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船舶焊接结构损伤评估与维修方法
2024年11月26日 19:05   浏览:0   来源:货代小哈哈

一、船舶焊接结构损伤类型

(一)疲劳损伤


船舶在航行过程中,焊接结构会受到波浪、振动等交变载荷的作用。长时间的交变载荷容易导致焊接接头处产生疲劳裂纹。这些裂纹通常从焊接缺陷(如气孔、夹渣)、应力集中部位(如焊缝根部、结构突变处)开始,逐渐扩展。疲劳裂纹的扩展速度取决于载荷的大小、频率、结构材料以及环境因素等。

(二)腐蚀损伤


  1. 均匀腐蚀
    船舶焊接结构长期暴露在海水、潮湿空气等腐蚀环境中,金属表面会发生均匀腐蚀。在焊接区域,由于焊接热影响区的组织结构变化,其耐腐蚀性可能与母材不同,导致焊接结构的腐蚀速度不均匀。

  2. 局部腐蚀

    • 点蚀:海水中的氯离子等腐蚀性离子容易在焊接结构表面形成点蚀坑。点蚀通常在表面保护膜破损的部位发生,如焊缝表面的微小缺陷处。

    • 缝隙腐蚀:在焊接结构的缝隙处,如板材拼接的焊缝边缘、螺栓连接与焊接结构交接处等,由于介质的滞留和氧气浓度差异,容易引发缝隙腐蚀。

    • 电偶腐蚀:当焊接结构中使用了不同金属材料,或者焊接材料与母材的电位差较大时,在电解质(海水)的作用下会发生电偶腐蚀。在焊接接头处,这种腐蚀现象更为明显。

(三)碰撞损伤


船舶在航行、靠泊或在船坞内可能会发生碰撞事故,导致焊接结构出现凹陷、变形、撕裂等损伤。碰撞产生的冲击力可能会使焊缝开裂,同时还会在焊接结构内部产生残余应力,进一步影响结构的强度和稳定性。

(四)过载损伤


在极端海况下,船舶可能会承受超过设计载荷的外力,如大风浪引起的巨大弯矩和剪力。这种过载情况会使焊接结构产生塑性变形,焊缝处可能会出现裂纹或撕裂,对船舶的安全性构成严重威胁。

二、损伤评估方法

(一)外观检查


  1. 目视检查
    这是最基本的评估方法。检查人员通过肉眼观察焊接结构表面的损伤情况,包括腐蚀程度、是否有明显的裂纹、变形、凹陷等。对于容易发生腐蚀的部位(如水线附近、船底、排水孔周围)和应力集中区域(如焊缝接头、结构拐角处)要重点检查。

  2. 无损检测辅助检查

    • 磁粉检测(MT):适用于铁磁性材料的焊接结构。通过在焊接结构表面施加磁粉和磁场,当焊缝表面或近表面存在裂纹等缺陷时,磁粉会在缺陷处聚集,形成可见的磁痕,从而发现表面和近表面的不连续性缺陷。

    • 渗透检测(PT):可用于检测非多孔性材料的焊接结构表面开口缺陷。将含有色染料或荧光剂的渗透液涂覆在焊缝表面,使其渗入缺陷中,然后去除多余的渗透液,再涂上显像剂,缺陷中的渗透液就会被吸附并显示出来,从而发现表面裂纹、气孔等缺陷。

(二)内部损伤评估


  1. 超声波检测(UT)
    利用超声波在材料中的传播特性来检测焊接结构内部的缺陷。超声波探伤仪发射的超声波在遇到缺陷时会产生反射、折射和散射现象,通过分析反射波的时间、幅度等参数,可以确定缺陷的位置、大小和性质。这种方法可以检测焊缝内部的气孔、夹渣、未熔合、裂纹等缺陷,并且能够对缺陷进行定量分析。

  2. 射线检测(RT)
    通过 X 射线或 γ 射线穿透焊接结构,使胶片感光来记录焊缝内部的情况。射线在穿透过程中,遇到缺陷时其衰减程度与在完好材料中的不同,从而在胶片上形成不同的影像。射线检测可以清晰地显示焊缝内部的缺陷形状和分布情况,但检测过程相对复杂,且射线对人体有危害。

(三)力学性能测试


  1. 硬度测试
    通过硬度计测量焊接结构不同部位(如焊缝、热影响区、母材)的硬度值,来评估焊接过程对材料性能的影响以及结构的强度变化。例如,在热处理后的焊接结构中,硬度值可以反映出回火是否充分、是否存在淬火裂纹等情况。

  2. 拉伸试验和弯曲试验
    从焊接结构上截取试样进行拉伸试验和弯曲试验,以确定焊接接头的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及抗弯强度等力学性能指标。这些试验可以直接评估焊接结构在承受拉力和弯曲力时的性能,判断其是否满足设计要求。

三、维修方法

(一)疲劳裂纹维修


  1. 止裂处理
    当发现疲劳裂纹后,首先要进行止裂处理,防止裂纹进一步扩展。可以在裂纹尖端钻孔,使裂纹尖端的应力集中系数降低,从而达到止裂的目的。钻孔的直径一般根据裂纹长度和结构厚度确定,通常为 3 - 6mm。

  2. 裂纹去除与补焊
    采用机械打磨或碳弧气刨等方法将裂纹完全去除,然后对去除裂纹后的坡口进行清理,确保无油污、铁锈等杂质。选择合适的焊接材料和焊接工艺进行补焊,补焊过程中要严格控制焊接参数,如焊接电流、电压、焊接速度等,以保证焊接质量。补焊后,对焊缝进行适当的热处理,消除焊接应力。

(二)腐蚀损伤维修


  1. 表面处理与防腐涂层修复
    对于均匀腐蚀和局部腐蚀较轻的情况,首先对腐蚀表面进行清理,采用砂纸打磨、喷砂等方法去除腐蚀产物,然后重新涂装防腐涂层。防腐涂层的选择要根据船舶的使用环境和要求确定,如环氧漆、聚氨酯漆等。在涂装过程中,要注意涂层的厚度、附着力等性能指标,确保涂层能够有效防止腐蚀。

  2. 更换受损部件
    当腐蚀严重,导致焊接结构的强度明显下降或出现大面积损坏时,需要更换受损部件。在更换部件时,要确保新部件的材料、尺寸和焊接工艺与原结构相匹配。焊接前,对新部件和原结构的连接部位进行适当的预处理,如开坡口、清洁等,然后进行焊接。焊接完成后,进行无损检测和质量检验,确保焊接质量符合要求。

(三)碰撞损伤维修


  1. 变形矫正
    对于碰撞引起的焊接结构变形,根据变形程度和结构特点采用不同的矫正方法。对于较小的变形,可以采用机械矫正法,如使用千斤顶、压力机等设备施加外力进行矫正。对于较大的变形,可能需要采用火焰矫正法,利用火焰加热变形部位,使其在冷却过程中产生收缩变形,从而恢复到原来的形状。在火焰矫正过程中,要控制好加热温度和加热范围,避免对结构材料造成不良影响。

  2. 焊缝修复
    检查碰撞部位的焊缝是否开裂,对于开裂的焊缝,采用与原焊接工艺相同的方法进行修复。在修复前,要清理焊缝周围的杂质和损坏的金属部分,然后进行补焊。补焊后,对焊缝进行无损检测,确保焊缝质量合格。

(四)过载损伤维修


  1. 评估结构强度
    在对过载损伤的焊接结构进行维修前,首先要对结构的剩余强度进行评估。通过详细的力学计算、有限元分析以及现场检测等手段,确定结构在过载后的强度损失情况。根据评估结果,制定合理的维修方案。

  2. 加固维修
    如果结构的剩余强度不足,需要对焊接结构进行加固维修。可以采用增加加强板、补焊加强筋等方法来提高结构的承载能力。在加固过程中,要确保加强部件与原焊接结构的连接牢固,焊接质量可靠。同时,要注意加固后的结构不会产生新的应力集中问题。


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