浅谈船舶在建造过程中的焊接工艺及质量控制

1、南通航运职业技术学院船舶与海洋工程系毕 业 论 文浅谈船舶在建造过程中的焊接工艺及质量控制专 业：学 号：学生姓名：指导老师：时 间：浅谈船舶在建造过程中的焊接工艺及质量控制*（南通航运职业技术学院船舶与海洋工程系 钢结构3101）摘 要焊接作为现代先进制造业的重要工艺工种，受到广泛关注，在船舶的建造过程中，焊接技术是其中的关键技术，在许多重要的焊接结构中，焊接质量不合格和接头强度韧性不足导致整个焊接结构失效，造成了巨大的损失。随着现代工业及其他各领域的生产需要，焊接技术不断进步。焊接技术的质量决定了反应船体建造质量。所以，研究和开发自动化、机械化的高效焊接技术就成为造船企业提高造船质量和生产

2、率，降低生产成本的目标。焊接技术在工业应用的历史不长，但是它的发展却是非常迅速的。在短短的几十年时间里，焊接已广泛应用于许多工业部门的金属结构中。本文可分为浅谈船舶在建造过程中的焊接工艺和质量检验、控制两个部分。通过对常用焊接工艺方法的介绍，了解各焊接工艺的一般操作流程和需要注意的问题，并对实施焊接工艺过程中常出现的焊接结构缺陷进行分析，确定焊接缺陷的处理方法。限于本人的知识水平，本说明书中的缺点和错误在所难免，恳请各位老师批评指正。关键词：焊接工艺 质量控制 焊接缺陷 生产率 处理方法abstractwelding as an important technology of modern a

3、dvanced manufacturing jobs, has been widely attention, in the process of construction of the ship, the welding technology is one of them， the key technologies in a number of important welding structure, welding quality is not qualified and joint strength toughness is insufficient failure, cause the

4、entire welding structure became a huge loss. with modern industrial production requirements, and other various fields, welding technology progress. the quality of the welding technology determines the anti hull construction quality. so, the research and development of automation, mechanization, high

5、 efficient welding technology becomes the shipbuilding enterprises improve the quality of shipbuilding and manufacturing rate, reduce the production cost. welding technology in the industrial applications of short history, but its development is very rapid. in just a few ten years, welding has been

6、widely used in metal structure in many industrial departments.this article can be divided into the introduction to ship under construction in the process of welding technology and quality inspection and control two parts. through to the commonly used welding method，introduction, understand common op

7、eration process of the welding process and the problems need attention, and the implementation of the welding process, welding structure defects were analyzed, and the processing method of the weld defects.limited to my knowledge level, the shortcomings and errors in this manual is inevitable, ask e

8、verybody the teacher criticized the correction.keywords: welding process,qualitycontrol,weld defects,productivity,handling method.目 录一、船舶在建造过程中的焊接工艺.1（一）手工电弧焊焊接工艺.1（二）气体保护焊焊接工艺 . 2（三）埋弧焊焊接工艺.3二、船舶在建造过程中的质量检验和质量控制.5（一）船舶在建造过程中的质量检验.5 1、焊前检验.5 2、焊接过程检验.5 3、焊后检验.6 4、焊缝内部质量检验.6 （二）船舶在建造过程中的质量控制.7 1、焊接结构

9、设计的控制.7 2、焊接结构设计应注意的生产工艺条件.8 3、母材和焊接材料的质量控制.8 4、焊接方法和工艺的质量控制.9 5、焊接变形的矫正.11结束语. 12致谢词. 12参考文献. 13 一、船舶在建造过程中的焊接工艺（一）手工电弧焊焊接工艺手工电弧焊是船厂在焊接操作过程中非常重要的一种焊接方式，因其所使用的设备简单、操作方便灵活等特点，适应在各种条件下的焊接，特别适合于形状复杂的船体结构的焊接。虽然各种自动化的焊接方式在船厂生产过程中越来越普遍被采用，但手工电弧焊在船厂焊接操作中仍是不可缺少的一种焊接工艺。手工电弧焊示意图如下：手工电弧焊是利用电能，将焊件接头处加热到熔化状态，并添加

10、填充金属（焊条）完成焊接的方法。手工电弧焊的组成部分有：电焊机、焊接电缆、电焊钳、电焊条、电弧、需被连接的工件及观察电弧和熔池情况的面罩等。焊接时采用的电源有交流电和直流电两大类，一般会根据焊条的性质来进行选择。采用直流电焊接时，焊件与电源输出端正、负极的接法叫极性。焊件接电源正极，焊条接电源负极的接线法叫正接，也称正极性。反之，叫反接，也称反接法。手工电弧焊的焊接工艺参数：通常包括焊条、焊接电流、电弧电压、焊接速度等。焊接工艺参数选择得正确与否，直接影响着焊缝的形状、尺寸、焊接质量和生产效率。酸性焊条的焊接工艺性较好，对弧长、铁锈不敏感，且焊缝成形好，脱渣性好，广泛应用于船体一般结构的焊接。

11、而使用碱性焊条的焊缝中，它的力学性能和抗裂性能要比酸性焊条好，可用于船体重要结构的焊接，但是这类焊条的工艺性能较差，引弧不够稳定，飞溅较大，不易脱渣，必须采用短弧焊。手工电弧焊的基本操作技术：手工电弧焊的引弧技术：焊接开始时，将焊条的末端轻轻地接触工件，并迅速提起，且与工件的距离保持在3mm4mm，这样就会产生电弧，这个操作过程称为引弧。引弧一般有两种方法，直击法引弧和划擦法引弧。直击引弧时，先将焊条的末端对准焊缝,然后将焊条轻微的碰一下焊件，迅速将焊条提起到3mm4mm，即可完成直击引弧。划擦法引弧是先将焊条末端对准焊缝，然后将焊条在焊件表面划擦一下，在电弧产生后趁焊条金属还没有大量融化之前

12、，立即使焊条末端与焊件表面的距离保持在3mm4mm的范围，即完成划擦引弧。引弧时，如果焊条和工件黏在一起，可以晃动几下焊条，就可以使焊条脱离焊件。如果这个时候还不能脱离，应该放松焊钳，使焊接回路断开，等焊条冷却后折下即可。（二）气体保护焊焊接工艺 气体保护焊一种通过用焊丝与母材间产生的电弧热融化焊丝与母材后形成熔池，让气体从喷嘴喷出，形成一层保护气罩，对焊丝、电弧和熔池进行密闭保护，以防止空气的进入，从而获得良好的焊接接头的焊接方式。气体保护焊示意图如下：气体保护焊的设备主要由焊接电源、送丝机构、供气系统和焊枪4个部分组成。气体保护焊的引弧方法与手工电弧焊有很大的区别，引弧前，焊丝不与焊件直接

13、接触，焊丝的末端与焊件的距离维持在3mm5mm,然后按下焊枪开关，就会发生送电、送气、送丝的连锁动作，直至焊丝与焊件表面接触而发生短路，焊丝爆断，引燃电弧。气体保护焊的质量控制，如果操作不当，就会产生质量问题。采用药芯焊丝焊接时，焊缝的表面有时会出现较长的凹坑和气沟，产生的原因一般是由于焊丝药粉受潮，焊丝生锈或是陶质衬垫受潮，以及气体中含水量偏高等因素造成的。处理的方法是保持焊丝药粉和陶质衬垫的干燥，减少气体重的含水量。关于气沟的出现，在有风的场合作业出现的几率较大，特别是当风速达到2m/s的时候，气孔明显变多。因此，在有风的环境，应该有防风措施，此外，缩短喷嘴与焊件之间的距离也可以减少问题的

14、发生。横向对接缝焊接时，焊缝存在死角就会产生夹渣现象。因此，横焊时对焊接规范的选择很重要，严格要求操作技能，特别是与坡口边缘直接结合的焊道的余高越小越好，焊接电流切记过大。对于气体保护焊时出现的少量的裂纹，产生的原因是因为焊接电流过大，焊接的速度过快，造成焊道过薄，在焊接应力的作用下裂开。因此，气体保护焊的焊速不宜过快，在船体结构刚性较大的情况下，焊道的厚度因适当的增大。在气体保护焊时，做好安全工作也非常重要。应该预防触电，预防弧光，预防有害气体和烟尘的危害，做好用气安全。按照焊接工艺的操作规范去作业，佩戴好安全防护装备，以减少对焊工的身体危害。（三）埋弧焊焊接工艺埋弧焊是利用电弧作为焊接热源

15、的焊接方法，由于埋弧焊熔深大、焊速快、机械化操作生产率高等优点，因而特别适用于焊接船体结构中中等厚度板的长焊缝，是船舶建造过程中使用最为广泛的一种机械化焊接方法。埋弧焊可焊接低合金钢、不锈钢、碳素钢、耐热钢等。埋弧焊示意图如下：埋弧焊焊接时，电弧在颗粒状焊剂下层燃烧而完成焊接过程，由于电弧不外露，因而叫埋弧焊。在自动焊接时，有引弧、维持电弧稳定燃烧、送进焊丝、电弧的移动以及结束时填满弧坑等几项重要操作环节，完全是利用机械化操作完成。半自动时，焊机只能完成向焊接区给送焊丝和保持电弧稳定燃烧，但电弧的移动要靠手动来完成。埋弧焊时焊缝的形成过程示意图如下：埋弧焊焊接工艺的主要工艺参数有焊接电流、电弧

16、电压、焊接速度和焊丝直径等。一般焊接电流越大，熔深就越大，生产率就越高。电流过大熔深就越大，易产生高温裂纹。其它工艺参数也一样，要合理选择参数的值，以保证焊接过程中电弧的稳定。为了提高生产效率，在增加焊接速度的同时必须加大焊接电弧的功率，才能保证焊缝的质量。二、船舶在建造过程中的质量检验和质量控制（一）船舶在建造过程中的质量检验船舶焊接检验及其重要性：焊接接头的质量好坏直接影响产品的安全使用。在船舶主要焊接接头存在焊接缺陷时，船舶在航行过程中如遇恶劣天气，在海浪冲击等作用力下很可能会使船舶结构发生破坏，甚至导致整个船舶结构断裂。同样，在其它焊接结构存在焊接缺陷时，也会造成重大的损失。因此，我们

17、认识到对焊接接头进行必要的检验，是保证焊接质量的一项有效举措。船舶焊接检验是近代物理学、化学、力学、电子学和材料科学为基础的焊接学科之一，其先进的检测方法是实现现代船舶在建造过程中的焊接质量控制和船舶安全运行的重要保证。焊接检验过程，基本上可以看做由焊前检验、焊接过程检验及焊后检验等组成。1焊前检验焊前检验主要是对焊前准备工作的检验，坚持以预防为主的方针，目的是最大限度的避免和减少焊接缺陷的产生，保证焊接工艺时的焊接质量。2焊接过程检验焊接过程也是形成焊缝的过程，还应包括后热及焊后热处理的过程。在使用焊接设备时，操作人员应充分接近焊接区域并随时调整焊接参数，以适应焊接参数的要求，因为焊工的积极

18、自检能够第一时间控制焊接的质量，把好质量关。焊接过程检验内容包括焊接规范检验、复合焊接材料、焊接顺序检验、检查焊道表面质量、检查后热和检查焊后热处理。焊接规范检验应注意不同的焊接方法应对应不同的检验内容和要求，但原则上应严格执行工艺。当因生产需要，需要更改焊接工艺参数时，应办理焊接工艺更改手续。在复核焊接材料时，若发现焊接材料有疑问应及时查找原始标记。确保材料的牌号及规格与规定相符。在焊接的过程中，合理的施焊顺序是减少焊接缺陷的一种有效措施，应注意施焊顺序和施焊方向的检查，注意施焊方向正确无误。在焊接过程中如遇到表面有裂纹、夹渣等缺陷时，应注意焊道表面缺陷的及时处理，以避免多层焊是缺陷的叠加，

19、造成更大的损失。焊后应立即对焊件的全部或是局部进行加热或保温使其缓冷，目的施焊为了防止产生延迟裂纹。注意检查后热的温度和后热的保温时间。在焊后热处理的过程中，应注意两个方面，分别是焊后正火热处理的检查和焊后消除应力热处理的检查。正火处理可以改善焊缝金属组织、细化晶粒、提高韧性。这些应严格按照热处理工艺要求去检查。3焊后检验焊接结构虽然在焊前和焊接过程中进行了相关的检验，但是由于在船舶建造过程中收到外界因素变化的影响，仍有可能产生焊接缺陷，一次必须进行焊后检验。其内容主要有：外观检验、无损检验、力学性检验、金相检验、焊缝晶间腐蚀检验、焊缝铁素体含量检验、致密性检验、焊缝强度检验。4焊缝内部质量检

20、验焊缝内部质量检验在焊缝焊接尺寸与表面质量所发现缺陷修补完成、复检合格后进行。焊缝的内部质量检验可采用射线、超声波或其它适当的方法（如对焊缝表面或接近表面的内部缺陷，可采用渗透探伤或磁粉探伤的方法）进行无损检测。射线照相探伤的目的是发现物体内部缺陷，消除焊接工艺隐患，保证产品质量。它是利用射线的衰减、电离、荧光、照相等特点，通过观察照相底片上所呈现的缺陷影像来判断焊缝内部缺陷的性质、位置及大小，并根据有关技术工艺的评定标准来判定焊缝质量的等级。超声波探伤是利用探头在焊缝两侧向焊缝发出超声波，在遇到焊接缺陷时会发生反射，再根据发射波来判别缺陷的性质、位置及大小，并按照有关标准评定寒风的质量等级。

21、焊缝射线探伤直观，底片便于保存备查，是焊缝检查的主要方法，主要用于外板对焊缝及纵向构件的对接焊缝。但是射线探伤成本较高，而且效率也比较低。超声波探伤对裂纹、未焊透等缺陷敏感，主要用于角焊缝。但是超声波探伤效率高、成本相对其它检验方法较低，可以直接对船体板的焊缝进行百分之百的检验。船厂中通常是将射线照相与超声波探伤配合使用，当焊缝用超声探伤发现有质疑的部位时进行射线照相。最后确定缺陷的性质。这样既可提高检验的效率，保证检验的准确性，又能降低成本。（二）船舶在建造过程中的质量控制1焊接结构设计的控制作为焊接结构件的设计，必须考虑分析具体结构形式、技术条件、材料的焊接性能和焊接接头的分布等因素。结构

22、设计不合理是造成焊接结构件破坏的主要原因。（1）焊接结构设计的基本要求应满足以下基本要求：实用性：焊接结构必须达到产品所要求的使用功能和预期使用效果；可靠性：焊接结构在使用期内必须安全可靠，结构受力条件必须合理，能满足结构在刚度、强度、稳定性、耐腐蚀等方面的要求。工艺性：使生产焊接的结构件（包括焊前预加工、焊后热处理所用金属材料）具有良好的焊接性，具有焊接与检验的达标性等，并且易于实现机械化和自动化焊接。经济性：制造焊接结构时，所消耗原材料、能源和工时最少，其综合成本低，尽可能使结构外形美观。（2）焊接结构设计的原则为达到上述结构设计的基本要求，在设计焊接结构时遵循以下原则：合理选择和利用材料

23、所选用的金属材料必须同时满足强度、韧性等使用性能和加工工艺性能；在结构上有特殊性能要求的部位，可采用特种金属材料加工；对有防腐蚀要求的结构，可采用以碳钢为基体、以不锈钢为工作面的复合钢板；对有耐磨性要求的结构，可在工作面上堆焊耐磨合金。在划分结构零部件时，要考虑下料过程中合理排材料的使用，以减少余料，提高材料的利用率。合理设计结构形式 强度和刚度要求，尽可能在理想的受力状态下确定结构的几何形状和尺寸。要重视结构的整体设计，也要重视结构的细部设计。对于应力复杂或应力集中部位要慎重处理，如结构中的节点、断面部位等。减少焊接量尽量选用轧制型材以减少焊缝，可以利用冲压件代替一部分焊接件，必要时可以增加

24、壁厚，以减少加强筋的焊接，从而减少焊接量。对于坡口焊缝，在保证焊透的前提下选用填充金属量最少的焊接坡口形式。合理布置焊缝对称的焊接结构，焊缝应对称布置（或接近对称轴处），有利于控制焊接变形；要避免焊缝交叉和密集。在结构上焊缝交叉时，使重要焊缝连续次要焊缝中断有利于重要焊缝实现自动焊，以保证焊接质量。施工方便使结构上每条焊缝都能方便施焊和方便质量检验，焊缝周围要留有足够的焊接和质量检验的操作空间。尽量使焊缝都能在工厂中焊接，减少现场的焊接量。减少手工焊接工作量，扩大自动焊接工作量，对双面焊缝，操作方便的一面用大坡口，施焊条件差的一面用小坡口，必要时采用单面焊双面成形的坡口形式和焊接工艺，尽量减少

25、仰焊和立焊。利于生产组织与管理大型焊接结构采用部件组装的生产方式有利于组织与管理，因此，设计大型船舶焊接结构时，要进行合理分段。2焊接结构设计应注意的生产工艺条件（1）根据结构的技术条件，找出最优的焊接方法。（2）结构设计时，必须考虑焊接工艺的可行性，各种检测的可行性，焊接变形是否易于控制，焊工操作是否方便、安全，能否保证焊接质量。（3）焊接接头是整个焊接结构的关键部分，直接关系到焊接结构的质量好坏，因此，结构设计时必须选用合理的接头形式。接头几何形状尽可能不干扰应力分布，避免截面上有突变的接头。对于厚度不同的金属截面对接焊缝，接头设计时使两条中心线对直；或把较厚部分削斜，使接头与较薄部分厚度

26、相同。（4）焊接结构设计的一般程序（5）焊接结构设计的评审3母材和焊接材料的质量控制（1）焊接结构用材料焊接结构用材料是拟定焊接工艺规程的基本依据之一，也是决定焊接接头性能的主要因素。现代焊接结构多以等强、等韧性和等塑性原则设计的，即对接焊接接头性能的要求等同于所焊材料相应标准规定的下限值。因此，所焊材料的各项性能是评定焊接接头性能的基准。当焊接接头的任一侧面要接触腐蚀介质时，应采取必要的防护措施，如增加壁厚、消除应力等。在腐蚀或浸蚀介质中，考虑到焊后涂层所能起到保护作用时，接头的几何形状和粗糙度应当保证不存在可能引起腐蚀或浸蚀的区域。当使用环境中存在腐蚀、高温或低温以及由于气候条件所引起的某

27、些问题时，材料因素尤其重要。选择的母材基本原则应是根据产品设计要求，综合考虑材料的工作性能、加工性能和经济性，所使用材料能达到结构重量轻、易于制造和服役期内安全可靠。（2）焊接材料手工电弧焊手工电弧焊焊条在使用前应进行烘干（焊条说明书已申明不需或不能进行烘干的焊条例外）。通过烘干，可去除焊条药皮的吸附水分，脱水量主要取决于烘干温度及时间。一般焊条烘干不能超过三次，以免药皮变质或开裂而影响焊接质量，不同类型焊条的烘干温度不同。 co2气体保护焊一般将co2压缩成液体贮存于的钢瓶供使用，通常一罐钢瓶为40l，可装25kg液态co2，要求co2纯度大于99.5。co2焊丝既是填充金属又是电极，分为实

28、心焊丝和药芯焊丝。其中h08mn2sia焊丝是目前co2焊接中应用最为广泛的一种实心焊丝，具有良好的力学性能和防止气孔、减少飞溅特点。埋弧焊注意使用容量合理的弧焊电源。药芯焊丝对刚才适应性强，生产率高，对电流无特殊要求，电弧稳定，飞溅小，焊缝成型美观更容易获得优质焊缝，缺点是焊丝制造比较复杂送丝困难，烟尘较大，焊丝易腐蚀，粉剂易受潮。4焊接方法和工艺的质量控制（1）采取工艺措施反变形 焊前将构件装配成具有与焊接变形相反方向的预先反变形。反变形的大小应以能抵消焊后形成的变形为准。这种预制的反变形可以是弹性的、塑性的或弹塑性的。刚性固定将构件加以固定来限制焊接变形，对于刚度小的结构，可以采用胎卡具

29、或临时支承等措施，增加该结构在焊接时的刚度，以减少焊接变形量。结构的刚度越大，利用刚性固定法控制弯曲变形的效果较差，而对角变形及波浪形较为有效。这种方法虽然可以减少焊接变形，但同时却又增加了焊接应力。 选用合理的焊接方法及焊接参数焊接方法选用应根据各种焊接方法的特点和焊接结构制造要求，综合考虑其焊接质量、生产率、劳动条件、经济性和工艺可行性。选用能量密度较高的焊接方法，可以减少焊接变形。焊接热输入较小时，可以减少焊接变形，然而从焊接生产率来考虑，热输入又不宜过低。采用跳焊、逐步退焊等措施，可以影响焊接温度场，减少焊接变形量。选用不同的焊接参数，也可以控制及调节弯曲变形。例如，对于截面不对称的梁

30、，选用较小的焊接参数焊接远离截面中心轴的焊缝，可以调节梁的弯曲变形，以达到抵消其它焊缝所造成的弯曲变形。选择合理的装配焊接顺序构件在装配过程中，截面的重心位置在不断地变化着，因而影响焊接变形量。所以同样的构件，采用不同的装配焊接顺序，就有不同的变形量，通常将构件分成部件，分别装配焊接，其顺序应做具体分析，对于重要的构件还应进行模拟试验。分布在截面中心线两侧的焊缝，通常是先焊的一侧焊缝所产生的弯曲变形比后焊的一侧所产生的变形要大。所以，确定焊接顺序的原则是：焊缝少的一侧先焊，对于截面形状、焊缝布置均匀对称的构件，应当采用对称焊接施工。预拉伸采用机械的预拉伸、加热的预拉伸、或者机械的与加热的两种方

31、法同时使用的预拉伸，可以使薄板预先得到拉伸与伸长，这是在张紧的薄板上装配焊接骨架，可以很好地防止波浪变形。5焊接变形的矫正（1）机械矫正法采用手工、锤击、压力机等机械方法使构件的材料产生新的塑性变形，这就使原来缩短的部分得到延伸，从而矫正了变形。对于薄板拼焊件的矫正，常采用多轮碾压焊缝及其两侧使之延伸来消除变形。（2）火焰矫正法火焰加热所产生的局部压缩塑性变形，使较长的金属材料在冷却后缩短来消除变形，使用时应控制加热的温度及位置。对于低碳钢和普通低合金钢，常采用600-8000c的加热温度。由于这种方法需要对构件再次加热至高温，所以对于合金钢等材料应当慎用。火焰矫正的方法有以下三种：点状加热法: 多用于薄板结构，加热点直径d15mm，加热点中心距a为50-100mm。线状加热法:多用于矫正角变形、扭曲变形及筒体直径过大或椭圆度。三角形加热法:用于矫正弯曲变形。利用火焰矫正方法的注意事项：矫正变形之前应认真分析变形情况，制定矫正工作方案，确定加热位置及矫正步骤。认证了解被矫正结构的材料性质