水下焊接

水下焊接被认为是大型船舶维修的一种划算的方法；此外，水下焊接提供即时的创伤修补和救助能力，以改善船舶的使用率和耐久性。正式服役的水下湿式修理焊接技术使船舶无需进入干坞，船舶维修费因此也大大减少。
    1 湿式焊接
    另一种可替代修理方法是采用非机械隔水的湿式焊接技术。采用焊点式人工湿式焊接成本低，但在过去，节省的费用往往难以弥补低劣的焊接效果。的确，若不采取特殊的保护措施，四周的水引致的熄弧效应和焊接环境中氢的存在往往会使焊点脆化、淬硬并易使HAZ(受热影响区)的焊缝爆裂。此外高冷却速度还妨碍气体从熔池排出，助长孔隙和气泡的出现。因此，水下湿式焊接曾一直被认为只是船舶入干坞之前的一种临时修理方法。
    2 试验计划 最近在安特卫普的HYDREX公司总部进行了一项深入的试验计划，加深了对焊材(HAZ)和母材在先加热后被四周的水迅速冷却的情况下所造成的冶金性能变化的了解，也增进了对最终的焊缝的物理性能的了解。并且，通过数月进一步的培训，及采用专门对付水下焊接可能出现的问题而设计的合适的焊条，Hydrex公司的潜水员现在就能焊出符合AWS(美国焊接学会) D3.6-93所要求的湿式焊缝，AWS D3.6-93是水下焊接最广泛采用和接受的规范。
   3 质量保证
本文指出，水下湿式焊接的质量可与干式焊接质量相比较，只要满足下列三个主要条件：
   —工程人员必须保证焊工对出现的现象有深刻的理解，
   —所用设备应是为水下用途而设计的，这是为了保证施工质量和焊工的安全。
   —好的效果只能通过不断的实践来获得。
    许多人认为，焊接仅是利用焊条将两种相同或不同的金属熔合在一起，而实际上要复杂得多。在焊条施焊时所产生的加热和冷却，尤其是对合金材料和钢而言，会引起属相变化(主要取决于冷却速度和焊条金属成分)、使焊缝产生氢致爆裂(或冷裂)、再加热后爆裂、应力所致裂纹、晶相裂纹等等，而且可能导致产生与母材的物理性能有很少相似处或者完全不同的焊缝。AIS07所示典型的焊材与母材不均匀性(多孔、不完全焊透、咬边、焊瘤、夹渣)对焊接处的物理特性会有不利影响。
   4 冷裂
    水下湿式焊接可能出现的三个主要问题：
    1).氢致裂缝。
    2).焊缝金属和HAZ(热影响区)过硬。
    3).孔隙和夹渣的存在。
    顾名思义，氢致裂缝(冷裂)发生于低温时(一般300℃以下)。它需要敏感的焊接微结构，与硬化区和氢的存在有关。焊接区附近高应力强度(超过2倍屈服强度)的出现也可能增大爆裂发生的可能性。由于在较低温度下氢在钢中的溶解度降低了(奥氏体的面心立方体(FCC)变成铁素体的体心立方体(BCC))，所以它在冷裂中起重要作用。因此，当溶液冷却和凝固时，氢从其中逸出。而晶粒边界中这种逸出氢的存在，助长了淬硬结构的冷裂。某条接缝的硬度与化学成分及冷却速度两者都有关。低碳钢通常不容易被淬硬，因此一般不易氢致爆裂。然而碳锰钢中锰的存在会增加淬硬性。显而易见的是高冷却速度所增加的淬硬性会导致硬度增强。较低的冷却速度使氢从晶粒边界逸散，离开晶粒边界这个是非之地。根据水面上焊接的情况，钢被认为是容易导致氢致爆裂的，所以含钢的母材在焊接前需要预热，这是为了降低冷却速度。显然，虽然在湿式焊接情况中预热并非不可能，但实际上很不现实。相反，如果不特别注意以及在设计焊接工艺程序时不考虑到这种效应，四周的水所引致的淬火效应(极高的冷却速度)会急剧增大焊接处的最终刚度。为此，湿式焊机需要借助其它方法应付不平常的冷裂。
    5 降低韧性
    正如上述提到的，由于四周水的淬火效应，湿式焊接易于形成过高的焊接金属硬度和HAZ硬度。极高的冷却速度产生细晶粒结构，它们在大多数情况下降低焊接处韧性。这种韧性降低对所有动态结构(船舶大多数明显属于这类结构)来说是极不利的。高冷却速度引起的另一负面效果，或许是在焊缝出现的孔隙(气泡)和夹渣。若熔池冷却十分慢，气泡便从焊接处排出并在大气中逸散，同时，焊渣(焊条的熔渣)浮上熔池表面并保护溶池免受四周大气的负面影响。但是，若焊缝金属较快凝固，气泡便没有时间逸散。
对上述这些机理和缺陷的因由有充分认识的工程人员，在焊接的设计中会将这些因素考虑进去，这是实现高质水下湿式焊接的第一步。缺乏认识，或更糟的是，根本没有任何工程人员，就可能出现严重的后果，并产生过去曾给湿式焊接带来坏名声的焊接。
    6 焊条
    最近，人们特制了水中使用的焊条。这些焊条始终十分依赖上述的镍的作用，但还有其它方面特点。它们的药皮是成分非常复杂的混合物，所有成分相信对焊接质量都有正面的影响。尽管它们的价格较高，但使用这种产品能得到与水面上焊接质量可比拟的水下湿式焊接。
    7 人为因素
    第三个，而且很可能是最重要的因素，是焊工本身。应请来最佳的ASME(美国机械工程师学会)1X Gb级的水上焊工，请他进行相当简单的G3式湿式焊接。结果将是非常惊人的，尽管有点可惜：它看来不象是焊接作业。比起水上焊接，水下焊接更是一门技艺，需要实践数年。出色的水下焊工是一名能手，他能通过看、摸、听、闻判断正使用的电流、电压以及移动速度等等是否恰当。Hydrex公司的潜水员通过公司自办的焊接学校的学习，以及通过在现实世界—船上应用所学到的知识来不断地提高他们的技能。
    8 试验结果鉴定
    上述三个因素在HYDREX产生了所期望的结果。最近，按AWSD3.6—93规范B级焊接的要求开发和测试了一种名叫WPS的焊条，发现WPS和焊工都符合上述规范的所有技术要求，一般在有船级社验船师在场的情况下容许进行正式或临时性的水下湿式焊接修补。室内断裂试验甚至揭示出Sharpy V型切痕的硬度值在35与70J之间变化，Hydrex的焊工好几次都烧出了符合最严格的弯曲试验条件(2t弯曲半径)的焊缝。这两次试验是AWSD3.6—93A级焊接比较B级焊接所多出的要求。它正是现在用作水下修补船体条例草案的规范。各个主要船级社的验船师们一直目击Hydrex的焊接工艺规程鉴定试验，并对焊缝的质量感到惊讶。看来它朝正式的水下湿式修理迈进了一大步。