船舶建造中水密角焊縫氣密試驗原理及分析

余 念，于功志，孫冰妍

（大連海洋大學，大連 116023）

1 前言

按照船級社的要求，船舶各類液艙都需要進行密性試驗，在氣密試驗前焊縫的表面不得油漆。國內船廠通常在分段涂裝時，先將包括角焊縫在內的需進行氣密試驗的焊縫用膠帶覆蓋，在大合攏工作完成后對液艙進行密性試驗，然后去除膠帶覆蓋對焊縫表面噴涂油漆。這種油漆涂裝工作要分二步完成，需要大量搭設腳手架，大大影響了船舶的建造周期，尤其是船塢內的大合攏周期[1]。

船體建造過程中，普遍采用在船體分段制作階段進行角焊縫氣密試驗的方法（簡稱角焊縫充氣試驗）。這種密性試驗方式，是將原來在船臺大合攏完成后才能進行的艙室氣密試驗，提前到船體分段制作階段（分段預密性試驗）完成，能夠很大程度上減少分段涂裝破損面積，滿足 PSPC 的要求[2]，提高生產效率和涂裝完整性，縮短船舶建造周期。水密角焊縫氣密試驗的目的，就是要在分段整體涂裝前完成對水密艙壁角焊縫的滲漏檢查。

2 水密角焊縫充氣試驗原理和步驟

2.1 試驗原理

試驗的原理和方法比較簡單，就是將壓縮空氣充進船體結構的非全焊透的雙面連續角焊縫內形成的內部空腔中，壓縮空氣在規定的單位時間里保持一定的壓力，使氣道內空腔與焊縫外面形成壓力差，再將檢測液（通常是肥皂水）噴灑在焊縫表面，如果焊縫存在氣孔或裂紋，壓縮空氣就會溢出從而在缺陷處形成肥皂泡，目測發現缺陷并予以修補[3]如圖1 所示。

圖1 角焊縫充氣試驗原理

2.2 試驗步驟

水密角焊縫密性試驗必需的工具和工裝主要有以下幾種：壓縮空氣、充入端鋼制貼片、一公斤空氣壓力儀表、空氣軟管（膠皮制）、噴壺、肥皂水（或洗滌劑）溶液。

操作步驟如下：

1）首先是將壓力儀表與空氣軟管相連，再將空氣軟管道另一端連接到充入端鋼制貼片上，鋼制貼片焊接到船體構件的角焊縫處；

2）將壓縮空氣通過膠皮管道注入需要檢測的水密角焊縫內部，焊縫內部的壓力保持在0.02 MPa 范圍內；

3）觀測壓力儀表，當壓力穩定的連續保持15 分鐘以后，使用噴壺在檢測焊縫的表面均勻的噴涂肥皂水溶液；

4）目測觀察檢測焊縫的表面是否有間斷或連續不斷的氣泡冒出；

5）目測時發現焊縫表面有氣泡冒出，則說明焊縫內部存在缺陷，需要及時做出修理。對一般的表面氣孔缺陷，可以用焊條電弧焊直接進行補焊；如果發現冒泡處的焊縫缺陷是裂紋，則必需使用小口徑碳弧氣刨或風動砂輪片打磨清根，徹底的清除焊縫內部的焊接缺陷，并再次進行焊接修補并對修補后焊縫表面打磨光順；

6）及時修補焊縫的漏點后，需在24 小時內對修補后的焊縫再次進行水密充氣試驗；

7）上述工作完成后，在專用的記錄表格上對檢測的結果進行詳細的記錄。

3 角焊縫氣密試驗的優點

3.1 提高生產效率

1）縮短塢內建造周期

常用的水密艙室氣密性檢驗（大艙充氣），在檢驗時是絕對不允許焊縫上存有油漆的，以免影響檢查效果。這樣原本可以在分段焊后整體涂裝時完成的工作，就必須在密性試驗完成后方可進行焊縫表面的油漆工程，大大影響了施工效率，增加了船臺周期；而采用角焊縫氣密試驗，可以在分段整體涂裝前完成絕大部分角焊縫的氣密試驗，并且通過采用著色探傷等其它一些方式，便可完成分段上所有水密角焊縫的密性檢查，這樣整個分段的涂裝工作就可以完成得比較徹底，有效地縮短了船塢內的施工周期。

2）順應了工序前移趨勢

該工藝方法不僅符合工序前移的大趨勢，還大大降低了船臺密性試驗的工作量，縮短了船臺周期，優化了密性試驗作業環境，將高空封閉作業變成平地敞開作業，且密性試驗方法簡單可靠，極大地提高了工作效率[5]。

3.2 降低建造成本

1）由于角焊縫密性試驗在分段建造完工未進行涂裝前即可實現，不但利于海水壓載艙 PSPC的涂裝要求，提高分段的完整性，還減少了分段涂裝階段的焊縫保護與合攏后艙室密性焊縫的二次除銹。

2）減少了貨艙腳手架的搭載量和施工人員與檢驗人員的勞動強度，節約了建造成本[6]。

3.3 提高產品質量

1）可靠性更高

對艙壁的角焊縫進行氣密試驗時，同時檢查了艙壁兩側的角焊縫，任意一側的角焊縫存在缺陷都能檢查出來；而傳統的氣密試驗方式是在液艙內加入壓縮空氣，在艙壁的另一側進行檢查，只能發現一側焊縫表面的缺陷進行修補，而另一側位于受檢艙室內的角焊縫就不能進行檢查，無法發現和進行修補，所以在裝配階段進行的角焊縫氣密試驗較傳統檢查方式可靠性也更高。

2）提高涂層質量

采用角焊縫氣密試驗后，液艙內各類焊縫表面的涂裝工作可以在涂裝車間內完成，相比艙室密性試驗完成后在艙內進行的油漆噴涂，其施工條件和噴涂質量要好許多，這對于海水壓載艙等涂層質量要求高的液艙顯得尤其重要。

3）檢查條件較好

角焊縫氣密試驗是從分段拼裝時開始的，一般是在相對寬敞的空間內進行，檢驗條件比較好，容易發現缺陷；而傳統的氣密檢查方式，一般在密閉的艙室內進行檢查，照明條件受到限制，不容易發現問題。

4）修補簡單方便

角焊縫氣密試驗一般在平角焊位置進行檢查，發現缺陷后修補方便，修補質量容易保證，外觀成型也好；而傳統的氣密檢查方式，不可避免的要在一些狹小的空間和仰角焊位置進行缺陷修補，焊接修補質量難以保證；另一方面，當油艙或壓載艙發現缺陷時，需先將整個艙內的壓縮空氣排出后才可進行修補，修補完成后又必須重新注入壓縮空氣進行密性檢查，尤其是一些大型油船的油艙和壓載艙容積都非常大，這樣做費時費力，而單獨進行的角焊縫的氣密試驗，由于每次檢查的范圍小，重新進行檢查非常方便。

5）非常適合海底閥箱的密性檢查

海底閥箱體積雖然小，但由于外板上的格柵開孔，進行密性試驗比較麻煩。海底閥箱基本都是角焊接結構型式，很少有對接焊縫，非常適合角焊縫氣密試驗的方式，即使一個海底閥箱被布置在二個分段上，仍然可以在分段施工時完成海底閥箱的密性試驗。

4 角焊縫氣密試驗的缺點

綜上所述，角焊縫氣密試驗的優點十分明顯，但事物都有兩面性，有利有弊，水密角焊縫氣密試驗還是有其自身的一些缺點：

1）工藝設計較繁瑣

采用角焊縫氣密試驗，一個液艙的氣密試驗會根據分段劃分情況，分解到多個分段中進行，每個試驗段都需設置空氣注入片、壓力表連接片（見圖2）以及適當的AU 型切口（見圖3），這是一項繁瑣和細致的工作，要保證水密艙壁上的所有角焊縫都進行氣密試驗，需要仔細的施工設計，同時還需編制詳盡的計劃，對一些不能進行氣密試驗的角焊縫進行檢查。

圖2 空氣注入片和壓力表連接片

圖3 AU 型切口

2）裝配精度要求高

角焊縫氣密試驗的原理就是利用兩側角焊縫之間存在間隙，整條角焊縫內的空隙是連通的，一旦局部裝配間隙過大，焊接后可能會形成角焊縫全焊透形式，使得焊縫內部空隙無法連通，這樣注入的壓縮空氣不能到達預定的角焊縫間隙內，無法檢測到這些位置的焊縫缺陷。

3）輔助材料消耗較高

采用角焊縫氣密試驗，需要軟管、壓力表、噴涂設備，還要氣割相當數量的空氣注入貼片、壓力表連接貼片，并且要將這些鋼制貼片焊接在結構上；另外，對液艙內不能采用該方式的其它角焊縫，需采用著色探傷的方式進行檢查，綜合起來角焊縫氣密試驗的輔助消耗材料必然會高于傳統的試驗方法。

4）監督管理水平要求高

分散在船體裝配階段進行的角焊縫氣密試驗，需要進行檢驗的次數要比傳統的方式多，通常是由一個工人單獨進行檢驗，試驗完成后進行記錄，一般不再安排船東和船級社進行復檢，這樣就給船廠的管理監督工作提出了更高的要求。

5）生產中普遍存在的問題

研究發現國內的很多船廠在生產實際運用過程中，都或多或少的遇到了很多難題，究其原因主要是船廠的現場管理水平存在問題，具體問題是：首先是水密補板處，水密角焊縫密性試驗的成功率普遍不高。充氣后焊縫內部有空氣壓力，但如果壓力比較小的話，氣壓表就無法達到要求值；其次就是充氣不能通過的情況一旦出現，很難找出堵塞處；再次就是施工人員為了充氣成功，避免處罰，采用了一些違反工藝紀律的做法，例如：在水密肋板厚度處打磨出凹槽、人工氣割出坡口中間塞焊條等常見的違規操作，這些違規做法會影響船體結構的強度；另外就是對于平臺拼接板架的水平度和結構部件的制作精度有了更高要求，延長了這些工序的制作周期。

5 角焊縫氣密試驗的配套措施

在分段制造階段完成了水密艙壁的角焊縫密性試驗，還需要對其它涉及到艙室密性試驗的焊縫進行檢查，最大限度地提高分段整體涂裝的完整性。在分段建造時，會預裝各類管系，這些穿過水密艙壁、甲板和舷側外板的管子貫穿件，不適合采用角焊縫氣密試驗的方式，通常采用著色探傷的方式，對這些角焊縫的外表面進行檢查，以及利用傳統的艙室充氣等方法，例如：

1）壓載邊艙的分段，焊接在甲板上的空氣管貫穿件、導門座板與甲板相連的角焊縫，適合表面著色探傷；

2）穿過橫艙壁的貨油管系、管子復板與艙壁的角焊縫，也適宜進行著色探傷；

3）對機艙分段、船體尾部分段上的一些較小的液艙，這些液艙在分段上已形成完整的艙室，仍然可以小面積的采用傳統的艙室氣密試驗方法。

6 關于角焊縫氣密試驗的分析

從上述角焊縫氣密試驗優缺點中，可以看到盡管該試驗方式有著明顯的優點，縮短了船舶的建造周期，提高了液艙內的涂層質量，角焊縫充氣試驗代替整艙充氣密性試驗方法十幾年前已在國內大船廠開始使用，但仍然需要具備一定使用條件：

1）船廠自身要具備一定的生產條件，才能適宜采用這種工藝方式。首先，船廠的精度管理和質量體系管理需要達到一定水準，船廠的自動化水平越高，船體的裝配精度就越有保障，角焊縫氣密試驗的可靠性才能有保障；AU 切口和各種連接片的布置，需要高水平的施工設計，避免設置不合理導致局部角焊縫檢驗出現問題。

2）船廠自身要有適用的工藝技術和良好的質量管理體系。角焊縫氣密試驗由工人單獨進行檢驗，完成后進行記錄，水密艙壁上的各類管系貫穿件的著色探傷也是工人獨立完成，這就要求施工人員要有強烈的質量意識和認真細致的工作態度；質檢部門也要通過記錄、巡檢等形式建立良好的監督機制，從制度層面杜絕違規操作。

3）如果要廣泛采用這種方式，船廠需要需要循序漸進積累一定的經驗，從學習培訓到模擬試驗再局部試行，最后穩步推廣，建立持續改進機制，決不可一蹴而就。

4）船廠之間建造方式不盡相同，各種裝配工藝也不一致，是否適合采用這種氣密試驗方式，也需要在實踐中摸索。傳統的艙室氣密試驗簡單直觀，易于操作，而裝配階段進行的角焊縫氣密試驗像個系統工程，從施工設計時就需要開始考慮，還必須配套有其它一些檢驗方式，根據建造水平的不同，對于大合攏焊縫的密性檢查還需要考慮傳統的艙室密性試驗方式。

總之，當船廠自身重視誠信文化理念，具備一定的生產規模，工藝設計和建造精度達到較高的水平，同時有著良好的質量管理體系，那么能夠提前在船體分段制作階段進行角焊縫氣密試驗的，還是非常具有吸引力的密性試驗方式。

7 結論

中船集團《建模2.0》中明確指出，針對不同船型，推進船體、舾裝、涂裝、焊接、檢測和試驗等新工藝、新工法研究開發和推廣應用。水密角焊縫氣密試驗就是一種新工藝，因此推廣是大勢所趨。本文研究重點是分析水密角焊縫氣密試驗這一工藝的利與弊，主旨是新工藝必須采用，但是重點在于怎么采用，采用的條件和時機一定要適宜船企自身，因為任何事物均有其兩面性，有利有弊，既是相互依賴關系，同時也存在著在相互制約的特點，所以應該結合自身實際情況，循序漸進，積累經驗，避免盲目大力推廣造成損失。