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【摘 要】在船舶修造过程中，船体结构的焊接是一个极为重要的工序，但在实际的焊接过程中，常常会出现外板焊缝开裂的情况，给船体结构的修造工作带来一定的困难，进而影响船舶的正常使用。本文将通过案例分析来对船体结构修造过程中，存在的船体外板焊缝开裂情况进行分析，说明其开裂的原因，并给出相应的解决对策，从而提高船体结构焊缝的焊接质量，保证船舶的正常使用。
【关键词】船体外板；修造；焊缝开裂
0.前言
通常情况下，在对船体的外板进行分段合拢或维修更换时，往往会存在焊接方面的问题，尤其是在对船体外板及其肋骨、肋板、纵桁、纵骨等部位进行焊接的过程中，焊缝问题更为严重。
1.案例一
1.1某船体外板分段合拢概况
船厂对某船体外板分段进行合拢装配与焊接过程中，在船体的外板上发现焊缝开裂现象，其中有一条裂纹将船体外板中的一块板贯穿，裂缝的长度大约为300毫米。该船体外板所使用的钢板材质为A级，这种级别的钢材只有在温度为零下5℃以下时，才必须实行焊接前的预热。
1.2焊缝开裂原理分析
在对船体外板焊缝开裂位置进行理化性能试验与裂纹断面微观观察与宏观观察时发现，该船体外板所使用的钢材具备的强度较大、韧性与塑性较好，并且船体外板钢板的碳当量是0.36%；上述情况都表明：该钢材的焊接性能较好。在对其进行焊缝内部无损探伤检验时发现大量的焊接缺陷，然而这仅仅是造成船体外板焊缝裂纹发生的原因之一。船体外板分段的其它两条外板焊缝没有按照正确的焊接顺序进行焊接，构成了一个“丁”字焊缝，导致焊接接头部位产生了很强的拘束应力，这同样是造成船体外板焊缝出现裂纹的重要原因。由此可见，船体外板的裂纹来源于“丁”字焊缝与焊缝缺陷的周围，其产生了极大的应力，进而引发了裂缝。在产生焊接应力的前提下，因为该船体外板所使用钢板的韧性属于正常范围，焊接裂纹只是蔓延了230毫米，损害就终止了。这次船体外板发生焊缝开裂现象，与船体在进行分段合拢装配与焊接时，相关作业人员的技术操作与处理不到位，以及施工之前的准备工作没做好有一定的关系。
1.3相应的解决对策
在对船体结构进行焊接之前，应做好充分的准备，将船体外板校平及对焊缝加“马板”处理，并且进行船体外板焊缝表面的打磨与清洁工作，为焊接工作的有效进行打下基础。另外，在对船体结构进行焊接的过程中，必须清楚掌握每一道焊缝的具体焊接情况和焊接要求，及时清除焊缝内的杂质和缺陷。如果现场风速较大，那么就必须采取有效措施加以挡风。按照相应船级社规范中的有关规定，制定科学合理的焊接工艺和操作规程，确保在进行焊接时不会发生气体溢出或焊渣分离等情况，进而预防夹渣与气孔的出现。
2.案例二
船厂在对某船舶的船体外板进行维修更换时，外板对接焊缝采用CO2气体保护电弧焊进行焊接，CO2焊丝型号为GL-YJ502，规格为Φ1.2mm。外板对接焊缝焊接完成后，发现立焊焊接接头出现了裂纹，裂纹垂直于焊道，沿板材的轧制方向向一侧母材扩展约200mm。为搞清裂纹产生的原因，将一块带有焊接裂纹的钢材进行了检测和分析，采用母材焊接线能量估算、微观组织、宏观断口分析等方法，对其焊接工艺条件、母材组织性能及断口特征进行了深入研究。
据有关资料统计，高强度钢焊接产生裂纹90%属冷裂纹。但在具体工程实际中， 造成开裂的原因很复杂，分析裂纹产生的原因应全面综合考虑。从实验结果可以看出，在该钢板焊接中确实存在许多可能导致裂纹的不利因素。
2.1 氢的影响
在潮湿的环境中进行焊接，如果控制不当，会使焊缝中吸收大量的氢，工件表面有油污、铁锈清理不当会使接头增氢。在焊接过程中，由于电弧的高温作用，氢可分解为原子或离子状态，并大量溶解于焊接熔池中，由于随后的冷速较快，使氢来不及逸出而残存在焊缝金属内部，且处于过饱和状态，并逐渐向焊接热影响区扩散，在应力集中或缺口等有塑性应变的部位产生集中作用，而且还会引起扩散氢的集结，开裂部位的氢浓度明显大于原始氢浓度，即“应力诱导扩散”是产生裂纹的重要因素之一。依据现场提供的焊接情况和焊接顺序及裂纹产生的位置来判断，构件具有很大的刚性，而且船体外板焊前经过水火弯板处理，其构件内部必然存在很大的内应力。在施工过程中稍有强行装配、坡口角度位移、定位焊焊缝尺寸不合适等都有可能造成局部应力集中，特别是母材中存在一定缺陷，在光镜下观察裂纹形貌时，显示出了裂纹附近存在夹杂物，裂纹前端附近有小气孔，同时制备金相试样时亦发现母材中存在有肉眼可见的小气孔，最大的直径约1mm，由于气孔的存在割裂了金属的连续性，削弱了金属的有效截面积，且易造成应力集中，有利于裂纹的形成与扩展。
2.2 钢裂纹分析表明，裂纹应起源于焊接接头的热影响区，并向母材扩展，该裂纹为焊接冷裂纹。断口分析表明，断裂呈准解理和解理特征，裂纹扩展以穿晶为主，沿晶为辅。
2.3 宏观和微观观察发现，母材中存在一定数量的MnS、ALO等夹杂物，且在钢材表皮下有圆形和椭圆形小气孔。可以认为，母材的这些固有缺陷都有可能成为裂纹启裂的原因之一。
2.4 该船体外板焊接接头，受拘束应力较大，而且由于在海边潮湿环境施焊，使焊缝和热影响区中有增氢倾向，可认为这些都是诱发裂纹产生的原因。母材化学成分和力学性能复验表明，锰元素含量偏低，致使锰元素的强化作用削弱，是造成强度指标下降的原因。
3.结束语
综上所述，针对上述案例一中的情况，可以添加一个绕簧，以便去除应力回火这一环节；在完成扭簧镀锡之后，快速的将氢去除，且把去除氢的温度上升到170℃。而在案例二中，从材料组织性能、断裂特征与焊接工艺等方面分析了钢船体外板产生裂纹的原因，研究结果表明母材中杂物的偏聚、氢的影响和焊接拘束应力条件等综合因素的作用是产生裂纹的重要原因。
参考文献：
[1]王东华，王绍军，张相彬，汲长江，等.往复舱底泵轴系扭振分析及故障修复[J].船舶工程.2013（02）
[2]刘忠华.船用涡轮机增压器的常见故障及改进措施[J].科技创新与应用.2013（18）
[3]王宏锐.船用制冷设备的维护管理及故障分析[J].科技创新与应用.2013（18）
【关键词】船体外板；修造；焊缝开裂
0.前言
通常情况下，在对船体的外板进行分段合拢或维修更换时，往往会存在焊接方面的问题，尤其是在对船体外板及其肋骨、肋板、纵桁、纵骨等部位进行焊接的过程中，焊缝问题更为严重。
1.案例一
1.1某船体外板分段合拢概况
船厂对某船体外板分段进行合拢装配与焊接过程中，在船体的外板上发现焊缝开裂现象，其中有一条裂纹将船体外板中的一块板贯穿，裂缝的长度大约为300毫米。该船体外板所使用的钢板材质为A级，这种级别的钢材只有在温度为零下5℃以下时，才必须实行焊接前的预热。
1.2焊缝开裂原理分析
在对船体外板焊缝开裂位置进行理化性能试验与裂纹断面微观观察与宏观观察时发现，该船体外板所使用的钢材具备的强度较大、韧性与塑性较好，并且船体外板钢板的碳当量是0.36%；上述情况都表明：该钢材的焊接性能较好。在对其进行焊缝内部无损探伤检验时发现大量的焊接缺陷，然而这仅仅是造成船体外板焊缝裂纹发生的原因之一。船体外板分段的其它两条外板焊缝没有按照正确的焊接顺序进行焊接，构成了一个“丁”字焊缝，导致焊接接头部位产生了很强的拘束应力，这同样是造成船体外板焊缝出现裂纹的重要原因。由此可见，船体外板的裂纹来源于“丁”字焊缝与焊缝缺陷的周围，其产生了极大的应力，进而引发了裂缝。在产生焊接应力的前提下，因为该船体外板所使用钢板的韧性属于正常范围，焊接裂纹只是蔓延了230毫米，损害就终止了。这次船体外板发生焊缝开裂现象，与船体在进行分段合拢装配与焊接时，相关作业人员的技术操作与处理不到位，以及施工之前的准备工作没做好有一定的关系。
1.3相应的解决对策
在对船体结构进行焊接之前，应做好充分的准备，将船体外板校平及对焊缝加“马板”处理，并且进行船体外板焊缝表面的打磨与清洁工作，为焊接工作的有效进行打下基础。另外，在对船体结构进行焊接的过程中，必须清楚掌握每一道焊缝的具体焊接情况和焊接要求，及时清除焊缝内的杂质和缺陷。如果现场风速较大，那么就必须采取有效措施加以挡风。按照相应船级社规范中的有关规定，制定科学合理的焊接工艺和操作规程，确保在进行焊接时不会发生气体溢出或焊渣分离等情况，进而预防夹渣与气孔的出现。
2.案例二
船厂在对某船舶的船体外板进行维修更换时，外板对接焊缝采用CO2气体保护电弧焊进行焊接，CO2焊丝型号为GL-YJ502，规格为Φ1.2mm。外板对接焊缝焊接完成后，发现立焊焊接接头出现了裂纹，裂纹垂直于焊道，沿板材的轧制方向向一侧母材扩展约200mm。为搞清裂纹产生的原因，将一块带有焊接裂纹的钢材进行了检测和分析，采用母材焊接线能量估算、微观组织、宏观断口分析等方法，对其焊接工艺条件、母材组织性能及断口特征进行了深入研究。
据有关资料统计，高强度钢焊接产生裂纹90%属冷裂纹。但在具体工程实际中， 造成开裂的原因很复杂，分析裂纹产生的原因应全面综合考虑。从实验结果可以看出，在该钢板焊接中确实存在许多可能导致裂纹的不利因素。
2.1 氢的影响
在潮湿的环境中进行焊接，如果控制不当，会使焊缝中吸收大量的氢，工件表面有油污、铁锈清理不当会使接头增氢。在焊接过程中，由于电弧的高温作用，氢可分解为原子或离子状态，并大量溶解于焊接熔池中，由于随后的冷速较快，使氢来不及逸出而残存在焊缝金属内部，且处于过饱和状态，并逐渐向焊接热影响区扩散，在应力集中或缺口等有塑性应变的部位产生集中作用，而且还会引起扩散氢的集结，开裂部位的氢浓度明显大于原始氢浓度，即“应力诱导扩散”是产生裂纹的重要因素之一。依据现场提供的焊接情况和焊接顺序及裂纹产生的位置来判断，构件具有很大的刚性，而且船体外板焊前经过水火弯板处理，其构件内部必然存在很大的内应力。在施工过程中稍有强行装配、坡口角度位移、定位焊焊缝尺寸不合适等都有可能造成局部应力集中，特别是母材中存在一定缺陷，在光镜下观察裂纹形貌时，显示出了裂纹附近存在夹杂物，裂纹前端附近有小气孔，同时制备金相试样时亦发现母材中存在有肉眼可见的小气孔，最大的直径约1mm，由于气孔的存在割裂了金属的连续性，削弱了金属的有效截面积，且易造成应力集中，有利于裂纹的形成与扩展。
2.2 钢裂纹分析表明，裂纹应起源于焊接接头的热影响区，并向母材扩展，该裂纹为焊接冷裂纹。断口分析表明，断裂呈准解理和解理特征，裂纹扩展以穿晶为主，沿晶为辅。
2.3 宏观和微观观察发现，母材中存在一定数量的MnS、ALO等夹杂物，且在钢材表皮下有圆形和椭圆形小气孔。可以认为，母材的这些固有缺陷都有可能成为裂纹启裂的原因之一。
2.4 该船体外板焊接接头，受拘束应力较大，而且由于在海边潮湿环境施焊，使焊缝和热影响区中有增氢倾向，可认为这些都是诱发裂纹产生的原因。母材化学成分和力学性能复验表明，锰元素含量偏低，致使锰元素的强化作用削弱，是造成强度指标下降的原因。
3.结束语
综上所述，针对上述案例一中的情况，可以添加一个绕簧，以便去除应力回火这一环节；在完成扭簧镀锡之后，快速的将氢去除，且把去除氢的温度上升到170℃。而在案例二中，从材料组织性能、断裂特征与焊接工艺等方面分析了钢船体外板产生裂纹的原因，研究结果表明母材中杂物的偏聚、氢的影响和焊接拘束应力条件等综合因素的作用是产生裂纹的重要原因。
参考文献：
[1]王东华，王绍军，张相彬，汲长江，等.往复舱底泵轴系扭振分析及故障修复[J].船舶工程.2013（02）
[2]刘忠华.船用涡轮机增压器的常见故障及改进措施[J].科技创新与应用.2013（18）
[3]王宏锐.船用制冷设备的维护管理及故障分析[J].科技创新与应用.2013（18）