摘要

船体焊接工艺设计复杂，影响船体焊接质量工艺参数繁多，属于一种典型的焊接结构。焊接过程中引起的各种焊接缺陷及其可能引发的各种潜在安全问题，对企业和社会的发展至关重要。目前，大多数焊接工作人员只能通过手工查阅相关标准，以及查阅企业历史资料，结合自身经验完成焊接工艺设计，工艺设计效率难以提高。另外，由于不同的工作人员的能力、经验、工作习惯、责任心存在差异，使得焊接工艺规程标准化程度低，从而影响施焊工作开展。为了实现快速化、智能化焊接工艺设计，有必要提高焊接工艺设计的效率。本文针对船体结构的焊接工艺，主要以以下几个方面展开分析，一是介绍了船体的结构，焊接过程中出现的变形及缺陷，并阐述了解决措施；二是船舶焊接技术概述；三是提高焊接效率及改善焊接接头的性能的手段；四是典型船体的焊接工艺。

关键词：焊接工艺，焊接接头，船体

Abstract

Hull welding process design complex, affect the quality of hull welding process parameters is various, belongs to a kind of typical welding structure. During the welding process of welding defects and could cause all kinds of potential safety problems, is essential to the enterprise and the development of the society. At present, most of the welding workers only by manual refer to the related standard, and access to corporate history data, combined with their own experience to complete welding process design, technological design is difficult to improve efficiency. In addition, because of the different staff ability, experience, work habits, the sense of responsibility, the welding procedure specification standardization degree is low, which affects the welding work. In order to realize the rapidness, design of intellectualized welding process, it is necessary to improve the efficiency of welding process design. In view of the hull structure of welding technology, this paper mainly analyzes the following aspects, it is introduced the hull structure, appeared in the process of welding deformation and defect, and expounds the measures; The second is the welding technical overview; Three is to improve the welding efficiency and improve the performance of the welded joint of the instrument; Four is a typical hull welding process.

Keywords: Welding process, Welding joints, hull

窗体底端

目录

前言. 1

1.船体的结构组成. 2

2. 船体常用的焊接方法. 6

2.1 焊条电弧焊焊接技术. 6

2.2 埋弧自动焊技术. 6

2.3 CO2气体保护焊. 6

2.4 电渣焊. 7

3. 焊接接头的特点. 8

3.1 焊接过程. 8

3.2 焊接接头. 8

3.2.1 焊接接头的组成. 8

3.2.2 焊缝接头的形式. 8

3.3 影响焊接接头的因素. 9

3.4 焊接接头主要缺陷. 9

3.5 焊接接头组织与性能改善. 11

3.5.1 焊缝金属的组织. 11

3.5.2 焊缝组织对接头性能的影响. 11

3.6 焊缝组织的改善. 12

3.6.1 一次结晶组织的改善. 12

3.6.2 二次结晶组织的改善. 13

4. 焊接变形的概论. 14

4.1 焊接变形的种类. 14

4.2 焊接变形的影响因素. 15

4.3 预防焊接变形的措施. 15

4.3.1 焊缝尺寸和形状的选择. 16

4.3.2 减少不必要的焊缝. 16

4.3.3 合理的装配程序. 16

4.4 焊接缺陷的检验. 16

5. 船体结构焊接的工艺. 18

5.1 船体结构焊接工艺的总则. 18

5.2 焊接工艺的要求. 18

5.2.1 焊接材料的要求. 18

5.2.2 焊前预热要求. 19

5.2.3 预热与层间温度. 19

5.2.4 焊后热处理. 19

5.3 焊接节点应用要求. 19

5.3.1 板厚差削过渡边的要求. 19

5.3.2 焊缝最少间距要求. 19

5.4 拼板焊接要求. 20

5.5 工艺要求. 20

5.6 工艺过程. 20

5.6.1 板材的拼装. 20

5.6.2 型材与板材的拼装. 21

5.6.3 分段的焊接工艺. 22

5.6.4 组装合拢. 22

5.6.5 大合拢. 22

5.6.6 焊接顺序举例. 23

5.7 提高焊接效率的手段. 25

6. 船体焊接工艺实例分析. 26

6.1A36钢的化学成分及力学性能. 26

6.2 A36钢的焊接措施. 26

6.3 焊接工艺的确定. 26

6.3.1 焊接方法. 26

6.3.2 焊接材料. 26

结论. 29

致谢. 30

参考文献... 31

前言

焊接工艺对船舶建造有着重要意义，对焊接工艺投入精力去研究是造船业必须要面对的现实，我国造船业对焊接工艺的使用虽然日渐成熟，但在，与国外造船业发达的国家相比，先进工艺的研究上还有差距。

近十年来，我们船舶工业进入了高速发展期，船舶焊接工艺也取得了较大进步，焊接工艺在船舶制造业中的应用得到广泛普及，伴随的是焊接材料、焊接设备及焊接方法的不断更新优化。我国一些大型船厂采用了一些新的焊接工艺，比如焊接自动化、单面焊双面成型，焊接效率得以提高。在船台或船坞进行大合拢时，在保证焊接质量的前提下，缩短了船台和船坞周期，一些平直对焊缝也使用了CO2气电垂直自动焊工艺。随着焊接工艺的进步，焊接设备也与时俱进。国外很多船厂都使用CO2气保焊机，因为这种设备可以降低焊材的用量，人工成本也有所减少，对提高焊接效率、焊接工艺有着深远影响。船舶工业中焊接工艺的不断发展，对焊接的要求也更高。

世界造船的趋势向着大型化、多样化、高档化发展。我国船舶工业凭借低成本的优势，积极开拓国际市场，造船产量逐年提高，但是由于生产效率提高缓慢，以及国际竞争的加剧，低成本优势已不断减弱。因此如何快速响应市场变化，应用先进的制造技术，提高企业的国际竞争力，已经成为我国船舶建造企业迫切需要解决的问题。

焊接作为船舶建造的主要施工技术，广泛应用于船舶结构的制作和安装之中。焊接设备的先进与否，很大程度制约着船舶建造周期、建造能力。同时，焊接质量和效率也影响着船舶制造的质量、周期和成本。因此，高效优质的船舶焊接技术是实现我国船舶工业转型升级的重要影响因素，也是提高我国船企国际竞争力的重要因素。所以，有必要全面审视高效焊接技术的现状和存在的问题。高效焊接方法是指与常规药皮焊接手工电弧焊相比熔敷效率高、焊接速度快、操作方便且易于自动化的焊接工艺方法。高效焊接工艺方法的特点是生产效率高、焊接质量好、节约能源和材料。各种不同的高效焊接工艺方法各具特色。现在先进焊接设备应具有的特征是：高效、自动化程度高、低能耗、低污染。目前造船业采用的一些焊机在不同程度上具备了这些特征，这些焊机辅以各种辅机具和焊材，实现了自动化和高效化，加快了造船速度。面对新的机遇和挑战，对船舶高效焊接工艺进行综合分析研究是有着重要意义。

1.船体的结构组成

船体结构形式和船舶的类型有关，通常船体大致可分为主船体和上层建筑两部分。主船体部分主要由船首、船中、船尾组成；上层建筑部分有首楼、桥楼、尾楼及甲板室。

主船体是船体结构的主要部分，是由船底、舷侧、上甲板围成的水密的空心结构。其内部空间又由水平布置的下甲板、沿船宽方向布置的横舱壁和沿船长方向垂直布置的纵舱壁分隔成许多舱室。

主船体结构是指甲板及其以下的船体基本结构。通常将船体中最上一层从首至尾连续贯穿的甲板成为上甲板。

船体结构中除了首柱、尾柱及各种支柱等构件外，一般其结构是由板材和型材按一定的结构要求连接而成。用于支撑外板、甲板板、舱壁板、内底板以及平台板的一切型材统称为船体骨架。由板和骨架组成的近似平面结构称为板架结构，船体主要由船体板架结构、舷侧板架结构、甲板板架结构和舱壁板架结构。

各种类型船舶由于用途不同，其结构也不同，但是除了少数特殊用途的船舶外，大多数船舶的船体结构都由几种类似的基本结构所组成。

首先从外形来观察船体，如图1.1中可以看到整个船体可以以上甲板为界限分为主船体部分（上甲板及其以下部分）和上层建筑部分[1]。

图1.1货船的外形

Figure 1.1 Cargo ship shape

1-船甲板室 2-第五货舱 3-第四货舱 4-船中甲板室 5-第三货舱6-上甲板 7-第二货舱 8-第一货舱 9-首楼 10-首端 11-下甲板 12-船中部 13-尾端

a）

b)

c)

图1.2船体结构的基本组成

Figure 1.2 The basic composition of the hull structure

1—蜡柱;2—球鼻锚;3—锚链舱;4—艏尖舱;5—横舱壁，6—艏楼甲板;7—艏楼;8—甲板间

舱;9—货舱;10—双层底;11—上甲板;12—下甲板:13—机舱;14—轴隧;15—艇尖舱;16—舵机舱;17—艉楼;18—艉楼甲板:19—艇甲板;20—驾段甲板;21—罗经甲板;22—桅屋;23—舷侧;24—平板龙骨;25—舭部;26—梁拱

主船体部分的形状从上往下看呈流线型，中间宽、两端逐渐缩短。其中间由船长中点向前、向后各0.2L(L为船长)的范围内称为中部，前面靠近船头的0.15L范围称为首部，最后面的0.15L范围称为尾部。船长、船宽及船深相比较，尺度要大得多，船体形状是左右对称的。

上层建筑可根据其位置分为首楼、尾楼和桥楼（或首甲板室、尾甲板室和中甲板室），它们有单层的，也有多层的，客船的上层建筑比较庞大。

船体按照结构特征可分为船底部分、舷侧部分、甲板部分和首尾部分，在船体内部还有舱壁部分。船底部分位于船体的最下部，是整个船体的基础。它上面承载着整条船的全部重量，下面受到水对船的浮力，所以船底的结构是比较复杂。

船舶就像一座水上移动的高楼，这座大楼有许多层板楼，在船上叫做甲板。其中从首到尾的甲板称为连续甲板，最上一层连续甲板称上甲板，上甲板以下的连续甲板称为下甲板。上甲板和下甲板之间的空间称为甲板间舱，下甲板到船底之间的空间称为船舱。上甲板以上的上层建筑内也有几层甲板，其中，最高一层甲板通常布置罗经等导航仪器，称为罗经甲板；驾驶室所在的一层甲板称为驾驶甲板；布置救生艇的一层甲板称为艇甲板；旅客和船员居住的甲板一般称为起居甲板或游步甲板。如图1.3所示。

图1.3货船纵中剖面

Figure 1.3 cargo ship in a longitudinal cross-section

1-尾甲板室；2-下甲板；3-上甲板；4-起居甲板；5-罗经甲板；6-驾驶甲板；7-艇甲板；8-首楼；

9-首尖舱舱壁；10-舱壁；11-尾尖舱舱壁

为了合理安排和充分利用船体的内部空间，船体不仅要用甲板分成许多层，而且在每一层里，又用许多竖直方向布置的舱壁把空间分成若干舱室，如机舱、货舱、水舱、油舱和人员居住的舱室等。舱壁的数量是根据航海性能和使用要求所决定的，按布置方向舱壁又分为横舱壁和纵舱壁两种，处于船体横剖面上的称为横舱壁，处于船体纵剖面上的称为纵舱壁。如图1.3所示。首尾端的横舱壁还专门称为首尖舱壁（又称防撞舱壁）和尾尖舱壁。

船体的左右两个侧面称为舷侧，它把甲板和船底连接成一个整体，共同承受外力，而且与船底、甲板形成一个水密船壳，保证船舶的浮性。

2.船体常用的焊接方法

2.1 焊条电弧焊焊接技术

（1）焊条电弧焊的基本原理

焊条电弧焊是指用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。它是利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和焊件熔化，从而获得牢固的焊接接头。焊接过程中，药皮会不断的分解，熔化而生成气体及熔渣，保护焊条端部、电弧、熔池及附近区域，防止大气对熔化金属的有害污染。焊条芯也在电弧热的作用下不断熔化进入熔池，成为焊缝的填充金属。其特点是操作灵活、待焊接头配置要求低、可焊金属材料广泛、焊接生产率低、焊缝质量依赖性强[2]。

（2）使用范围

①全船仰位置的角接焊缝及少量的对接缝。

②局部困难位置及不能体现CO2气体焊优点的所有焊缝。

图2.1焊条电弧焊焊接技术示意图

Figure 2.1Schematic electrode arc welding welding technology

2.2埋弧自动焊技术

（1）埋弧焊的基本原理

埋弧自动焊是一种电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的电弧焊接方法。这种方法是利用焊丝与焊件之间的燃烧的电弧产生热量，熔化焊丝、焊剂和母材而形成的焊缝。焊丝作为填充金属，而焊剂对焊接区起保护和合金化作用。其主要特点是焊接生产率高、焊缝质量好、焊接成本低、劳动条件较好、不适合焊接薄板和短焊缝、难以在空间位置施焊。

（2）使用范围

①内底板、平直船底板、平行舯体舷侧外板、甲板、纵横舱壁板、平台板、上层建筑甲板、内外围壁板及其它平直板材拼板对接缝。

②分段合拢后处于水平位置的对接缝的盖面焊。

图2.2埋弧自动焊技术示意图

Figure 2.2Schematic submerged arc automatic welding technology

2.3CO2气体保护焊

（1）CO2气体保护焊的基本原理

CO2气体保护焊是指由送丝机构将盘状焊丝送到焊枪，焊丝自身作为电极与母材间产生电弧，并在CO2气体保护下，熔化焊丝及母材达到接头牢固连接的一种焊接方法。其具有的特点是：成本低、效率高、适用范围广泛、电弧稳定、飞溅小、操作灵活方便。

（2）使用范围

①所有环型大合拢对接焊缝。

②左右分段拼装合拢的纵向对接缝。

③其余外板平、立位置对接缝。

④有线型的角焊，长度和位置不适合进行自动焊的角接焊缝，对接焊缝、吊环等。

⑤肘板与内底板、外板的角焊缝，纵舱壁与内底板、甲板、横舱壁及横舱壁与内底板、甲板等的角焊缝。

⑥艏、艉段纵横向外板对接焊缝。

⑦艏、艉段纵横构件的角焊缝。

⑧上层建筑的平、立位置的对接缝及角焊缝。

图2.3 CO2气体保护焊示意图

Figure 2.3CO2 gas shielded welding

2.4电渣焊

（1）电渣焊的基本原理

电渣焊是指利用电流通过液态熔渣时所产生的电阻热，并使电极（焊丝或极板）和焊件熔化而形成焊缝的一种方法。其主要特点是适合于大厚度焊件的焊接、焊缝缺陷少、焊缝晶粒粗大。

（2）使用范围

主要用于中小厚度（40~50mm）和较长焊缝的焊件和环缝的焊接。

图2.4电渣焊技术示意图

Figure 2.4Electroslag welding technical sketch

3.焊接接头的特点

3.1焊接过程

熔化焊焊接过程的实质是指在热源的作用下，母材金属局部熔化并和熔化的填充金属混合而形成焊接熔池，当热源离开以后，焊接熔池温度迅速下降，并凝固结晶，形成焊缝。就钢材的熔化焊来说，一般经历一下过程：

加热→熔化→冶金反应→结晶→固态相交→形成接头。

总体来说影响焊接质量的主要过程是焊接热过程、焊接冶金过程、金属结晶和相变过程[3]。

3.2焊接接头

3.2.1焊接接头的组成

根据加热时金属所处的状态以及成分、组织和性能变化的情况，可将焊接接头分为三个区域：焊缝、熔合区、热影响区。焊缝、熔合区以及热影响区统称为焊接接头。焊接接头在整个焊接结构中是一个非常关键性部位，其性能优劣直接影响整个焊接结构的制造质量和整个使用安全性。

3.2.2焊缝接头的形式

用焊接方法将分散的金属零件结合成一体，构成一个接头，这种接头称为焊接接头。据两个板料结合位置的不同，焊接接头形式分为：对接接头、搭接接头、T型接头、角接接头、塞焊接头。

（1）对接接头两块板的端面位置相对配置，两板表面呈一条直线而结合的接头成为对接接头。对接接头在船体结构中是被广泛采用的焊接接头，用于连接底板、傍板、甲板等。按照两板的端面加工成不同的形状，对接接头分为I形（不开坡口）对接、V形对接、X形对接和U形对接。

（2）搭接接头是指两块要连接的钢板是一块叠在另一块上，在两板的顶端边缘进行焊接，这种接头被称为搭接接头，搭接接头适用于12mm以下的钢板，重叠部分的宽度为3~5倍的钢板厚度。搭接接头和对接接头相比较，除装配方便外，焊条、电能、工时消耗多、基本金属也浪费，还无法制造外形光滑的构件。基本上只有在薄板结构中还有少量的应用。

（3）T形接头一块钢板的端缘置放在另一块钢板的板面上进行焊接，构成T形结合的接头，称为T型接头。T型接头主要用于船体外板和内部肋骨、纵桁的连接。根据钢板的厚度和坡口形状的不同，T形接头可分为I形坡口（不开坡口）T形接头、单边V形接头（单面开坡口）T形接头和K形接头（两面开坡口）。在厚板的重要结构中，必须保证垂直板厚度方向全部焊透。

（4）角接接头是指两块钢板成直角，在两板的顶端边缘上进行焊接的接头，称为角接接头。根据钢板厚度和坡口形状、角接接头可分为I形坡口、单边V形坡口、V形坡口和K形坡口等。

（5）塞焊接头两块钢板重叠在一块钢板上开孔，利用孔和另一块钢板焊接，使两块钢板连接在一起，这种接头称为塞焊接头。在船体结构中，遇到两层钢板的面积较大时，通常采用这种焊接接头。

3.3影响焊接接头的因素

影响焊接接头的因素有很多，归纳起来有以下两个方面：

（1）力学方面的影响因素。主要有接头形状不连续性、焊接缺陷、残余应力和焊接变形；

（2）材质方面的影响因素。热循环引起的组织变化和热塑性变形循环影响的材质变化。此外，焊后热处理和矫正变形等工序也影响焊接性能。

3.4焊接接头主要缺陷

（1）焊缝外形尺寸和形状焊缝外表高低不平，焊波宽窄不齐，成形粗劣，焊缝外形尺寸过大等均属焊缝外形尺寸或形状不符合要求。产生的原因主要是焊件坡口角度不对，装配间隙不均，焊接电流过大或过小，运条速度不当和角度不合适等。防止措施是改善以上不足，尤其是填角焊更要经常注意焊条与母材的角度，以保证焊缝成形均匀一致[4]。

（2）咬边是由于焊接参数选择不当，或操作工艺不正确，使焊缝边缘留下的凹陷，称为咬边。咬边会减小母材的工作截面。而且可能在咬边处造成应力集中。船体的重要结构和船用高压容器、管道等，均不允许存在咬边。产生咬边的原因有焊接电流过大，运条速度过快或手法不稳，在填角焊时，造成咬边的主要原因是运条角度不准电弧拉得太长。防止产生咬边的措施是选择合适的焊接电流和运条手法，填角焊应随时注意控制焊条角度和电弧长度。

图3.1焊缝咬边示意和X射线探伤探伤图

Figure 3.1 bite edge signal and X-ray flaw detection detection figure

（3）焊瘤在焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属流。经常出现在立、横、仰焊焊缝表面，或无衬垫单面焊双面成形焊缝背面。焊缝表面存在焊瘤会影响美观，易造成表面夹渣。产生焊瘤的主要原因是运条不均。操作不够熟练，造成熔池温度过高液态金属凝固缓慢下坠；因此在焊缝表面形成金属瘤。立、仰焊时，采用过大的焊接电流和弧长，也有可能出现焊瘤。防止产生焊瘤的主要措施是掌握熟练的操作技术；格控制熔池温度；立、仰焊时，焊接电流应比平焊小10%~15%；用碱性焊条时，应采用短弧焊接；保持均匀运条。

（4）弧坑弧焊时因为或收弧不当，在焊道末端形成的低洼部分称为弧坑。由于弧坑低于焊道表面，并弧坑中常伴有裂纹和气孔等缺陷，因此焊缝严重削弱。产生弧坑的原因是熄弧时间过短，或焊接突然中断，焊接薄板时电流过大。防止产生弧坑的主要措施是在手工焊收弧时，焊条应作短时间停留或者几次环形运条。

（5）气孔焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成空穴。由于气孔的存在，焊缝的有效截面减小，过大的气孔会降低焊缝的强度，破坏焊缝金属的致密性。产生气孔的主要原因是坡口边缘不清洁，有水分、油污和锈迹，焊剂未按规定进行烘焙，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。防止产生气孔的主要措施有选择合适的焊接电流和焊接速度，认真清理坡口边缘水分、油污和锈迹，严格按规定保管、清理和烘焙焊接材料，不使用变质的焊条，当发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时，应该严格控制使用范围。

（6）夹渣焊后残留在焊缝中的熔渣。和气孔一样，由于夹渣的存在，焊缝的有效截面减小，过大的夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。产生夹渣的主要原因是焊件边缘有氧割或碳弧气刨熔渣，坡口角度或焊接电流太小，或焊接速度过快。在使用酸性焊条时，由于电流小或运条不当形成糊渣;使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。防止产生夹渣的主要措施是正确选择坡口尺寸，认真清理坡口边缘。选用合适的焊接电流和焊接速度，运条摆动要适当。多层焊时，仔细观察坡口两侧熔化情况，每一层都要认真清理焊渣。

图3.2 焊缝夹渣示意和X射线探伤图

Figure 3.2 weld slag signal and the X-ray flaw detection

（7）在焊透焊接过程中，接头根部未完全熔透的现象称为未焊透。还有一种未熔合的情况，即焊接过程中，由于焊接电流过大，焊条熔化过快，一旦操作不当，焊件边缘或者前一道焊层未能充分受热熔化，熔敷金属却已覆盖上了，造成熔敷金属未能很好和焊件边缘熔合在一起。未焊透是一种比较危险的缺陷，焊缝出现间断或突变部位，焊缝强度大大降低，甚至引起裂纹，因此，船体重要结构均不允许存在未焊透，一经发现，应予铲除、重新修补。产生未焊透的主要原因是焊件装配间隙或坡口角度太小，焊件边缘有较厚的锈蚀，焊条直径太大，电流太小，运条速度过慢以及电弧太长、极性不正确。防止产生未焊透的措施有合理选用焊接电流和速度，正确选取坡口尺寸，封底焊清根要彻底，运条摆动要适当，密切注意坡口两侧的熔化情况[5]。

图3.3根部未焊透示意和X射线探伤图

Figure 3.3 root incomplete fusion signal and the X-ray flaw detection

（8）裂纹它是船舶建造过程中，各类裂纹的总称。在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成新界面产生的裂缝。其通常分为热裂纹和冷裂纹。

①热裂缝是指在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到高温区产生的焊接裂纹，又称高温裂缝。其特点是焊后立即可见，并多发生在焊缝中心，沿焊缝长度方向分布。产生热裂缝的主要原因是焊接熔池中存在有低熔点杂质，由于杂质熔点低，结晶凝固最晚，而且凝固以后的塑性和强度又极低，所以当外界结构拘束力足够大时，由于焊缝金属的凝固收缩以及不均匀的加热和冷却作用，熔池中的低熔点杂质或在凝固的过程中就被拉开，或凝后不久被拉开，造成晶间开裂，即热裂缝。防止产生热裂缝的主要措施有把好材料关，凡用于建造船舶结构的钢材和焊接材料，都必须有验船部门的认可证书;严格控制焊接工艺参数，减慢冷却速度，遵守工艺规格，适当提高焊缝形状系数;尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂缝;认真执行工艺规程，选取合理的焊接程序，以减少焊接应力。

②冷裂缝指焊接接头冷却到较低温度时所产生的裂缝。这类焊缝可能焊后立即出现，也可能延迟几小时，几天甚至更长时间。焊缝和热影响区均可能产生冷裂缝。主要原因是在焊接热循环作用下，热影响区生成了淬硬组织，焊缝中存在过量的扩散氢，且具有浓集的条件，接头承受有较大的拘束应力。防止产生冷裂缝的主要措施是选用低氢型焊条，减少焊缝中扩散氢的含量;严格遵守焊接材料的保管、烘焙、使用制度，谨防受潮；仔细清理坡口边缘的油污、水分和锈迹，减少氢的来源。

图3.4 某船外板补焊裂纹工字裂纹

Figure 3.4 a ship plate crack repair welding crack work word

3.5焊接接头组织与性能改善

3.5.1焊缝金属的组织

在焊接热源作用下，熔化的母材和填充的金属形成焊接熔池。当焊接热源离开后熔池中液体金属逐渐冷却凝固形成焊缝。这中间经历了焊接熔池从液相向固相的转变和焊接熔池凝固以后焊缝金属从高温冷却至室温发生的固态相变。焊缝组织除与化学成分有关外，在很大程度上取决于焊接熔池的一次结晶和焊缝金属的二次结晶。

焊接接头的力学性能取决于其微观组织，而焊缝组织可以通过采用合适的方式得到改善［3］。

3.5.2焊缝组织对接头性能的影响

（1）一次结晶形态对接头性能的影响

焊缝的一次结晶形态对性能的影响是很明显的。一般来讲，粗大的柱状晶不但降低焊缝的强度，而且更重要的是降低焊缝的韧性。例如低碳钢用碱性焊条焊接的焊缝，晶粒越粗大，焊缝的冲击韧性值越低。柱状晶组织的粗细对一般低碳钢的影响还不太严重，但对不锈钢等材料的影响非常严重。此外，一次结晶形态对裂纹、夹杂、气孔以及耐腐蚀性等也具有严重的影响。热裂纹的微观特征是沿一次结晶的晶界开裂，故又称结晶裂纹。如纯奥氏体不锈钢，由于存在明显方向性的粗大枝状晶，因此，焊缝金属的热裂纹倾向十分敏感。此外，粗大枝状晶对于抗晶间腐蚀也有不利影响，对于某些奥氏体不锈钢的焊缝金属，常希望含有5％~10％的铁素体，打乱柱状晶的方向性，从而提高焊缝的抗腐蚀性能。

（2）二次结晶形态对接头性能的影响

由于焊缝的化学成分、焊接工艺条件和热处理方式的不同，焊缝金属的二次结晶也各不同。二次结晶组织直接影响着焊缝金属的性能。

从强度看，马氏体比其他组织的强度高；贝氏体的强度介于马氏体和铁素体加珠光体组织之间；铁素体和奥氏体的强度则较低。从塑性和韧性来看，奥氏体在温度下降时无明显的脆性转变现象，塑性和韧性较其他组织好；铁素体加珠光体组织次之；粒状贝氏体强度较低，但具有较好的韧性；下贝氏体具有较高的强度，又有良好的韧性；上贝氏体韧性最差；高碳马氏体硬而脆，几乎没有什么韧性；而低碳马氏体则具有相当高的强度和良好的塑性和韧性相结合的特点。从抗裂性来看，铁素体加珠光体组织和奥氏体抗裂性较好，奥氏体加少数铁素体双相组织比单相奥氏体具有更好的抗热裂性能；贝氏体、贝氏体加马氏体则对冷裂纹的敏感性最大。

此外，组织越细越均匀，其性能要比粗大而不均匀的组织好，低碳钢焊缝过热形成粗大的魏氏组织，将使塑性和韧性降低。

3.6焊缝组织的改善

3.6.1一次结晶组织的改善

具有同样化学成分的焊缝金属，由于结晶状态的不同，在性能上也会有很大差异。一般情况下，构件焊后就不再进行热处理，特别是一些大型结构，因此，应尽可能保证一次结晶后就得到良好的焊缝组织。在生产上用来改善一次结晶的方法很多，但归纳起来大体上由以下两类：

（1）变质处理

改善焊缝金属一次结晶的有效方法之一，就是向焊缝中添加某些合金元素，即所谓变质处理。根据目的和要求不同，可加入不同的合金元素，以提高焊缝金属的某些性能，特别是近年来采用了微量合金元素，大幅度地提高了焊缝强度和韧性。

从近年来的研究结果证明，通过焊条材料（焊条、焊丝、焊剂等）向熔池中加入细化晶粒的合金元素，如钼、钛、铌、铝、硼、氮、稀土等，可以使焊缝晶粒细化，改变结晶形态，即可提高强度和韧性，又可改善抗裂性能。因此，在焊接生产中经常被采用。近年来，国内许多单位研制的超低氢和低氢高韧性焊条已在生产上得到广泛应用。

（2）振动结晶

改善焊缝一次结晶组织的另一个方法就是振动结晶。通过破坏正在成长的晶粒，从而获得细晶组织。熔池金属在凝固期间如不断受到一定频率的振荡作用，不仅可以使柱状晶全部或部分消除，并且还有利于夹杂物和气体的浮出，也有利于化学成分均匀分布。根据振动的方式不同，可分为低频机械振动、高频超声振动和电磁振动等。

①低频机械振动。振动频率在每秒一万周次一下的属于低频振动。一般都采用机械的方式实现（振动器加在焊丝上或工件上），振幅一般都在2mm以下。这种振动的作用，所产生的能量可使熔池中成长的晶粒遭到机械的振动力而被打碎，同时也可使熔池金属发生强烈的搅拌作用，有利于气体和杂质的上浮和化学成分均匀，从而改善了焊缝金属的性能。

②高频超声振动。利用超声波发生器可获得每秒两万周次以上的振动频率，但振幅只有10-4mm。超声振动对改善熔池一次结晶，消除气孔、夹杂和结晶裂纹比低频机械振动更为有效。

③电磁振动。这种方法是利用强磁场使熔池中的液态金属产生强烈的搅拌，使成长着的晶粒不断受到冲洗，造成剪应力。这种作用一方面使晶粒细化，另一方面可以打乱结晶方向改变结晶状态。

3.6.2二次结晶组织的改善

提高焊接性能的重要途径除了一次结晶组织外就是改善焊缝二次组织。生产上采用的方法比较多，有的方法并不完全针对焊缝，而是改善了整个焊接接头的性能。常用的方法主要有以下几种：

（1）焊后热处理

一些重要的焊接结构，一般都应进行焊后热处理，例如珠光体耐热钢的电站设备、电渣焊的厚板结构以及中碳调质钢制造的焊接构件，焊后都要经过不同形式的热处理（回火、正火或调质）。应当指出，焊接热处理不仅改善了焊缝性能，同时也改善了整个焊接接头的性能，是充分发挥焊接结构潜在性能的有效措施。但对大型结构和一些高压管道，无法进行整体焊后热处理。例如，近年来对于大型球罐采用内部加热、外部保温进行整体焊后热处理比较成功，但对某些大型的复杂结构仍然困难。为此，常采用局部热处理来代替整体热处理。

（2）多层焊接

焊接相同厚度的钢板，采用多层焊接可以提高焊缝金属的性能。这种方法一方面由于每层焊缝变小而改善了一次结晶的条件，另一方面，更重要的原因是后一层对前一层焊缝具有附加热处理的作用，从而改善了焊缝的二次组织。

（3）捶击焊道表面

锤击焊道表面既能改善一次组织，也能改善二次组织，因为锤击可使前一层焊缝不同程度地晶粒破碎，使后层焊缝晶粒细化，这样逐层锤击焊缝就可以改善二次组织的性能，产生塑形变形而降低残余应力，从而提高焊缝金属的韧性。一般采用风铲捶击，锤击圆角1.0mm～1.5mm为宜，锤痕深度为0.5mm～1.0mm，锤击的方向及顺序应先中央后两侧，依次进行。

（4）跟踪回火处理

所谓跟踪回火，就是在每焊完一层后立即用气焊火焰加热焊道表面，温度控制在900°C～1000°C。如果手工电弧焊焊道的平均厚度约为3mm，则跟踪回火对前三层焊缝均有不同的热处理作用。最上层焊缝相当于正火处理，对中层焊缝进行约为750°C左右的高温回火处理，对下层焊缝进行了600°C左右的回火处理。所以，采用跟踪回火，每道焊缝在焊接过程中将经受两次正火处理和若干次回火处理，步进改善了焊缝的二次组织，同时也改善了整个焊接接头的性能，因此焊接质量得到显著提高。

4.焊接变形的概论

船舶建造过程中，焊接是一个非常复杂的过程，影响变形的不可知因素有很多，所以要根据实际情况来踩去相应的控制措施，以达到防止变形的目的。

4.1焊接变形的种类

焊后产生的变形与残余应力一般同时存在，在低碳钢的焊接结构中，焊接变形对焊接结构产的影响一般大于残余应力。在实际的结构中，焊件结构形式、焊缝数量、焊缝分布、焊接顺序的多样性特点，造成焊接过程中产生的焊接变形是比较复杂的。焊接变形一般分为总体变形与局部变形两大类。总体变形就是整个结构的尺寸或形状发生变化，通常以纵向及横向变形、弯曲变形和曲翘变形的形式出现。局部变形以局部区域出现角变形或波浪变形为主。此外，又可以将焊接残余变形分为平面内变形和平面外变形[5]。

（1）横向变形(横向缩短)是指垂直于焊缝方向发生的变形。对接接头横向收缩主要是由母材的横向收缩所致。母材在焊接加热过程中首先受热膨胀，当焊缝填料凝固时，母材金属由于温度的降低又必然会有一定程度的收缩，该收缩量就是对接接头横向收缩的主要组成部分。

（2）纵向变形(纵向缩短)是指焊缝及其附近变形区内，由于不均匀的受热引起的焊件沿平行于焊缝长度方向土的变形。

（3）回转变形是寸旨在焊接过程中，由于受热膨胀或冷却收缩引起的焊件局部在焊杯平面内转动，坡日间隙张开或闭合的现象。当从焊缝的一端向另一端逐步进行焊接时焊缝的未焊接部分要发生向外的移动，这就导致了回转变形的产生。

（4）角变形是由于横问收缩量在板厚方向的不均匀分布，引起沿焊缝中心线发生的弯曲变形。

（5）纵向弯曲变形是由焊缝纵向变形引起的，在通过焊缝中心线并与焊接垂直的平面内发生弯曲变形。

（6）扭曲变形主要是由已发生的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀引起的。

（7）压曲变形是薄板焊接时，焊后残余压应力使板材压曲而形成的波浪变形。

4.2焊接变形的影响因素

焊接结构中产生的焊接变形是一个比较复杂的问题，涉及的因素很多，并且往往是各因素综合作用的结果。主要包括以下几个方面的因素。

（1）焊接材料的性能。金属材料的物理性能对焊接变形有一定的影响，这种影响是材料本身特性引起的，与工艺因素无关。例如，对相同尺寸的结构、采用同样的焊接工艺条件，铝合金与钢板的收缩量是不同的，其主要原因是材料的物理性能不一样;而且，金属的相变对变形也有影响。

（2）板厚度的影响。不同的板厚度，会导致结构的温度场不同，进而会影响到焊接应力、应变的分布，因此焊接的变形也会受到影响。

（3）焊接工艺参数。焊接过程中，焊接工艺参数的不同会导致焊接热输入量不同，从而产生的焊接变形也不同。

（4）焊缝形式与焊缝分布的影响。实践证明，与双面V形坡口相比，单面V形坡口的对接接头会产生更人的横向收缩变形。随着根部间隙的增人，横向收缩量也明显增加；若焊缝在结构中布置的不对称，焊缝分布密集的趋于热输入量就比较人，该区域就会产生较大的变形。

（5）焊接顺序与焊接装配的影响。焊接顺序或者装配工序的不同也会影响到整个构件的焊接热输入以及温度场的分布，进而导致应变场不同。

4.3预防焊接变形的措施

4.3.1焊缝尺寸和形状的选择

焊缝尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小。焊缝尺寸大，不仅焊接量大，而且焊接变形也大。所以在设计焊缝尺寸时，应该在保证焊接质量的前提下，按照构件的板厚来选取工艺上尽可能小的焊缝尺寸[6]。

不同的焊缝坡口形式所需的焊缝金属相差很大，应该选用焊缝金属少的坡口形式，以有利于减小焊接变形。

船体焊缝的布置应和船体分段截面中性轴对称或接近截面中性轴，避免焊接后产生扭曲和过大的弯曲变形，防止两焊缝夹角过小或者对接焊缝与角焊缝过近等，焊缝位置尽可能对称于中心轴。而且，这对于减少梁、柱等此类结构的挠曲变形有良好的效果。

4.3.2减少不必要的焊缝

船舶设计时，要优先采用宽而长的钢板，尽可能的减少焊缝数量。在条件允许的情况下，通过采用压型等加工手段提高构件的刚性和稳定性，来减少因采用拼接或增加加强筋的焊接方式而产生的焊缝，进而减少焊接变形。船体分段的划分要考虑到焊接时采用各种工夹具和台架的可能性。尽可能的在紧固条件下进行船体分段的焊接可以减少变形。

4.3.3合理的装配程序

根据实际操作情况，设计合理的焊接顺序，方式及焊接参数。由于焊接线能量直接影响焊接残余变形的大小，因此可根据焊接构件的构造特点依次分别选择CO2气体保护焊、埋弧自动、手工电弧焊焊等。

4.4焊接缺陷的检验

焊缝缺陷的存在，严重影响着船体的强度和密闭性，因此利用不同方法对船舶焊缝进行检验，是保证船体建造质量的主要措施。焊接质量的检验方法，一般分无损检验和破坏检验两大类，采用何种方法，主要根据产品的技术要求和有关规范的规定[7]。

（1）无损检验方法

常见的有外观检查、密性试验和无损探伤等。外观检查是一种常用的简便质量检验方法，能够发现焊缝表面咬口、气孔、夹渣、焊接裂纹、弧坑、焊瘤以及焊缝的外形尺寸和形状不符合要求等外部缺陷。密性试验是一种检验船体致密性的试验方法。试验可根据船体结构不同的部分，分别采取灌水、充气、冲水、真空或煤油试验等方法。无损探伤分渗透检验、磁粉探伤、超声波探伤和射线照相探伤。

（2）破坏检验方法

用机械方法在焊接接头(或焊缝)上截取一部分金属，加工成规定的形状和尺寸，然后在专门的设备和仪器上进行破坏试验依据试验结果，可以了解焊接接头性能及内部缺陷情况，判断焊接工艺正确与否。经检验，船体结构焊缝超过质量允许限值时，应首先查明产生缺陷的原因，确定缺陷在工件上的部位。在确认允许修补时，再按规定对焊缝进行修正。

5.船体结构焊接的工艺

5.1船体结构焊接工艺的总则

（1）要求施工者严格按照《焊接规格表》进行施工[8]；

（2）船体艏艉外板的对接缝（非自动焊拼板部分）应先焊横向焊缝，后焊纵向焊缝；

（3）在建造过程中，先焊对接焊缝，后焊角焊缝；

（4）整体建造部分和箱体分段等应从结构的中央向左右和前后逐格对称的进行焊接，由双数焊工对称施焊；

（5）凡超过1m以上的收缩变形量大的长焊缝，应采用分段退焊法或分中分段退焊进行焊接缝；

（6）在焊接过程中，先焊收缩变形量大的焊缝，再焊变形量小的焊缝；

（7）边箱分段、内底分段、甲板分段、艏艉分段分层建造，在合拢口两边应留出200~300mm的外板缝暂不接焊，以利合拢时装配对接，且肋骨、舱壁及平台板等结构靠近合拢口一边的角焊缝也暂不焊接，等合拢缝焊完后再焊；

（8）靠舷侧的内底边板与纵骨、底外板与纵骨至少要留一条纵骨暂不焊接，避免自由边波浪变形太大，不利于边箱合拢；

（9）二层底分段艏艉分段大合拢，边箱分段合拢的对接缝要用低氢型（碱性）焊条或用相同级别的711、712的CO2焊丝对称焊接，一次性连续焊完；

（10）构件、分段、分片等部件各自完工后要自检、互检、报检，把缺陷修补完毕，把合格品送下一道工序组装，没有拿到合格单的部件不能放到下一道工序组装。

5.2焊接工艺的要求

5.2.1焊接材料的要求

（1）船上使用的焊接材料必须具备相应船级社认可证书，使用前必须是经检验合格的产品。如果焊条受潮则必须经烘干后方能使用：酸性焊条烘干温度为150°C×1h；碱性焊条烘干温度为350°C×2h。使用碱性焊条施焊时，焊条必须放于100～150°C保温筒中保温，不能露天放置，按需取用［9］。

（2）点焊、补焊所使用的焊材要与原焊缝所用的焊接材料一致，吊环焊接必须使用低氢型（碱性）焊材。

（3）使用CO2气体保护焊时，气体纯度应达到99.5%以上，使用前应进行放水处理，气瓶余压保持在10kgf/cm2以上，气体流量在12～18L/min之间。气瓶余压降至10kgf/cm2时，要更换气瓶。

（4）埋弧自动焊的焊剂使用前必须经过200～250°C×1h烘干后方可使用；焊丝必须是干净无杂物、油污、无锈的合格品。

5.2.2焊前预热要求

（1）施焊前必须采取预热措施的焊接(预热温度根据板厚确定一般150°C左右）

（1）铸钢（锻钢）之间及铸钢（锻钢）与其它结构钢间的焊接。

（2）气温低于5°C时。

（3）当工件刚性过大时。

（4）材料碳当量大于0.41%时。

（5）上述各项点焊与补焊也同样要求预热。

5.2.3预热与层间温度

（1）预热范围至少为坡口两侧100mm（注意加热范围应保证不会使用周围板产生较大变形）加热应使整个加热区域达到预热温度，而不是局部。

（2）铸钢件焊接应注意焊层间温度不能超过250°C，不低于预热温度。

（3）焊后和热处理结束后立即用石棉保温材料覆盖缓冷。

5.2.4焊后热处理

（1）局部去应力热处理温度范围为550～600°C，在此温度范围内保温时间为1～2分钟/每1mm厚，但不超过3小时。

（2）加热与冷却速度要求缓慢（工件温度在300°C以上特别注意监控）。

5.3 焊接节点应用要求

5.3.1板厚差削过渡边的要求

当单边板厚差d＞4mm时，要进行板厚削斜处理。削斜长度L≥10d。如图5.1所示：

图5.1板厚差削过渡边示意图

Figure 5.1Thickness difference of transition edge map

过渡边焊后要打磨平滑以保证应力平滑过渡。

5.3.2焊缝最少间距要求

(1)对接焊缝之间的平行间距d≥300mm。

(2)角接焊缝或角接焊缝与对接焊缝之间间距d≥30+3t(t为板厚)。

(3)同一平面内焊缝与人孔、气孔等开孔之间间距d≥30mm。

(4)割换板宽度L≥300mm。

(5)管子纵向焊缝至少错开50mm（弧长）。

5.4拼板焊接要求

所有拼板的对接焊缝必须平直，无锈无氧化皮及杂物，焊缝表面两边20mm应清洁无任何杂物，拼缝间隙0～1.5mm（定位焊应尽量少，点焊要小），每一条焊缝施焊前应装上与原板等厚的≥100×100mm规格的引弧板和接弧板方可施第一道焊，具体操作规程按《焊接工艺认可评定》执行。反身二道施焊前，必须用砂轮机把氧化皮等杂物打磨干净（焊道内及两边20mm范围）方可施焊。

5.5工艺要求

（1）焊接坡口型式及加工尺寸应按Q/SWS 40-001.2-2003《船体结构焊接与坡口型式选用》规定进行。安装精度应符合Q/SWS 60-001.2-2003《船舶建造质量标准建造精度》要求。

（2）焊前，焊工必须对焊接坡口及坡口两侧各宽20mm范围内，角焊缝在焊接宽度方向两侧各宽20mm内，清除氧化物，水分，油污等。

（3）当焊缝清理后未能及时焊接并因气候或其他原因影响而积水，受潮、生锈时，在焊接前应重新清理。

（4）定位焊所用焊材应与正常焊接所用焊材相一致，定位焊中不允许有裂纹、气孔、夹渣存在、当定位焊中有焊接缺陷存在时，在施焊前，必须予以剔除重新定位焊接。一般强度钢的定位焊长度为30mm以上；高强度钢的定位焊长度不小于50mm。

（5）施焊规范和要求，应严格按工艺规范要求执行。

（6）当焊接采用多道或多层焊时，焊工在每一焊道焊后须清除焊渣与飞溅，每焊道的接头应相互错开至少（30～50）mm。

（7）当焊接环境温度低于-5°C施焊一般强度钢的船体结构（船体外板和甲板等）和环境温度低于0°C施焊高强度钢时，均需进行预热，预热温度一般大于80°C左右。对有特殊要求的钢种或大厚板（t≥50mm）的构件，焊接时应编制焊接专用工艺，并严格按要求执行。

（8）当采用自动埋弧焊焊接时，焊缝起始端与末端（自由端）必须安装引、熄弧板。其大小尺寸为（150×150）mm，厚度与焊件相同。当采用单面焊时，引、熄弧板应按特殊要求选用。

（9）当采用手工电弧焊或CO2自动、半自动焊时，焊缝起始端与末端必须安装引、熄弧板。其大小尺寸为（100×100）mm，厚度应符合表5.1要求

（10）船体分段在焊接中，分段两端的纵向构件应留有300mm长度的距离暂不焊接。待分段与分段合拢后再进行焊接。

（11）在拼板上安装构件时，由于拼板焊缝余高的存在而影响构件与拼板的安装紧密，在构件安装前，应对构件与板缝交接处的板缝余高批平，长度应不小于构架板厚。随后安装构件，或将跨过对接焊缝的构件腹板边缘开通焊孔，以使构件与板材安装紧密，保证焊接质量。当该处采用单面角焊或间断焊时，则在构件与板缝的交接处采用双面焊接，焊缝长度大于75mm。

（12）焊缝末端收弧处应填满弧坑，通焊孔或止漏孔应具有良好的包角。

（13）合金钢的焊接则按其专用工艺执行。

5.6工艺过程

船体焊接顺序的原则[7]

①应考虑起始焊接时，不能对其他焊接形成强大的刚性约束。

②每条焊缝焊接时，尽量保持其一端能自由收缩。

③当采用手工焊接，焊缝长度＞2000mm时，应采用分中逐步退焊法焊接。

④分段构架焊接，焊工应成双数由中间向四周分散焊接。

5.6.1板材的拼装

(1)T型材的拼装

尽量采用CO2焊，用CO2气体保护焊专用焊丝（CO2气体纯度不低于99.5%）。先焊面板和腹板的对接焊缝,然后将其横倒于平台上,再焊接角焊缝。纵向两端留出长约300mm的接缝暂缓焊接，待合拢装配时面板和腹板对接接头焊好后再施焊［10］。

（2）肋骨框架拼装

尽量采用CO2气体保护焊（CO2气体纯度不低于99.5%），焊接材料用ZQ.YJ501-1或KFX-712C(Φ1.2)等。施焊前，框架应平正地放置在平台上，并作加强拘束，以防止其变形，焊接时，应按先焊中间部分、再焊两端的顺序进行。

（3）板材拼接

采用双面埋弧自动焊，焊接材料用H08MnA或H10Mn2（Φ4.8），焊剂SJ101。板材的拼接工作在拼板平台上进行，用埋弧自动焊焊接，在对接接头两端须加装引弧和熄弧板。一面焊完后，翻身用碳刨清根再焊另一面。若板列上既有端接缝，又有边接缝，应先焊端接缝，后焊边接缝的顺序进行。为保证焊缝质量，应严格控制对接接头的间隙，选用合适的焊接规范。

5.6.2型材与板材的拼装

尽量采用CO2气体保护焊，采用的焊接材料是ZQ.YJ501-1或KFX-712C(Φ1.2)等，（CO2气体纯度不低于99.5%）。

（1）纵向隔舱壁: 隔舱板拼板按板列对接缝的焊接顺序进行，型材与板材的角接焊可采用间跳法施焊，以减少焊接变形。

（2）横向隔舱壁：横向隔舱壁的对接缝焊接顺序同拼板顺序。板材与型材的角接焊缝由双数焊工从船体中心线向左右两舷对称地焊接。

（3）其它形式的板材与型材的拼装与（1）（2）类同。

5.6.3分段的焊接工艺

（1）内底板、甲板板、纵舱壁、斜板等较大规格板材的拼板焊缝:采用双面埋弧自焊焊接材料用焊丝H08MnA/H10Mn2(φ4.8)，焊剂SJ101等[10]。

（2）外板接缝:平直部分的外板拼接缝, 采用双面埋弧自动焊。非平直部分的外板接缝,除采用手工电弧焊（焊接材料用碱性焊条如E5015/ CJ507等，酸性焊条如E4303或 J422等）进行焊接外，有条件的尽量采用二氧化碳衬垫焊。

（3）平面纵、横舱壁拼板焊缝；槽型舱壁的垂向焊缝: 采用双面埋弧自焊。

（4）内底板、纵舱板、甲板板、外板平直部分、斜板、横舱壁等拼板工艺程序：开坡口（＞12mm板）→拼板→埋弧焊→加强→翻身→碳刨→埋弧焊→定位。

（5）角焊缝应尽量采用CO2气体保护焊,减少手工电弧焊，焊接材料用ZQ.YJ501-1或KFX-712C(φ1.2)等，CO2气体（纯度不低于99.5%）。

（6）外板与铸钢件的对接：采用手工电弧焊或CO2气体保护焊进行焊接，反面无法施焊的部位采用垫板焊。

5.6.4组装合拢

（1）内底板的焊接：采用CO2衬垫焊打底，埋弧自动焊盖面外板的焊接：采用CO2衬垫焊或手工衬垫电弧焊。

（2）内底、外底纵骨的焊接：采用手工焊或CO2气体保护焊桁材的焊接：采用CO2气体保护焊焊接材料用焊丝ZQ.YJ501-1、KFX-712C(φ1.2)等，保护气体 CO2气体(纯度不低于99.5%)，衬垫：JN系列。

5.6.5大合拢

（1）外板对接缝：平行中体垂直部分采用CO2衬垫焊或气电垂直焊，舭部转圆处采用手工电弧焊，底部采用单面CO2衬垫焊,横向焊缝采用单面CO2衬垫焊非平行中体部分，有条件的尽量采用单面CO2衬垫焊［11］。

（2）纵舱壁对接缝:采用CO2衬垫焊，焊接材料用焊丝ZQ.YJ501-1、KFX-712C(φ1.2)等，CO2气体(纯度不低于99.5%)。

（3）内底板对接缝: 采用单面CO2衬垫焊打底,再用埋弧自动焊盖面，焊接材料用焊丝ZQ.YJ501-1、KFX-712C(φ1.2)等，CO2气体(纯度不低于99.5%), 衬垫: JN系列。焊丝H08MnA/H10Mn2, 焊剂SJ101等。

（4）主甲板对接缝: 采用单面CO2衬垫焊打底,再用埋弧自动焊盖面，焊接材料用焊丝ZQ.YJ501-1、KFX-712C(φ1.2)等，CO2气体(纯度不低于99.5%)。焊丝H08MnA/H10Mn2,焊剂SJ101等。

（5）球扁钢对接: 采用单面CO2衬垫焊，焊接材料用焊丝ZQ.YJ501-1、KFX-712C(φ1.2)等，CO2气体(纯度不低于99.5%)。

（6）顶/底边舱斜板对接: 采用单面CO2衬垫焊，焊接材料用焊丝ZQ.YJ501-1、KFX-712C(φ1.2)等，CO2气体(纯度不低于99.5%)。

（7）底边舱斜板与内底板的焊接: 采用CO2气体保护焊，采用的焊接材料是ZQ.YJ501-1或KFX-712C(Φ1.2)等，（CO2气体纯度不低于99.5%）。

（8）横舱壁与内底板的角接缝：采用CO2气体保护焊，采用的焊接材料是ZQ.YJ501-1或KFX-712C(Φ1.2)等，（CO2气体纯度不低于99.5%）。

（9）纵骨、桁材对接：采用手工焊或CO2焊，采用的焊接材料是ZQ.YJ501-1或KFX-712C(Φ1.2)等，（CO2气体纯度不低于99.5%）。

（10）所有角焊缝应尽量采用CO2焊,减少使用手工电弧焊

。

图5.2船台合拢示意图

Figure 5.2 schematic collapsed berth

5.6.6焊接顺序举例

（1）长方形或圆形工艺孔封板焊接顺序,见图5.3。

图5.3长方形或圆形工艺孔封板焊接顺序

Figure 5.3Process rectangular or circular hole sealing plate welding sequence

（2）拼板焊接顺序,见图5.4。

图5.4拼板焊接顺序［12］

Figure5.4 puzzle welding sequence

（3）总段环缝焊接顺序,见图5.5。

图5.5总段环缝焊接顺序

Figure 5.5 Total segment girth weld sequence

（4）分段焊接顺序，见图5.6

先焊外板与外板之间的拼板焊缝，然后焊构架之间的对接焊缝，再焊构架与构架间的角焊缝，最后焊构架与外板之间的角焊缝。

图5.6分段焊接顺序

Figure 5.6segment welding sequence

5.7提高焊接效率的手段

生产效率高就要提高生产效率，就得提高焊接熔敷效率，如采用多丝焊、垂直气电焊、搅拌摩擦焊等[13]。不管采用何种焊接方法，首先针对提高效率要采用适合其生产的焊丝以及为其能够提供实现此种焊接方法的焊接设备。

（1）焊材要实现高能率化、高效率化，需通过焊接材料自身的改进和开发来达到高能率化和高效率化。

（2）埋弧焊，最初采用单丝埋弧焊，对生产效率的提高也有很大作用。要实现双丝或三丝埋弧焊，就要对焊机进行改进，以适应其生产。不但对焊机进行改进，埋弧焊需要特定的场所进行作业，因为最初它只是在平面拼板的时候使用，由于它绿色、环保，因此被大型工业生产企业广泛推广和应用。

（3）埋弧焊的改进对工艺也提出了更高的要求，要有正确的工艺方法，还要有专业的操作者进行操作。

（4）船舶生产中主要应用药芯CO2气体保护焊，要求焊丝要有一定的韧性，强度，焊后的药皮容易清理。它的焊接设备较普遍，实芯和药芯焊丝的设备可以通用。不过药芯CO2气体保护焊比实芯CO2气体保护焊在船舶焊接中更有优势，它有药皮保护，飞溅小，容易清理，焊缝表面成形较好。

6.船体焊接工艺实例分析

6.1 A36钢的化学成分及力学性能

高强度船体结构用钢按其最小屈服点应力划分强度级别，每一强度级别又按其冲击韧性不同分为A、D、E、F共4个级别。A36钢的化学成分见表6.1，其力学性能见表6.2[14]。

表6.1 A36高强度船体结构用钢的化学成份

Table 6.1 A36 high-strength hull structural steel chemical composition

表6.2 A36高强度船体结构用钢的机械性能

Table 6.2 A36 mechanical properties of high strength hull structural steel

6.2A36钢的焊接措施

根据国际焊接学会的碳当量计算公式Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]％，计算得到Ceq≈0.56％。按常规，当Ceq=0.40％～0.60％时，钢的淬硬倾向增加，属于有淬硬倾向的钢，其焊接性变差，要获得满意的焊缝，必须采取以下措施：(1)采取线能量集中的焊接热源；(2)选择合理的焊接材料；(3)选择合理的焊接工艺参数[11]。

6.3焊接工艺的确定

6.3.1焊接方法

由于本工程用钢板厚度均在15毫米以上，决定采用CO2气体保护焊，其焊接效率较手工电弧焊要提高50％以上，同时还具有电弧热量集中、焊接变形小等特点[15]。

6.3.2焊接材料

A36高强度船体结构用钢含碳量较低。属于低碳钢类，从焊接理论上分析，焊接接头匹配焊接材料的一般原则是等性能(即焊材与母材等强度、等韧性、等耐蚀性等)，以防止焊接接头过早发生破坏。因此，焊接材料的选择可以根据其抗拉强度等级来进行选择，选用熔敷金属强度较高、冲击韧性较好的焊丝。本工艺采用的是天泰焊材有限公司生产的TwE-711焊丝(直径1.2mm)，该焊丝经中国船级社工厂认可级别为3YSHl0，其熔敷金属化学成份和力学性能见表6.3。

表6.3TWE-711药芯焊丝的熔敷金属的化学成分(%)及机械性能

Chemical Composition of Deposited metal 711 6.3TWE a flux cored wire (%) and mechanical properties

结论

在现代造船业中，焊接技术己经成为船舶建造中最为关键的环节之一。它不仅对船舶的建造质量有很大的影响，而且对提高生产效率、降低成本、缩短造船周期都有着很大的作用。焊接接头的质量好坏，将直接影响到产品结构的安全性。因此，对焊接接头进行必要的检验，是保证焊接质量的重要措施。在保证产品具有良好质量的基础上求数量，这样才能更好的建造船舶精品。

焊接技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：

（1）进一步提高造船焊接机械化、自动化程度。研究应用CO2气体保护自动立角焊、气保护横向自动焊、埋弧自动角焊、等离子焊、激光焊等高效率和高能束焊接技术，进一步提高造船焊接效率；

（2）加大造船焊接设备的更新力度，实现焊接设备节能化、高效化；

（3）研究开发焊接新技术，适应新船型开发的需要；

（4）研究探索焊接机械手和焊接机器人的应用问题，为将来实现更高层次的集成制造模式和智能制造模式做技术准备。

致谢

本文是在老师的悉心指导下完成的。

经过不懈的努力，我终于完成了《船体结构的焊接工艺》的论文。从开始选定论文题目到系统的实现，再到论文的完成，每走一步对我来说都是新的尝试和挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在此期间，我学到了很多知识，也有很多感受。我通过查阅相关资料和书籍，让自己模糊的概念逐渐的清晰，每一步改进都是我学习的收获。老师多次询问论文进程，并为我指点明津，帮助我开拓思路，精心点拨，热忱鼓励。老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，给以终生受益无穷之道。本文主要介绍了船体焊接工艺的原则，船体的结构，船体的检验，改善焊接接头性能和提高焊接效率的手段，以及船体焊接过程中的变形、缺陷和相应的解决措施。并用实例分析了船体结构的焊接工艺。我们必须对焊接中可能产生的缺陷有一个全面认识，只有尽早发现缺陷并控制好，才能保证船上焊缝达到设计和使用要求，以确保航行安全。

在此，我要特别感谢老师，是她在我毕业的最后关头，给了我巨大的鼓励和帮助，她认真负责的工作态度和严谨的治学态度让我受益匪浅。我论文的完成，离不开她的耐心辅导和帮助，对老师的感激是无法用语言表达的。

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