1、談船舶焊接中的常見缺陷的成因和防止措施    摘 要：船舶焊接是保證船舶密性和強度的關鍵。本文詳細介紹了船舶焊接中幾種常見的缺陷原因并提出防止措施。關鍵詞：船舶焊接 缺陷 防止措施船舶焊接是保證船舶密性和強度的關鍵，是保證船舶質量的關鍵，是保證船舶安全航行和作業(yè)的重要條件。如果焊接存在著缺陷，就有可能造成結構斷裂、滲漏，甚至引起船舶沉沒。據(jù)對船舶脆斷事故調查表明，40%脆斷事故是從焊縫缺陷處開始的。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)船舶造船中，船舶的焊接質量問題尤為突出。在對船舶進行檢驗的過程中，對焊縫的檢驗尤為重要。因此，應及早發(fā)現(xiàn)缺陷，把焊接缺陷限制在一定范圍內，以確保航行安全

2、。船舶焊接缺陷種類很多，按其位置不同，可分為外部缺陷和內部缺陷。常見缺陷有氣孔、夾渣、焊接裂紋、未焊透、未熔合、焊縫外形尺寸和形狀不符合要求、咬邊、焊瘤、弧坑等。一、氣孔氣孔是指在焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而形成的空穴。產(chǎn)生氣孔的主要原因有：坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡；焊條或焊劑未按規(guī)定進行焙烘，焊芯銹蝕或藥皮變質、剝落等。此外，低氫型焊條焊接時，電弧過長，焊接速度過快；埋弧自動焊電壓過高等，都易在焊接過程中產(chǎn)生氣孔。由于氣孔的存在，使焊縫的有效截面減小，過大的氣孔會降低焊縫的強度，破壞焊縫金屬的致密性。預防產(chǎn)生氣孔的辦法是：選擇合適的焊接電流和焊接速度，認真清理坡口邊緣水份

3、、油污和銹跡。嚴格按規(guī)定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用變質焊條，當發(fā)現(xiàn)焊條藥皮變質、剝落或焊芯銹蝕時，應嚴格控制使用范圍。埋弧焊時，應選用合適的焊接工藝參數(shù)，特別是薄板自動焊，焊接速度應盡可能小些。二、夾渣夾渣就是殘留在焊縫中的熔渣。夾渣也會降低焊縫的強度和致密性。產(chǎn)生夾渣的原因主要是焊縫邊緣有氧割或碳弧氣刨殘留的熔渣；坡口角度或焊接電流太小，或焊接速度過快。在使用酸性焊條時，由于電流太小或運條不當形成“糊渣”；使用堿性焊條時，由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣。進行埋弧焊封底時，焊絲偏離焊縫中心，也易形成夾渣。防止產(chǎn)生夾渣的措施是：正確選取坡口尺寸，認真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和

4、焊接速度，運條擺動要適當。多層焊時，應仔細觀察坡口兩側熔化情況，每一焊層都要認真清理焊渣。封底焊渣應徹底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。三、咬邊焊縫邊緣留下的凹陷，稱為咬邊。產(chǎn)生咬邊的原因是由于焊接電流過大、運條速度快、電弧拉得太長或焊條角度不當?shù)?。埋弧焊的焊接速度過快或焊機軌道不平等原因，都會造成焊件被熔化去一定深度，而填充金屬又未能及時填滿而造成咬邊。咬邊減小了母材接頭的工作截面，從而在咬邊處造成應力集中，故在重要的結構或受動載荷結構中，一般是不允許咬邊存在的，或到咬邊深度有所限制。防止產(chǎn)生咬邊的辦法是：選擇合適的焊接電流和運條手法，隨時注意控制焊條角度和電弧長度；埋弧焊工藝參數(shù)要合適，特別要

5、注意焊接速度不宜過高，焊機軌道要平整。四、未焊透、未熔合焊接時，接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，稱為未焊透；在焊件與焊縫金屬或焊縫層間有局部未熔透現(xiàn)象，稱為未熔合。未焊透或未熔合是一種比較嚴重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊縫會出現(xiàn)間斷或突變，焊縫強度大大降低，甚至引起裂紋。因此，在船體的重要結構部分均不允許存在未焊透、未熔合的情況。未焊透和未熔合的產(chǎn)生原因是焊件裝配間隙或坡口角度太小、鈍邊太厚、焊條直徑太大、電流過小、速度太快及電弧過長等。焊件坡口表面氧化膜、油污等沒有清除干凈，或在焊接時該處流入熔渣妨礙了金屬之間的熔合或運條手法不當，電弧偏在坡口一邊等原因，都會造成邊緣不熔合。防止未焊透或未熔合的

6、方法是正確選取坡口尺寸，合理選用焊接電流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干凈；封底焊清根要徹底，運條擺動要適當，密切注意坡口兩側的熔合情況。五、焊接裂紋焊接裂紋是一種非常嚴重的缺陷。結構的破壞多從裂紋處開始，在焊接過程中要采取一切必要的措施防止出現(xiàn)裂紋，在焊接后要采用各種方法檢查有無裂紋。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋，應徹底清除，然后給予修補。33其它國家和地區(qū)的發(fā)展進程     目前，歐洲的燃料電池發(fā)電技術遠遠落后于美國和日本。80歐洲又重新開始研究燃料電池發(fā)電技術。它們采用向美國、日本購買電池組，自行組裝發(fā)電廠的方式來發(fā)展PAFC發(fā)電技術。1990年成立了一個“歐洲燃料電池

7、集團(EFCG)”。意大利已完成了一座1MW的PAFC示范工程，由IFC供應，BOP由歐洲制造。意大利、西班牙與美國IPC合作，于1993年在米蘭建了一座l00kw MCFC電廠，1996年投運。德國正在開發(fā)250kw MCFC。德國西門 子公司于1998年收購了美國西屋公司的管形SOFC技術后，現(xiàn)在擁有世界上最先進的平板型和管形SOFC技術。     加拿大在PEFC方面居世界領先地位，在繼續(xù)開發(fā)交通用PEFC的同時，目前也將PEFC應用于固定電站，已建成250kw PEFC示范電站，目標是在近幾年內使250kw級PEPC商業(yè)化。澳大利亞在1993年一1997年

8、，共投資3000萬美元，研究開發(fā)平板型SOFC，目前正在開發(fā)(20一25)kw SOFC電池堆。韓國電力公司于1993年從日本購進一座200kw PAFC進行示范運行。 34 國外發(fā)展燃料電池發(fā)電技術的經(jīng)驗總結     回顧國外燃料電地發(fā)展的道路，有許多值得我們吸取和借鑒的經(jīng)驗。下面歸納幾點：    美國在燃料電池發(fā)電技術的研究開發(fā)方面始終處于世界領先地位。除了雄厚的財力之外，還有三方面重要的原因：一是政府將燃料電池發(fā)電技術視為提高火力發(fā)電效率、減少污染物和溫室氣體排放的重要措施，列入政府的“改變氣侯技術戰(zhàn)略”中，并大力投入

9、資金和力量研究開發(fā)；二是燃料電池技術提高到“國家能源安全并大力投入資金和力量研究開發(fā)；二是將燃料電池技術提高到“國家能源安全關鍵技術”的戰(zhàn)略高度，DOD和DOE均投入資金研究開發(fā)；三是對燃料電池的應用前景充滿信心，希望能形成新的高技術產(chǎn)業(yè)，給美國的經(jīng)濟注入新的活力，政府和企業(yè)共同投入資金研究開發(fā)，力圖保持領先地位。    日本走的是一條通過與美國合作、引進技術并消化吸收實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的路線，并在PAFC的商業(yè)化方面己超過了美國，在MCFC的研究開發(fā)方面也接近美國。成功的重要經(jīng)驗也是政府對燃料電池給予高度重視，先后列入了“月光計劃”和“新陽光計 劃”，大力投入

10、研究開發(fā)。另一條經(jīng)驗是研究機構、企業(yè)和用戶聯(lián)合，組成從研究、開發(fā)到商業(yè)應用一體化集團，既承擔研究開發(fā)的風險，也享受成功的優(yōu)惠。    加拿大Ballard公司在PEFC方面成功的經(jīng)驗告訴我們：只要堅定不移地進行研究開發(fā)，一個小公司也能在10-20年內成為舉世矚目的燃料電池技術擁有者。    燃料電池起源于歐洲，但是，現(xiàn)在歐洲的燃料電池技術已遠遠落后于美國和日本。主要原因是政府和企業(yè)對燃料電池發(fā)電技術重視不夠。目前，歐洲已經(jīng)意識到這一點，成立了-個燃料電池發(fā)電技術集團，引進美國、日本的技術，并進行研究開發(fā)。 4 各種

11、燃料電池發(fā)電技術綜合比較 (1)AFC：與其它燃料電池相比，AFC功率密度和比功率較高，性能可靠。但它要以純氫做燃料，純氧做氧化劑，必須使用Pt、Au、Ag等貴金屬做催化劑，價格昂貴。電解質的腐蝕嚴重，壽命較短，這些特點決定了AFC僅限于航天或軍事應用，不適合于民用。 (2)PAFC：以磷酸做為電解質，可容許燃料氣和空氣中C02的存在。這使得PAFC成為最早在地面上應用或民用的燃料電池。與AFC相比它可以在180一210運行，燃料氣和空氣的處理系統(tǒng)大大簡化，加壓運行時，可組成熱電聯(lián)產(chǎn)。但是，PAFC的發(fā)電效率目前僅能達到40一45(LHV)，它需要貴金屬鉑做電催化劑；燃料必須外重整：而且，燃料

12、氣中C0的濃度必須小于1(175)一2%(200)，否則會使催化劑中毒；酸性電解液的腐蝕作用，使PAFC的壽命難以超過40000小時。PAFC目前的技術已成熟，產(chǎn)品也進入商業(yè)化，做為特殊用戶的分散式電源、現(xiàn)場可移動電源和備用電源，PAFC還有市場，但用作大容量集中發(fā)電站比較困難。 (3)MCFC：在650一700運行，可采用鎳做電催化劑，而不必使用貴重金屬：燃料可實現(xiàn)內重整，使發(fā)電效率提高，系統(tǒng)簡化；CO可直接用作燃料；余熱的溫度較高，可組成燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)，使發(fā)電容量和發(fā)電效率進一步提高。與SOFC相比，MCFC的優(yōu)點是：操作溫度較低，可使用價格較低的金屬材料，電極、隔膜、雙極板的制造工藝簡

13、單，密封和組裝的技術難度相對較小，大容量化容易，造價較低。缺點是：必須配置C02循環(huán)系統(tǒng)；要求燃料氣中H2S和CO小于0.5PPM；熔融碳酸鹽具有腐蝕性，而且易揮發(fā)；與SOFC相比，壽命較短；組成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的效率比SOFC低。與低溫燃料電池相比，MCFC的缺點是啟動時間較長，不適合作備用電源。MCFC己接近商業(yè)化，示范電站的規(guī)模已達到2MW。從MCFC的技術特點和發(fā)展趨勢看，MCFC是將來民用發(fā)電(分散電源和中心電站)的理想選擇之一。 (4)SOFC：電解質是固體，可以被做成管形、板形或整體形。與液體電解質的燃料電池(AFC、PAFC和MCFC)相比，SOFC避免了電解質蒸發(fā)和電池材料的腐蝕

14、問題，電池的壽命較長(已達到70000小時)。CO可做為燃料，使燃料電池以煤氣為燃料成為可能。SOFC的運行溫度在1000左右，燃料可以在電池內進行重整。由于運行溫度很高，要解決金屬與陶瓷材料之間的密封也很困難。與低溫燃料電池相比，SOFC的啟動時間較長，不適合作應急電源。與MCFC相比，SOFC組成聯(lián)合循環(huán)的效率更高，壽命更長(可大于40000小時)；但SOFC面臨技術難度較大，價格可能比MCFC高。示范業(yè)績證明SOFC是未來化石燃料發(fā)電技術的理想選擇之一，既可用作中小容量的分布式電源(500kw一50MW)，也可用作大容量的中心電站(l00MW)。尤其是加壓型SOFC與微型燃氣輪結合組成聯(lián)

15、合循環(huán)發(fā)電的示范，將使SOFC的優(yōu)越性進一步得到體現(xiàn)。 (5)PEFC：PEPC的運行溫度較低(約80)，它的啟動時間很短，在幾分鐘內可達到滿負荷。與PAFC相比，電流密度和比功率都較高，發(fā)電效率也較高(45一50%(LHV)，對CO的容許值較高(10ppm)。PEFC的余熱溫度較低，熱利用率較低。與PAFC和MCFC等液體電解質燃料電池相比，它具有壽命長，運行可靠的特點。PEFC是理想的可移動電源，是電動汽車、潛艇、航天器等移動工具電源的理想選擇之一。目前，在移動電源、特殊用戶的分布式電源和家庭用電源方面有一定的市場，不適合做大容量中心電站。 5 結論    

16、選擇適合于我國電力系統(tǒng)發(fā)展的燃料電池發(fā)電技術，應綜合考慮以下幾點：較高的發(fā)電效率；環(huán)保性能好；既能作為高效、清潔的分布電源，又具有形成大容量的聯(lián)合循環(huán)中心發(fā)電站的發(fā)展?jié)摿Γ患饶芤蕴烊粴鉃槿剂?，又具有以煤為燃料的可能性；技術的先進性及商業(yè)化進程；運行的可靠性和壽命；降低造價的潛力；國內的基礎。綜合考慮以上幾點，對適合于我國電力系統(tǒng)發(fā)展的燃料電池發(fā)電技術，提出以下幾點選擇意見： （1）優(yōu)先發(fā)展高溫燃料電池發(fā)電技術。即選擇MCFC和SOFC為我國電力系統(tǒng)燃料電池發(fā)電技術的主要發(fā)展方向，這兩種燃料電池既能以天然氣為燃料作為高效清潔的分布電源，又具有形成大容量的聯(lián)合循環(huán)中心發(fā)電站（以天然氣或煤為燃料）的發(fā)展?jié)摿Α?（2）MCFC和SOFC各有特點，都存在許多問題，尚未商業(yè)化。若考慮技術難度和成熟程度以及商業(yè)化的進程，對于MCFC，應走引進、消化吸收、研究創(chuàng)新，實現(xiàn)國產(chǎn)化的技術路線，并盡快投入