船体焊接变形的有效控制

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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（0.51m）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

7、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

8、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