅度）規(guī)則——聚焦法則，通過(guò)波束形成實(shí)現(xiàn)檢測(cè)聲束的移動(dòng)、偏轉(zhuǎn)和聚焦等功能的超聲成像檢測(cè)技術(shù)。衍射時(shí)差法是依靠聲波在缺陷（主要為內(nèi)部缺陷）的端部產(chǎn)生衍射信號(hào)，通過(guò)對(duì)其的定量分析，可得到缺陷的高度、深度、長(zhǎng)度等信息。兩種檢測(cè)方法均可對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄，檢出率更高，特殊部位檢測(cè)時(shí)檢測(cè)效率更高，對(duì)缺陷定性、定量更精確等，使其在船舶檢測(cè)中應(yīng)用的越來(lái)越多。目前主要用于對(duì)船體厚板部位（射線(xiàn)不能穿透、超聲檢測(cè)工藝繁瑣等）和管對(duì)接焊縫檢測(cè)，可部分或全部替代射線(xiàn)檢測(cè)進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。

由上述分析可以看出，可供選擇的船體焊接檢驗(yàn)方式、方法較多，質(zhì)量控制人員應(yīng)結(jié)合焊接部位、焊接特點(diǎn)等進(jìn)行選取，以提高船體整體質(zhì)量，降低質(zhì)控措施開(kāi)展難度。

圖1 焊縫射線(xiàn)照相

2 船體建造中焊接的質(zhì)量控制策略

2.1 焊接前的要素控制

（1）原材料。①船體使用的鋼板應(yīng)經(jīng)船級(jí)社認(rèn)證且具有產(chǎn)品證書(shū)，船廠(chǎng)應(yīng)對(duì)來(lái)料鋼板進(jìn)行抽檢，進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)或力學(xué)性能試驗(yàn)，確保鋼板性能符合設(shè)計(jì)圖紙要求；②焊條、焊劑均需通過(guò)相關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)證并有合格證書(shū)，焊材應(yīng)按照材料制造商提供的可允許的最低溫度和最高相對(duì)濕度要求進(jìn)行存儲(chǔ)，務(wù)必做到防水、防潮、防銹，每年度均應(yīng)進(jìn)行熔覆金屬力學(xué)性能試驗(yàn)和化學(xué)成分分析，確保焊材滿(mǎn)足焊接使用要求。

（2）焊接設(shè)備。保證選用的焊機(jī)在焊接過(guò)程中焊接電流及電壓穩(wěn)定，可靠性好。焊接時(shí)應(yīng)根據(jù)鋼材材質(zhì)及焊接位置的不同，選擇合理的焊接方法及焊材。

（3）焊接人員?，F(xiàn)場(chǎng)焊接人員需具備相應(yīng)的焊工資格證書(shū)，管理或監(jiān)督人員應(yīng)對(duì)焊工資質(zhì)進(jìn)行抽查，以保證焊接工人焊接的船體部位或構(gòu)件在資格證書(shū)授權(quán)范圍內(nèi)。對(duì)于技術(shù)要求高的焊接部位，相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員可對(duì)焊工進(jìn)行額外培訓(xùn)和考試。

（4）焊接工藝評(píng)定。船體建造前應(yīng)消化設(shè)計(jì)圖紙中的技術(shù)要求，制定各類(lèi)焊接位置、焊接方法等的焊接工藝文件。選用合格焊工按照制定的工藝指導(dǎo)文件進(jìn)行試板焊接，并對(duì)焊接完成后的試板進(jìn)行外部和內(nèi)部缺陷檢查，截取焊縫中合格部位進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)（一般為拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊性能試驗(yàn)），根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)焊接工藝進(jìn)行確認(rèn)和調(diào)整，確保編制的焊接工藝文件滿(mǎn)足船體建造要求。

2.2 焊接過(guò)程中的質(zhì)量控制

質(zhì)量控制是焊接過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)，與“人、機(jī)、料、法、環(huán)”5 個(gè)因素相關(guān)，應(yīng)對(duì)各要素進(jìn)行監(jiān)控。

（1）人員。對(duì)焊接工人應(yīng)崗前培訓(xùn)，并確保其持有相關(guān)焊工證書(shū)。加強(qiáng)焊工質(zhì)量意識(shí)教育，提高其工作責(zé)任心。

（2）設(shè)備。對(duì)焊接設(shè)備在使用前必須進(jìn)行檢查和試用，確保設(shè)備在焊接時(shí)的穩(wěn)定性及可靠性。檢查設(shè)備上電流表、電壓表、氣體流量計(jì)等儀表是否準(zhǔn)確。

（3）焊接材料。焊接前應(yīng)確認(rèn)使用的焊材類(lèi)別、牌號(hào)與工藝文件中的要求一致；使用的保護(hù)氣孔純度應(yīng)滿(mǎn)足焊接使用要求；需烘干的焊條應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行烘干并放置在保溫筒內(nèi)，隨用隨?。缓附z表面應(yīng)光潔，無(wú)銹蝕；焊劑干燥，如受潮應(yīng)烘干后使用等。

（4）焊接工藝方法。嚴(yán)格按照評(píng)定合格的焊接工藝文件要求進(jìn)行裝配、焊接，焊工不得隨意改變焊接參數(shù)。裝配精確度直接關(guān)系焊后構(gòu)件尺寸的準(zhǔn)確性，焊接參數(shù)設(shè)置直接影響焊縫質(zhì)量。

（5）環(huán)境。環(huán)境溫度、氣候等也會(huì)對(duì)焊接過(guò)程產(chǎn)生影響。在低溫地區(qū)焊接時(shí)可能需對(duì)焊接部位焊前預(yù)熱、焊后保溫，防止產(chǎn)生裂紋；大雨天氣、濕度過(guò)高時(shí)不宜焊接，易產(chǎn)生氣孔缺陷；大風(fēng)天氣對(duì)氣體保護(hù)焊影響較大，若不采取相應(yīng)的遮擋措施，會(huì)降低對(duì)焊縫區(qū)域的保護(hù)，造成焊縫材料氧化、產(chǎn)生氣孔等缺陷。

2.3 焊接完成后的質(zhì)量控制

（1）焊縫尺寸檢查。如焊腳高度、余高高度、焊縫寬度等，對(duì)不符合設(shè)計(jì)圖紙要求的焊縫進(jìn)行重焊或補(bǔ)焊。

（2）對(duì)焊逢表面進(jìn)行檢驗(yàn)?？墒褂弥背摺⒂螛?biāo)卡尺和焊接檢驗(yàn)尺等工具輔助檢查，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)邊、咬邊、焊瘤等外觀(guān)缺陷并及時(shí)處理。對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查時(shí)，需根據(jù)實(shí)際情況采用合適的檢測(cè)方法來(lái)保證船體焊縫質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

船體建造的焊接質(zhì)量，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況與檢驗(yàn)?zāi)康牟捎孟鄳?yīng)的檢驗(yàn)方法，分階段開(kāi)展質(zhì)量控制工作，如拼板焊接時(shí)的焊縫檢測(cè)，分段建造時(shí)對(duì)分段整體進(jìn)行檢驗(yàn)，分段合攏時(shí)對(duì)合攏口進(jìn)行檢驗(yàn)，及早發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題?？筛鶕?jù)檢驗(yàn)、檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整焊接工藝或焊工，只有這樣才能使焊接質(zhì)量穩(wěn)定，船體整體質(zhì)量可控，進(jìn)而提升船舶行業(yè)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展水平。