船体焊接变形的有效控制

船体焊接变形的有效控制摘要：船体焊接变形是影响船体建造精度的重要因素，是船体结构建造过程中常见的一种质量通病，它影响着船体结构的建造质量和船舶的使用性能。大量焊接构件的变形不利于船体建造质量要求，若不采取有效的控制措施，将影响船体最终整体成型。本文通过对船体焊接变形的种类、原因等进行综述，介绍了控制船体变形的施工工艺和施工技术，以期能够为建设出高质量的船舶提供借鉴，促进我国船舶制造业的发展。关键词：船体；焊接变形；技术船舶建造过程中的焊接工艺是船舶制造业的关键技术之一，船体的建造质量、生产周期和生产成本在很大程度上受到焊接技术的影响。焊接变形和焊接应力是焊接过程中最常见的问题之一，它会使结构形状发生变化，进而导致结构尺寸精度下降和承载能力降低。所以，船舶建造人员必须重视船体结构在焊接过程中出现的变形现象，最大限度确保船体结构结构尺寸及焊接的质量。只有通过对船体焊接进行有效的控制，才能很好地保证船体的建造质量。一、焊接变形的种类（一）横向变形横向变形是指垂直于焊缝方向发生的变形。（二）纵向变形纵向变形（纵向缩短）是指沿平行于爆缝长度方向上的缩短。（三）角变形由于焊缝的横向收缩使得两连接件间相对角度发生了变化的变形（四）波浪变形由于焊缝的纵向缩短以及角焊缝的横向收缩引起的角变形所造成的（五）扭曲变形由于装配质量不好，焊接时焊件搁置不当以及焊接顺序和焊接方向不合理等原因产生的焊接变形二、焊接变形的产生及影响因素（一）与热变形有关的因素（1）焊接方法。不同的焊接方法，如气焊、手工焊、埋弧焊、气体保护焊等，将产生不同的温度场，必然对焊接变形与残余应力产生不同的影响。一般来说，自动焊比手工焊加热集中，受热区窄，变形较小。气体保护焊焊丝细变形小，比气焊和手工焊更适于薄板的焊接。（2）焊接参数。电弧线能量取决于焊接电流和焊接速度，其中，焊接电流的作用最显著。焊接线能量越大，焊接变形亦越大。因此，小电流高速热源集中的焊接变形较小。（3）施焊方法。角焊缝比对接焊缝的收缩量小，间断焊比连续焊的收缩量小。直通焊、逆向分段焊、跳焊等的温度场不同，产生的热变形也不同。直通焊变形较大，而跳焊最小。另外，多层焊比单层焊变形要大，多层焊中第一道焊中的第一层焊变形量占总体变形量的80%以上。（4）坡口尺寸和焊缝数量。坡口尺寸越大，焊缝数量越多，焊接变形越大。（5）材料的热物理性能。不同材料的导热系数、比热和膨胀系数均不相同，产生的热变形也不相同。（二）与结构刚性有关的因素（1）构件形状尺寸。随构件尺寸的增加，变形减小，而焊缝的残余应力越大。构件抵抗弯曲的刚性除了决定于结构的尺寸外，更重要的决定于结构的横截面积。（2）结构刚性的影响。采用胎架增加了构件的刚性，从而减小焊接变形。一般来说，刚性大，焊接变形小而应力大，反之，则变形大而应力小。（3）焊接装配顺序。焊接装配顺序能改变构件在不同装配阶段刚性的中性轴位置，对控制构件的焊接变形有很大影响。三、控制船体焊接变形的施工工艺（一）选择合理的装配和焊接程序：1.自由收缩。在船体进行焊接时，有些船体较大，焊接起来不方便。所以，对于大型结构的船体，焊接时应该从中间相四周对称进行。比如，在对工字梁进行焊接时，无论先焊腹板或是对面板的接头，横向收缩会在角焊缝内引起很大应力，甚至出现裂缝，所以应设法使其能够自由收缩。对此，可采取的方法是将角焊缝留出一段后焊，这样就能够使对接接头的横向收缩能自由地进行。为此可采取如图1所示，先焊对接焊缝1，后焊角焊缝2。图1.对接焊缝与角焊缝交叉收缩量大的焊缝先焊。在对带筋板的T字梁进行焊接时，要考虑角焊缝与腹板和面板的焊接顺序，如果如先进行面板和腹板的焊缝，再焊筋板的角焊缝，则由于角焊缝的横向收缩很大，会在面板和腹板的角焊缝内造成很大的焊接应力。3.采取对称焊接。对于刚性大而断面对称的构件，施焊时可采用对称的焊接顺序，这对于保证构件得到最小的弯曲变形是十分有利的。对称布置的焊缝，应采用双数焊工对称的方式进行焊接。4.采用焊缝的不同焊接法。在焊接长焊缝（≥1m）时，可采用分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法；对中等长度（0.5～1m）的焊缝可采用分中对称焊法。如图3所示为长焊缝的焊接顺序。图3.焊缝的不同焊接方法三、控制船体焊接变形的方法（一）反变形措施反变形措施也称为变形补偿控制，主要针对船体总尺寸的收缩变形及中垂（或中拱）进行变形量的弥补！目前主要采取的措施是在线型放样中及胎架上施放反变形量！根据经验，一般来说可在纵向每档肋距加放1mm的焊接收缩量，横向每档肋距加放0.5mm的焊接收缩量，可较好地抵消总尺寸的缩短；在每档肋距施放1mm高度反变形，可较好地抵消船体中垂（或中拱）变形！这两种反变形措施都具有良好的补偿效果！图4.反变形法（二）散热法散热法又称强迫冷却法，是将散热物体放置在焊接区域的周围，使焊件迅速冷却借以减小焊接受热区域，使变形减小。但是，这种方法对淬火倾向较大的材料易产生冷淬而出现焊接裂纹。如图5分别为水浸法散热、喷水法散热和散热垫法散热。图5.散热发示意图（三）刚性固定法约束控制刚性固定法是将构件固定在具有足够刚性平台或胎架上，待构件上所有焊缝冷却后再去掉刚性固定的方法，一般在无反变形的情况实施，多应用于各种船体构件的施焊过程！采取这种措施可使构件的变形远小于自由状态下焊接所产生的变形，特别用来防止角变形和波浪变形效果明显！结束语在船舶建造过程中，影响船体结构焊接变形的因素有很多，并且每个基本变形模式的控制因素也十分复杂。，焊接变形是不可避免的，只有在优化船体设计的基础上，选择适当的装配焊接顺序和焊接方法，采用有效的工装夹具来减少焊接变形。因此，船舶建造人员应结合船体结构设计的特点，采用固有应变法对船舶结构的焊接变形进行预测，并制定出一些切实有效的矫正措施，对超出公差范围的焊接变形量进行合理的矫正，从而最大限度避免焊接变形现象的出行。参考文献：[1]宋立新，李美艳.船体焊接变形及调控[J].现代制造技术与装备，2013，06：32-33+38.[2]杨传永.船体结构焊接变形控制方法研究[J].中国新技术新产品，2013，23：39-40.[3]钟勇.浅谈控制船体焊接变形的方法[J].广东科技，2012，15：167+223.