船体焊接

船体焊接（共4篇）

船体焊接 篇1

1 概述

船舶的精度建造技术主要就是借助科学管理和先进的工艺对船舶制造的整个过程加以有效的控制, 在制造的过程中要尽量减少现场修正工作所花费的时间和精力, 从而也就使得工作的效率得到了非常显著的提高, 造船的成本投入也大大的减少, 船舶自身的质量和性能也在这一过程中得到了非常好的保证, 而对船舶制造精度产生影响的因素具有非常明显的多样性, 在众多的因素当中, 焊接变形对船舶制造的质量会产生非常重大的影响。

2 船体结构焊接变形控制

2.1 国外焊接变形控制

从20世纪30年代开始, 很多苏联的学者就已经开始对环节变形计算与控制工作开始了研究工作。他们在研究的过程中对和生产因素和设计因素相关的系统都进行了全面的研究, 并且在研究的基础上提出了避免翅曲和残余应力的有效方法, 而在20世纪的50年代, 国外的专家学者也在平面分段、半立体分段和立体分段当中的各种变形领域展开了非常全面的研究出, 此外在这一过程中也充分的结合了相关的经验, 提出了预防和减少焊接变形的具体手段和途径, 在工程建设的过程中具有非常高的实用价值。

日本的科学家在同一时期也展开了对焊接变形的研究, 在船体制造的过程中, 2000年以来日本的造船厂在场内加工精度方面占据着非常大的优势, 同时在工作中所采用的施工工艺也非常的先进, 在精度上甚至能达到95%, 但是在焊接变形的预测和控制工作中主要还是按照自身的实际经验和实测中所获得的数据加以确定。

从上述的研究进展当中我们就可以知道造船方面比较先进的国家对焊接变形预测和控制的研究非常的重视, 同时也取得了很多实用的成果, 因为对环节变形的机理掌握的还不是十分的完全, 在理论上所获得的成果还不能充分的满足当今对造船质量的要求。很多国家在你建设报和补偿焊接变形的结构工艺上都有了一定的进展, 但是在焊接的方法和焊接自动化方面还需要进一步加强。日本在船体制造的过程中主要采用了焊接自动化设备, 同时还使用了较为先进的焊接方法, 在理论上也能够对焊接精度予以十分有效的控制。

2.2 国内焊接变形控制发展现状

我国的某些研究人员在借鉴了国外研究成果的前提下对船体的焊接变形预测控制进行了全面的研究, 同时还有一些研究人员采用固有的应变发对船体分段的焊接变形状况进行了预测, 甚至还有一些研究人员他一出了移动热源的方式和自使用有限元网络划分的方法, 这对解决结构焊接中变形和应力数值的计算有着十分积极的作用。

一些研究人员对5艘相同型号的船舶船体焊接变形进行了测量, 同时还介绍了双层底分段装焊和船台合拢当中焊接变形的具体测量方法, 对产生变形情况的原因进行了详细的分析, 此外还采取了多种措施对其进行了控制, 在船舶生产的过程中也不断的总结规律, 这也为焊接变形控制和理论研究的完善提供了非常好的条件。船舶制造的质量也在这一过程中得到了非常显著的提升。

3 船体结构焊接变形控制方法

3.1 环节变形预测研究方法

3.1.1 热弹塑性有限元分析方法

这种方法在应用中充分的考虑到了焊接材料自身所存在的非线性, 此外还能实现对应力应变的动态跟踪功能, 此外, 焊接之后的残余应力和变形情况也能得到有效的控制, 这项研究当中覆盖面比较广, 主要有焊接的材料、接头的形式以及焊接中的各项参数指标等等, 所以, 在焊接仿真过程中, 还原度相对较高。

3.1.2 固有应变法

和热塑弹性有限元法相比较而言, 这种方法主要采用的是弹性有限元的计算方法, 计算过程中, 其计算量并不是很大, 所以, 这种方法比较适合使用在规模较大, 结构相对也比较复杂的焊接变形预测工作中。为了保证这种方法在船体结构焊接变形预测中的应用效果, 我们在实际的工作中可以针对典型的船舶产品的一些比较具备典型性的制造工艺建立焊接应变数据库, 在建立数据库时, 要充分的结合焊接材料、焊接工艺和接头的具体形式等等, 这样能够非常好的解决分段制造和总段组装以及总段合拢过程中所产生的焊接变形预测方面的问题, 同时它也为焊接变形的控制提供了非常好的理论基础。

3.2 船体结构焊接变形控制研究的方法

3.2.1 焊接方法

在船体结构焊接工作中, 非常重要的一种工具就是移动电弧, 最常使用的焊接方式主要有以下几种, 一种是手工焊, 一种是二氧化碳保护焊, 一种是自动埋弧焊。通常, 手工焊的热量集中度并不是很高, 同时其在热强度方面也相对较弱, 因此也会使得焊接中的变形情况和参与的应力不断的增大。所以在船体结合焊接的过程中, 我们尽量不要使用手工焊接的形式, 应该尽量使用二氧化碳保护焊和自动埋弧焊。

3.2.2 控制焊接工艺方案

在船舶制造的过程中, 选择科学合理的焊接工艺方案能够有效的减少焊接变形, 它也是所有方法当中最为有效的一种方法, 其中, 焊接工艺的操作顺序也会对变形产生非常重大的影响, 弯曲变形尤其明显。在船舶制造的过程中, 选择更加完善的工艺顺序可以有效的减少弯曲变形的情况, 比如说纵向构架的双层底结构就在选择方案的时候就应该选择正态建造方案, 同时分段的最大挠度也应该是反态建造方案的50%。

3.2.3 反变形法

反变形法是根据实验或理论计算预测焊接变形的大小和方向, 在焊接前对船体构件或胎架施加与焊接变形方向相反的预变形, 以此抵消焊接变形。反变形法可以控制焊接变形, 降低残余应力, 且方法简单易行, 在船舶行业有广泛的应用。例如, 在船体分段的胎架制作时, 对胎架的结构进行反变形, 有效地降低焊接变形。

3.2.4 系统综合分析

船舶产品的焊接变形涉及许多因素, 一些因素具有不确定性, 因此, 任意单一方法都较难完全控制焊接变形。在工程中, 以焊接变形预测为依据, 从焊接参数选择、焊接工艺方案设计等多个方面同时开展, 将可以较好的控制船体结构变形, 提高船舶产品的建造精度。

4 结论

当前, 我国的焊接力学理论以及数值仿真技术得到了非常显著的发展, 对复杂的焊接变形理论和相关的规律也有了更加全面和深入的了解, 这也给船体结构焊接变形的控制工作提供了非常好的条件, 但是在研究的过程中依然存在着很多不足, 需要研究人员对其进行进一步的研究和探索, 只有这样才能更好的保证船体的质量和性能。

参考文献

[1]张宁园, 张绪旭.船体结构焊接变形的控制与矫正[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2013 (07) .

[2]李婧.大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用[D].上海:上海交通大学, 2011.

[3]刘彦春.浅析焊接变形的影响因素与控制[J].企业家天地 (理论版) , 2011 (02) .

[4]傅剑峰.如何控制和预防焊接变形[J].中国包装工业, 2013 (12) .

船体结构焊接变形预测与控制方法 篇2

船舶精度建造技术就是通过科学的管理与先进的工艺手段对船体建造进行全过程的精度分析与控制, 最大限度地减少现场修正工作量, 提高工作效率缩短建造周期, 降低建造成本, 保证产品质量。影响船舶建造精度的因素很多, 如下料、成型、吊装、焊接等。其中, 焊接变形是精度控制的关键因素。

由于焊接变形对船舶建造质量、成本和周期都具有重要影响, 工业界一直对其非常重视, 对焊接变形从实验和理论上都进行了大量研究, 期望能够对焊接过程进行有效预测和控制。

2 船体结构焊接变形预测与控制

2.1 国外焊接变形预测与控制

20世纪30年代以来, 许多苏联学者就开始了焊接变形计算与控制的研究。同生产因素和设计结构因素关系的系统研究, 提出了防止翘曲和残余应力的方法。1952年, 巴普苏也夫[1]针对平面分段、半立体分段和立体分段的各种变形, 结合各造船厂的实际经验, 提出了防止及减少焊接变形的施工方法, 具有较高的工程应用价值。

日本学者在20世纪50年代就开始了焊接变形研究。在实际造船方面, 2000年以来日本船厂依靠极高的内场加工精度及先进的焊接工艺, 实现了船台/船坞无余量合拢, 且精度控制的成功率高达80%~95%。然而, 焊接变形的预测和控制主要还是依靠船厂自己积累的测量数据和实际经验确定。

从上面的研究进展可知, 造船强国对焊接变形的预测和控制的研究已经取得了大量成果。由于焊接变形的机理尚未完全掌握, 理论成果还远不能满足现代造船的需要。根据已有成果显示, 苏联已将大量焊接变形的计算成果应用于造船, 提出了许多减少和补偿焊接变形的结构和工艺措施, 但其焊接方法和焊接自动化设备相对落后。日本以焊接自动化装备和先进焊接方法为主, 理论预测的应用为辅来控制焊接精度。

2.2 国内焊接变形预测与控制发展现状

上海交大的陈楚[2]在吸收苏联学者研究成果的基础上, 开展了船体焊接变形研究。汪建华对焊接变形预测开展了广泛研究[3]。华中科技大学的陈传尧教授开展了薄板结构焊接变形的预测与控制研究。哈工程的宋竞正等[4]应用固有应变法预测了船体分段的焊接变形。清华大学的鹿安理[5]提出了移动热源方式、自适应有限元网络划分法及相似理论解决大型实际结构的焊接变形与应力的数值求解问题。

在我国造船厂, 焊接变形分析以经验和实测数据为主, 理论计算为辅, 预测船体结构的焊接变形, 并采取结构和工艺措施, 控制船体结构的焊接变形。

江南造船厂的孙光二[6]开展了5艘同型长江船舶的船体焊接变形测量, 着重介绍了双层底分段装焊和船台合拢过程的焊接变形测量、变形原因分析, 采取了控制焊接变形的胎架反变形等工艺措施, 江南的研究成果对于控制船体焊接变形具有重要的价值, 其他船厂在船舶建造过程中不断积累测量数据, 发现各种船型在分段制作、船坞合拢等阶段的焊接变形规律, 为焊接变形的控制和理论研究提供基础, 提高船舶产品的制造质量。

3 船体结构焊接变形预测与控制方法

3.1 焊接变形预测研究方法

3.1.1 热弹塑性有限元分析方法

热弹塑性有限元分析法考虑了焊接材料的非线性, 能够动态跟踪应力应变过程以及焊后的残余应力与变形, 研究覆盖了焊接过程的各个方面, 包括焊接方法、焊接材料、焊接接头形式和焊接参数等信息, 可以较准确地仿真整个焊接过程。

3.1.2 固有应变法

与热弹塑性有限元法相比, 固有应变法采用弹性有限元法计算, 计算工程量相对较小, 更适于大型复杂结构的焊接变形预测。为了将固有应变法应用于船体结构焊接变形预测, 有必要针对典型船舶产品的典型建造工艺, 结合焊接方式、焊接材料、焊接工艺、接头形式及结构的尺寸和形状, 建立焊接固有应变的数据库, 解决分段制造、总段组装和总段合拢阶段的焊接变形预测问题, 为焊接变形的控制提供理论依据。

3.2 船体结构焊接变形控制研究方法

3.2.1 焊接方法

船体结构的焊接一般用移动的电弧来进行, 常用的焊接方式包括手工焊、二氧化碳保护焊、自动埋弧焊等方式。一般情况下, 手工焊的热量分布较分散, 热强度较小, 引起的焊接变形和残余应力较大。因此, 在船体结合焊接时, 应减少手工焊, 积极扩大二氧化碳保护焊和自动埋弧焊。

3.2.2 控制焊接工艺方案

合理选择焊接工艺方案是船舶建造过程中减少焊接变形的最常用的方法。其中, 焊接顺序对焊接变形影响很大特别是弯曲变形。选择合理的工艺顺序将可以减轻弯曲变形, 如纵向构架的双层底结构, 选择正态建造方案, 分段最大挠曲约为反态建造方案的50%。

3.2.3 反变形法

反变形法是根据实验或理论计算预测焊接变形的大小和方向, 在焊接前对船体构件或胎架施加与焊接变形方向相反的预变形, 以此抵消焊接变形。反变形法可以控制焊接变形, 降低残余应力, 且方法简单易行, 在船舶行业有广泛的应用。例如, 在船体分段的胎架制作时, 对胎架的结构进行反变形, 有效地降低焊接变形[1,7]。

3.2.4 系统综合分析

船舶产品的焊接变形涉及许多因素, 一些因素具有不确定性, 因此, 任意单一方法都较难完全控制焊接变形。在工程中, 以焊接变形预测为依据, 从焊接参数选择、焊接工艺方案设计等多个方面同时开展, 将可以较好的控制船体结构变形, 提高船舶产品的建造精度。

4 结论

随着焊接力学理论和数值仿真技术的发展, 对复杂的焊接变形的机理和规律有了深入的了解, 为船体结构焊接变形的控制和解决带来了新思路和新方法, 并在船舶产品中有了一些成功的实例。然而, 理论研究还不能满足精度造船的需求。因此, 以实际船舶为对象, 以理论研究为基础, 结合实际测量和经验数据, 对常用船型的典型建造阶段的焊接变形进行计算, 如分段装配、总段装配和船体合拢等, 掌握焊接变形的规律, 提出焊接变形控制的解决方案, 是提高船体建造精度的有效手段。

摘要：船体结构的焊接变形控制是精度造船的重要组成, 对于提高舰船质量、缩短造船周期等方面具有要意义。重点阐述了热弹塑性有限元法和固有应变法在船舶行业的应用前景, 介绍了控制焊接变形的各种措施, 推动精度造船技术在船厂的应用。

关键词：船舶,焊接变形,控制方法

参考文献

[1]巴普苏也夫.船体焊接变形防止法 (第一版) [M].北京:机械工业出版社, 1957.

[2]陈楚.船体焊接变形[M].北京:北京国防工业出版社, 1985.

[3]汪建华, 钟小敏.戚新海.焊接过程的三维热弹塑性有限元分析[J].力学与实践, 1995.

[4]李鸿, 任慧友, 曾骥.预测船体分段焊接变形方法概述[J].船舶工程, 2005.

[5]李鸿, 基于固有应变的船体分段焊接变形预测[D].哈尔滨工程大学, 2006.

[6]蔡志鹏.大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用[D].北京:清华大学, 2001.

船体焊接 篇3

为了减轻自重,提高空间利用率和综合使用性能,现代船艇大量使用高强度薄板,同时为保证足够的结构强度,船体内部加强结构增多,焊缝大量增加,使薄板焊接变形问题变得十分突出,并且这种变形将无法完全消除。船体薄板焊接变形主要表现为:板收缩内凹,肋骨框架外露的“瘦马”变形;范围较大的波浪变形;局部的凹凸变形等,均是由于薄板抗弯刚度低,在焊接过程中的不均匀加热和冷却引起的。由于薄板焊接变形对船艇外观质量、建造周期、机动性能等均具有重要影响,并且变形本身影响因素众多、各种因素之间的相互作用复杂,使得薄板焊接变形控制技术成为船体建造的关键技术之一,对提高船艇实物质量水平至关重要。

在焊接实施阶段,为控制焊接变形,提高焊接质量,通常要严格控制焊接方法、参数、材料、顺序、人员等,焊接完成后,一般还需要对焊接实施阶段的“输出”采取“后处理”措施进一步减小焊接变形量,如变形矫正、应力释放等。从船艇结构建造过程来看,策划评估及装配施工在焊接实施之前,是焊接实施阶段的“输入”,完整地对薄板焊接变形进行控制,必然还应采取适当的“前处理”措施对焊接实施阶段的“输入”进行控制,忽视策划评估的基础性作用和装配施工的保障作用,往往则会造成薄板结构焊接实施难度增大,焊后处理工作繁重,甚至是结构报废。本文充分认识到策划评估能够有效降低薄板焊接变形控制的潜在风险,而装配精度与薄板焊接变形控制相辅相成,给出了做好控制船体薄板结构焊接变形控制“前处理”工作的一些原则方法,为提高船艇建造质量提供参考。

1 策划评估

策划评估对控制薄板焊接变形具有重要的预防作用。在生产策划阶段必须充分考虑焊接变形控制,尽可能预测焊接变形控制中存在的风险,提前做好预防措施,确保焊接变形矫正的工作量降到最低,减少生产成本。特别对于新研制船艇,设计修改多、建造经验少,更要重视对船体焊接变形控制的策划。

1.1 改进建造方法

在对分段和总段的建造进行策划时,充分利用船厂的传统经验和现有条件,坚持从结构焊接变形趋势可控和工人施焊条件有利的角度进行考虑,确定分段和总段的建造方式与顺序。一方面,要优化零部件组装和分段合拢顺序,例如对于建造难度大、经验不足的分段,可预先建造模拟分段,评估结构建造的可行性和可靠性,还可以采用数值仿真技术提高薄板结构的焊接变形预估和控制精度;另一方面,要优化零部件的焊接顺序和焊接方法,例如由内往外焊、对称施焊,尽可能减少仰焊,灵活采用塞焊、单面焊双面成型等特殊焊接方法,保证焊接质量和焊接变形的可控。

1.2 优化焊缝布局

在充分了解焊接应力和变形产生的机理的基础上,合理地制定施工工艺,坚持理论与实践相结合,做到对焊缝的合理优化。一方面,要减少焊缝数量和长度等,降低焊接热源对结构的热输入,如充分利用板材和型材的规格尺寸;按照标准要求制定船体构件切口及典型节点图册,规定焊缝坡口的形状和尺寸等;另一方面,要优化板缝的布置,如使船体水线以上部分焊缝呈现布局美感;使焊缝对称于焊件的中心轴;将焊缝靠近强结构,避开高应力区;在焊缝相交中宜采用“十”字接头,减少或避免“丁”字接头等。

2 装配施工

装配间隙过大,坡口角度过大,均会增加焊接过程中的热输入,使得焊后的变形量增大,所以始终要注重装配精度,切实控制焊缝间隙,形成控制焊接变形的有利条件,为控制薄板焊接变形提供保障。

2.1 精确加工、细心搬运

下料阶段的板材和型材尺寸精度,必然会影响后续装配的精度,并且越往后期越难保证结构装配精度,因此必须从源头抓装配精度。板材在下料前必须矫平,保持板面平整,型材在下料前必须进行矫直。板材切割宜采用等离子水下数控切割,并且要讲究余量分布,提高无余量下料装配率,减少余量切割阶段产生的结构变形。对于需要加工线型的板材,必须要加工到位,符合加工精度要求,避免在装配阶段生拉硬拽,增加附加应力。加工后的板材应放在托架上,板材搬吊运时,不允许在板材上直接焊接吊马,或者不同线型的薄板叠加搬运。

2.2 释放反变形、增强支撑材

除了在零部件加工阶段对有线型的板材考虑加工反变形以及在船台合拢阶段对主船体基线沿纵向适当放反变形外,胎架作为分段、总段制作的支撑基础,对防止焊接变形过大具有重要的约束作用。胎架应按先横向后纵向的顺序加放纵、横向反变形,纵向应从中间一档肋位向两端并往下释放反变形,纵、横向可按1:1000加放垂向反变形余量,并要制作梁拱反变形样板以便准确释放甲板梁拱反变形。为防止胎架横向收缩变形过大,底部分段胎架两舷外侧需加斜撑以作加强,所有分段胎架底座、支柱、斜支撑角钢加强和纵、横向连接角钢必须与“地牛”和胎架焊接牢固,以防止分段制作过程中焊接应力变形。

2.3 提高装配精度、预防焊前变形

船体焊接 篇4

船舶是由船体结构通过焊接熔合的方式连接在一起组合而成的。各金属结构通过电能与焊接设备使焊剂与母材溶化而重新熔合在一起。从焊接过程可以看出结构局部不均匀的热输入使其内部温度场也随之发生了不同的变化, 吸热就会膨胀, 冷却就会收缩, 从而产生很大的焊接应力。焊接应力在结构内部如果不能有效释放掉就会使结构产生局部和整体变形, 最后会造成结构精度不合要求、结构失稳、强度达不到设计要求等严重后果, 给下一阶段的各工种带来装配精度问题, 如导致拉中数据误差偏大、船体结构局部振动, 管电放样不准确等一系列问题。

2 船体结构的焊接变形成因

焊接时局部不均匀的热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。而热输入是通过材料因素、制造因素和结构因素所构成的内拘束度和外拘束度而影响热源周围的金属运动, 最终形成焊接应力的变形。材料因素是指材料的各项性能指标, 一般情况下不能人为的改变, 制造因素是指人的活动行为造成的, 可以改变, 结构因素是设计问题造成的。产生焊接变形最基本和最本质的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件的刚性条件, 在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束, 出现了压塑性变形。与热变形有关的因素有焊接工艺方法﹑焊接参数﹑焊缝数量和断面大小﹑施焊方法﹑材料的热物理性能等, 与构件刚性有关的因素有尺寸和形状﹑胎夹具的应用﹑装配焊接程序等。由于实际生产过程中焊接是一个非常复杂的过程, 影响焊接变形的不可知因素还有很多想完全照出是不可能的, 只有根据主要因素采取相应调节措施, 以达到预防和控制焊接变形的目的。

3 控制焊接变形的方法

由于焊接变形有可能造成严重的后果, 我们在船舶建造过程中必须做好对船体变形的控制, 尽量减少变形, 预防超标准的变形情况出现。现采取以下方法来控制焊接变形:

3.1 采用合理的焊接顺序和方向

(1) 焊接平面上的焊缝, 要保证纵向焊缝和横向焊缝 (特别是横向) 能够自由收缩。如焊对接焊缝, 焊接方向要指向自由端。 (2) 先焊收缩量较大的焊缝, 如结构上有对接焊缝, 也有角焊缝, 应先焊收缩量较大的对接焊缝。 (3) 先焊横向短焊缝。 (4) 工作时应力较大的焊缝先焊, 使内应力分布合理。 (5) 交叉对接焊缝焊接时, 必须采用保证交叉点部位不易产生缺陷的焊接顺序。T型焊缝和十字焊缝焊接时, 应该将交叉处先焊的焊缝铲干净, 才能使T型焊缝和十字捍缝的横向收缩比较自由, 有助于避免在焊缝的交点处产生裂纹。

3.2 设计合理的工艺措施

(1) 选择合理的焊缝尺寸:焊缝尺寸增加, 变形随之增大, 但是过小的焊缝尺寸将降低结构的承载能力, 并使焊接接头的冷却速度加快, 热影响区硬度增高, 容易产生裂纹等缺陷, 因此应在满足结构承载能力和保证焊接质量的前提下, 随着板的厚度来选取工艺上可能选用的最小的焊缝尺寸。 (2) 尽量减少焊缝数量;适当选择板的厚度, 减少肋板数量, 从而可减少焊缝和焊接后变形的校正量, 如薄板结构件, 可用压型结构代替肋板结构, 以减少焊缝数量, 防止或减少焊后变形。 (3) 合理安排焊缝位置:焊缝对称于焊件截面的中性轴或使焊缝接近中性轴均可减少弯曲变形。 (4) 预留收缩余量:焊件焊后纵向横向收缩变形可通过对焊缝收缩量的估算, 在设计时预先留出收缩余量进行控制。 (5) 留出装焊卡具的位置:在结构上留有可装焊夹具的位置, 以便在焊接过程中可利用夹具来控制技术变形。

3.3 反变形法

(1) 板厚8~12mm钢板单边V型坡口对接焊, 装配时反变形1.5°焊接后几乎无角变形。 (2) 工字梁焊后因横向收缩引起的角变形, 若采用焊前预先把上、下盖板压成反变形 (塑性变形) , 然后装配后进行焊接, 即可消除上、下盖板的焊后角变形。但是上下盖板反变形量的大小主要与该板的厚度和宽度有关, 同时还与腹板厚度和热输入有关。 (3) 海工船/集装箱船的管接头都集中在上部, 焊后引起弯曲变形所以要借用强制反变形夹紧装置, 并配以对称均匀加热的痕迹顺序, 交替跳焊法这样采用了在外力作用下的弹性反变形再配合以合理的受热的施焊顺序, 焊后基本上可消除弯曲变形。 (4) 在线型放样中及胎架上施放反变形量。根据经验, 一般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, 可较好地抵消总尺寸的缩短。

3.4 刚性固定法

焊前对焊件采用外加刚性拘束, 强制焊件在焊接时不能自由变形。 (1) 焊接法兰时, 将2个法兰背对背地固定可有效地减少角变形。 (2) 薄板对接时, 在何方四周用压铁, 防止薄板焊后产生波浪变形。在焊后, 当外加拘束去除后, 焊件上仍会残留稍许变形, 但比原来要少得多, 该方法会使焊件中产生较大的焊接应力, 故对焊后易裂的材料应慎用。

3.5 散热法

焊接时用强迫冷却的方法将焊接区的热量散走 (用喷水冷却法) , 迫使受热面积大为减小, 从而达到减少变形的目的。如利用散热法可减少焊接变形, 但它不适应焊接淬硬性较高的焊件。

3.6 自重法

如工字梁上部焊缝多于下部焊缝, 焊后工字梁将向上弯曲。如将如工字梁翻身搁置将两支墩点置于两端点, 可利用梁的自重弯曲趋势逐渐抵消焊后的弯曲变形, 梁在放置一定时间后, 将会平直或仅有少量弯曲变形, 关键是两支墩点的距离必须选择恰当。

4 结构焊后变形的矫正措施

当构件焊接后, 只能通过矫正措施来减小或消除已发生的残余变形。焊后矫正措施主要分为火工矫正法和机械矫正法。文章只研究了局部火工矫正法, 因PSPC涂装工艺的要求不适宜对船体进行整体火工, 即便是局部火工也不能做太大面积。局部热矫正多采用火焰对焊接构件局部加热, 在高温处, 材料的热膨胀受到构件本身刚性制约, 产生局部压缩塑性变形, 冷却后收缩, 抵消了焊后部位的伸长变形, 达到矫正目的。

火工矫正法有以下几种方法:

1) 圆正法。此法是在板材产生变形的地方, 用氧-乙炔焰圆环游动, 使之均匀地加热成圆点状。火圈温度到800℃呈淡红色时, 用冷水直吹圆点中心位置使其冷却, 当火圈呈暗红色时冷水暂停继续加热呈红色在用水冷却, 直至变形区域调平结束。用此法矫正板材时, 不能将火圈直接布置在变形最高点, 不然的话会使矫正质量受到影响。必须从变形小的地方开始向变形大的地方进行, 这样就可逐步将变形最高处的扰度减小。研究认为火圈直径选择不宜过大或过小, 过大易使火圈表面皱褶;过小会使周围刚性过大而产生很大的局部平面应力, 甚至造成龟裂。如图1所示。

2) 条状加热矫正法。此法加热轨迹成粗线条装, 是用氧-乙炔焰作直线单向移动, 使加热形状呈粗线条状。这种方法的特点是横向收缩量比纵向收缩量约大3倍, 掌握运用得当能用较小的加热面积获得良好效果, 工作效率比圆点加热法高一倍。如图2所示。

3) 螺旋带状火圈加热矫正法。此法的特点是加热带成螺旋状, 是在骨架的背面, 用氧-乙炔焰以螺旋式单向游动加热, 加热到火焰呈淡红色800℃左右, 同时在加热处喷冷水加以冷却。实践证明, 用这种方法矫正8mm厚度以上的外板的角变形有明显效果。如图3所示。

4) 格状加热矫正法。此法是用2次以上条装加热的方法使其轨迹线相互交叉成网格状, 再轨迹线上用水冷却, 使变形处冷却而达到目的。如图4所示。

5) 波浪线加热矫正法。此法是在板材的凹或凸处用波浪游走的方式, 使加热轨迹线呈波浪形的矫正方法, 在加热的同时也要用水冷却, 温度不宜加热过高。此法一般用在板材较厚的地方。如图5所示。

此外, 还有利用机械力或冲击能等进行焊接变形矫正, 这种矫正变形的方法是在室温下进行的, 结构件无需加热。包括静力加压矫直法、焊缝滚压法、锤击法等。

5 结语

综上所述, 船舶建造过程中船体结构经常会因各种因素产生变形, 如焊接、吊装、运输等因素引起变形是不可避免的, 不论何种变形都只能采取有效的方法和措施控制, 对超出公差要求的变形进行矫正, 或采用物理的方法, 或采用火工的方法等新工艺新方法加以矫正, 从而保证船体强度和使用性能, 同时又满足经济性能要求。

摘要：焊接变形在船舶建造过程中是最常见的现象。结构熔化时不均匀的热输入使结构内部产生应力反应, 由内拘束度和外拘束度而影响热源周围的金属运动, 最终形成焊接应力的变形。采取正确的控制措施, 合理的对变形进行矫正, 对缩短船舶建造周期, 提高船舶建造质量具有重要意义。

关键词：船体结构,焊接应力,焊接变形,变形控制,火工矫正,机械矫正。

参考文献

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[4]王承权.船体结构的焊接变形[M].北京:国防工业出版社, 1978.

[5]孙维善.船舶焊接[M].北京:国防工业出版社, 1992.

[6]张子睿.船体火工高级工培训教程[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社, 2007.