船舶焊接结构变形的控制

1、焊接结构变形的控制,主 讲：岳锟勇 部 门：技术部 公 司：大连旅顺滨海船舶修造有限公司,2,焊接结构变形的控制,第一部分 船体结构钢简介 第二部分 焊接变形概述 第三部分 焊接变形的基本原理 第四部分 结构装配 第五部分 焊接顺序 第六部分 工程实例 结束,3,船体结构钢简介,焊接结构变形的控制,钢材的等级及其力学性能,钢材的主要力学性能 韧性、强度、硬度、塑性 韧性 在冲断前吸收变形能量的能力，即抵抗冲击破坏的能力 缺口冲击试验 右图是一台用于测试钢材韧性的摆锤式冲击试验机 金属材料冲击韧性的两个特点 冲击吸收功对温度敏感 用于评定材料的冷脆倾向 冲击吸收功对组织敏感 签定热加工质量,4,

2、钢材的等级及其力学性能,常见等级钢板的冲击韧性,5,钢材的等级及其力学性能,强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力 屈服强度 抗拉强度 右图就是一台万能试验机,6,钢材的等级及其力学性能,拉伸试样,7,L0 原始标距长度 d0 原始直径 L1 拉断后试样标距长度 d1 拉断后试样断口直径,钢材的等级及其力学性能,拉伸曲线图,8,应变（伸长量）,钢材的等级及其力学性能,9, 施加的应力必须小于材料的强度 强度就是材料变形和断裂的临界应力,屈 服 强 度 ？ 抗 拉 强 度 ？,钢材的等级及其力学性能,常见等级钢板的强度,10,11,钢材的等级及其力学性能,钢材的其力学性能特点,12,钢材的

3、等级及其力学性能,钢材等级的字母数字标记法，以中国船级社（CCS）为例： CCS AH 36 示例： CCS DH36 （有的船级社直接写为 D36） CCS EH32 （有的船级社直接写为 E32） CCS A,船级社,x,y,13,钢材的等级及其力学性能,钢材等级的定义,焊接结构变形的控制,下面两种材料强度相近，谁的韧性大？哪一个是塑性材料？哪一个是脆性材料？ 哪种材料在使用中的安全性高？ 左、右图两图可能是什么材料？,14,应变,应变,应力,应力,15,不同级别钢材的应用范围,船体结构钢简介,16,不同级别钢材的应用范围, 如右图所示，当船长大于250米时，需特殊考虑。 在垂直于板平面方

4、向有高拉力存在的重要结构交叉接头中，应对板材抗层状撕裂的能力作特殊考虑。 对拟在低温区作较长时期航行（如冬季定期驶往北极或南极水域）的船舶，其裸露结构所用的材料要作特殊考虑。 对于承受低温货物的材料，液化气体、冷藏货物。,17,不同级别钢材的应用范围,为了区别船体不同部分的材料级别要求，采用了下表中定义的不同材料类别。,18,不同级别钢材的应用范围,材料类别的适用范围,19,焊接变形概述,焊接结构变形的控制,20,焊接结构变形的控制,为什么要控制焊接结构变形？ 焊接是钢结构连接的基本方式。各种不同的焊接方法，都存在着不同程度的焊接变形，但是电弧熔化焊产生的变形是所有焊接方法中最严重的，而且电弧

5、熔化焊的应用在所有的焊接方法中又是最为广泛的； 变形在破坏事故中占有相当大的比重； 应力、硬化、脆化、裂纹等因素与变形和影响变形的因素有直接的关系。 定义 成型：焊接结构生产、施工中的一些需要通过人为的、能够达到预期的、具有一定几何精度的变形。 变形：凡是在焊接结构制造与安装制造的各个工种、工序中，由于生产性或非生产性的种种因素，使材料、构件及由构件组成的产品，局部或整体的几何形状与尺寸发生的变化，超出或未达到预期的数值范围，成型的过剩与不足。,成型的过剩与不足！,不需要出现的形状改变！,变形就是：,21,焊接结构变形的控制,焊接变形的严重性 1. 痕迹、裂纹和断裂也属于变形，只不过这些变形的

6、存在表征比较特殊，它们都是处于变形的特殊阶段； 2. 裂纹是塑性变形的最后阶段； 3. 断裂是裂纹发展的最后阶段。,22,焊接结构变形的控制,焊接方法简介,23,焊接变形的基本原理,焊接结构变形的控制,24,焊接结构变形的控制,焊接变形 焊接变形是焊接残余应力的一种表现； 焊接变形是由焊缝的收缩引起的，但是在实际实际生产中要复杂得多。许多对焊接变形研究的基础也是建立在某些特定条件下进行的； 焊接变形在现实中不单独存在，而是几种类型的变形共同作用的结果，而且影响焊接变形的因素也是在不断变化的。 例如，一块6mm的矩形试板，二氧化碳气体保护焊单面焊双面成型。焊接完成后，理论上会同时出现四种变形？

7、角变形 纵向收缩变形 横向收缩变形 弯曲变形,25,焊接结构变形的控制,焊接试板的变形 另一种比较复杂的变形状态,26,焊接结构变形的控制,角接焊缝的变形 搭接角焊缝 T型角焊缝 T型角焊缝（焊接梁的弯曲变形） 例如，某壁板结构在自由状态下焊接完成，其变形状态如下图所示。,问题：若在焊接前将所有端部固定，壁板的变形状态会是什么样？,27,焊接结构变形的控制,臂板在弯曲变形受拘束状态下的变形,28,焊接结构变形的控制,材料厚度对结构变形的影响 厚板比薄板的角变形小，这是因为厚板的刚性比较强，塑性变形小； 随着刚性的增加，变形减小，但是残余应力变大。 焊缝的过分集中和交叉布置对结构变形的影响 焊缝

8、数量越多，相互之间的距离越近变形越大。,薄板易产生变形！ 厚板易产生裂纹！,29,焊接结构变形的控制,坡口形状 V型坡口的焊接变形大于U型坡口； 单面坡口的焊接变形大于双面坡口； 双面交替的焊接方法可以减少焊接变形。 多层焊接可以减少焊接变形 每层焊缝的收缩量是不同的，其中以第一层的收缩量最大，随后各层逐层递减。,30,焊接结构变形的控制,开平板（单轧钢板） 钢板从钢厂出来的时候是成卷的，这些钢板被机器开平后的平板就叫做“开平板”； 开平板的厚度一般在3-12mm；材质一般为Q235和Q345。 优点 最大的优点是：价格便宜、长度自由确定； 下料方便、节约材料； 运输方便 缺点 开平板是轧制材

9、料中变形最严重的！ 开平板冷却速度不均。开卷后，板边发紧而中部发松，即边缘较直中部外突。 焊接的时候会有很大的焊接变形，很难调整。所以对外观要求较高的构件不能使用开平板。,降低成本,变形严重！,31,结构装配,焊接结构变形的控制,32,焊接结构变形的控制,船体装配时的注意事项 尽量避免强制装配 装配应力过大时，可使构件未经焊接就引起失稳变形或挠曲； 对于薄板构件或中小型船舶上层建筑和舾装件尤应注意。 结构自由度 要保证船体分段装配后，构件在较大的自由伸缩情况下进行焊接； 船体分段中，先焊接横向收缩量较大的焊缝。 定位焊,33,焊接结构变形的控制,定位焊的焊材牌号应与正式施焊所用的焊材牌号一致；

10、 定位焊不应施于焊缝交叉处，距交叉处的距离不宜小于板厚的10倍； 板缝定位焊施于坡口反面，角钢定位焊施于角钢的内缘，“T”型材采用单面连续焊时，定位焊施于不焊的一侧。,34,焊接结构变形的控制,刚性固定法 这是船厂施工中最常采用的一种控制变形的方法。 对于低碳钢和塑形良好的低合金高强度钢来讲是一种比较简单的控制变形的方法。 配合其它控制变形的措施，将使焊接构件的变形量控制在公差范围内。 刚性固定法简述 将构件固定在具有足够刚性的平台或胎架上； 待焊接构件上所有焊缝冷却到室温时再去掉刚性固定。,35,焊接顺序,焊接结构变形的控制,36,焊接结构变形的控制,基本结构的焊接顺序 一般文献中：将“”一

11、米的焊缝认定为“长焊缝”？ 将“”一米的焊缝认定为“短焊缝”？ 长焊缝采用：a.分段分中退焊法；b.交替焊法；c.跳焊法 中等长度焊缝：d.分中对称焊法,37,焊接结构变形的控制,对称布置焊缝的焊接顺序，以环形焊缝为例,38,焊接结构变形的控制,当对接焊与角焊缝交叉时，先焊哪一个？ 对接焊的横向收缩大，所以先焊对接，后焊角焊。 构件中同时存在对接缝和角接缝时，先焊对接焊缝，后焊角接焊缝。,39,焊接结构变形的控制,船级社对平面交叉焊缝的要求 挪威船级社（DNV） 端接缝与边接缝相遇时，边接缝的焊接应在远离接头处中断，直到焊好端接缝后，再继续焊接。端接缝的焊接应连续通过未施焊的边接缝，而为了直通

12、地焊接边接缝，接头处的端接缝应铲除。 美国船级社（ABS） 非经专门批准，焊缝不得横过未焊的接头，或者超越作为本焊缝终止端的未焊接头。,比较理想！,40,焊接结构变形的控制,平面交叉焊缝的焊接顺序，请判断下列几种焊接顺序是否正确？,正确！,正确！,错误！,禁止！,正确！,41,焊接结构变形的控制,焊接交叉接头处的原则 a. 连续焊缝的焊接不能通过还未焊接的“固定”接头，要为接头留出200-300mm的长度，在接头焊完以后，再接着继续焊连续焊缝。 b. 当一条焊缝的固定端在另一接头处，那么必须在这条焊缝完成以后，再完全焊完另一整条焊缝。 总的来说：整个船体结构中，“通过性”焊接第三个构件，则两构

13、件间应没有未焊接头交叉。,42,焊接结构变形的控制,请思考下列两种船体外板的焊接顺序？ 船体外板、甲板的对接焊缝，当是错开板缝时，先焊横向焊缝，后焊纵向焊缝； 当是平列板缝时，则先焊纵向焊缝，后焊横向焊缝。,43,焊接结构变形的控制,请思考下列两种舱壁平面结构的焊接顺序？ 整体建造船舶或平面分段和立体分段建造时，应从结构的中央向左右和前后逐格对称地进行焊接。 具有对称中心线的构件，建议由双数焊工对称进行焊接,横舱壁平面,纵舱壁平面,横舱壁平面,纵舱壁平面,44,焊接结构变形的控制,舷侧外板与舷侧纵桁的焊接 先焊接外板与外板之间的拼板焊缝，然后焊接构架之间的对接焊缝，再焊构架与构架间的角焊缝，最

14、后焊构架与外板之间的角焊缝。 构件中同时存在对接缝和角接缝时，先焊对接焊缝，后焊角接焊缝。 构件中存在多条对接焊缝时，先焊主要焊缝，后焊次要焊缝。,45,工程实例,焊接结构变形的控制,46,焊接结构变形的控制,曲面分段 1、先焊外板对接缝，再焊角接缝，并且靠大合拢缝一侧的角接缝留300暂不焊。 2、所有角接缝采取由中间往左右，由中间往首尾的方向焊接。 3、板缝两端应设引弧板并焊至端部，多层焊不同焊层之间的焊接接头应错开。 4、正、反两面焊缝的焊接方向应相同，相邻平行骨材焊接方向应相同。,图1,图2,47,焊接结构变形的控制,交叉接头 1、在焊接交叉对接接头时，其中一条焊缝的接头应置于距交叉点至

15、少150毫米处。 2、先焊板缝的交叉处端部应采用端部衬垫起弧或收弧，坡口整形后，再焊另外一条板缝。否则，焊缝1完成后，应将熔入板缝2的焊肉铲除干净，坡口整形后，再焊接板缝2。,图1,图2,48,焊接结构变形的控制,嵌补板,方形嵌补板,圆形嵌补板,水密补板 请尝试标出焊接顺序？,49,焊接结构变形的控制,分段构架 按先对接缝，后角接缝的顺序施焊。 1、对接缝的次序是先平对接，再横对接，见示图1。 2、角接缝的次序一般是先立角焊，后平角焊。仰角吊环加强区域外一般在翻身后焊接，见示图2。 3、构架的角接缝应从中间向前后左右方向施焊。,图1,图2,50,焊接结构变形的控制,分段合拢（以底部分段为例） 1、先从平板龙板向左右两舷直至舭部将外底板焊好，随后焊内底板，最后将底部纵桁材焊完。 2、其它分段的施焊顺序一般也按照此原则