船体焊接变形的有效控制方法探析

张磊

（黑龙江省航道局）

摘 要：在船体建造过程中，焊接技术是一种比较常用的方式，但是，一旦该项技术应用不到位，会导致船体出现焊接变形，严重影响船体建造质量。本文就船体焊接变形的原因进行综合分析，并提出科学化的控制策略，仅供相关人员参考。

关键词：船体建造；焊接变形；原因；控制策略

就船体建造的实际情况来看，焊接技术是影响船体建造质量的一项重要因素，一旦焊接接头部位出现变形，不仅阻碍接头实际功能的有效发挥，并且给船体建造整体美观性和柔韧性产生一定影响。因此在船体建造过程中应当积极采取有效措施对焊接变形进行科学化控制，为船体建造质量提供可靠的保障。

一、船体焊接变形原因的分析

建造船体时的主要构成部件有热轧钢板、冷轧钢板和型钢等等，要将这些部件通过焊接连接到一起，形成一个整体。从制造工艺方面来分析，焊接变形产生的主要原因有以下几点：热应力、外力以及残余应力。

热应力变形是在进行焊接时，金属材料受热的不均衡或者冷却所致的变形情况。在焊接时，使用高温电弧作为加热源进行加热，热影响区域和焊缝处的金属表面温度十分高，金属发生膨胀，其附近区域的金属还处于常温状态，阻碍了受热区域金属的膨胀，从而导致了变形的出现。

外力产生的变形一般是由于焊接时的碰撞或者超载所造成的。

残余应力最主要的是焊接时的残余应力。在完成对某个区域的焊接工作后，焊缝处开始进行收缩，而附近的金属处于常温状态，对其收缩产生了影响，从而导致了焊接残余应力的产生。

二、船体焊接变形的相关因素

1.焊接工艺参数和焊接方法

焊接方法的不同导致焊接时的收缩量产生差异。在焊件的厚度没有差别的情况下，在纵向收缩方面，多层焊要比单层焊小，造成这种结果的原因是，在进行多层焊时，先进行焊接的地方在冷却之后有效的阻止了后焊接区域的收缩。直接退焊的收缩程度要大于分布退焊，在进行分步退焊时，焊接区域的受热较为均衡，从而没有集中的形成压缩塑性变形。焊接工艺参数对焊接变形产生影响主要是由于线能量的缘故。在通常情况下，线能量越大其压缩塑性变形就越大，使得部件的收缩程度也较大。

2.焊缝的截面面积及其长度

通常来讲，焊缝的长度越大其在纵向的收缩程度也就越大，焊缝的宽度越大，其在横向的收缩程度也越大。同时，其横向收缩程度还受钢板的厚度以及坡口和接头的形式的影响。在进行手弧焊的过程中，钢板的厚度越大其收缩程度就越大，对于厚度相同的钢板，相比于V形的坡口，X形的坡口收缩程度较小，相比于对接焊缝，比角焊缝的横向收缩程度较小。

3.焊缝所处的位置

焊缝位置的不同对焊接变形程度造成着较大的影响。在一般情况下，若焊缝的位置与构件的重心线相对称，则焊接时的形变较为单一，基本上只存在横向和纵向的收缩，反之，若二者不对称，将会产生较为复杂的弯曲形变，这是由于当二者的距离较远时，产生的收缩力与部件中心轴之间的力矩變大，从而导致较大幅度的弯曲形变。这就要求我们要尽可能的将焊缝置于中心轴附近，避免弯曲形变的产生。

4.焊接装配步骤

焊接装配步骤的不同会导致部件重心发生位移，其刚性发生变化，从而较大程度的影响焊接变形。所以对整个结构来说有两种焊接装配的方式，分别是在装配的过程中焊接，装备完毕后进行焊接。如果其结构较为简单，我们通常在装配完毕后再进行焊接，对于较为复杂的结构，使用在装配的过程中进行焊接。

三、如何对船体焊接变形进行有效控制

在船体建造过程中，为了对焊接变形进行科学化控制，应当在准确把握焊接变形影响因素的基础上，找准焊接变形控制的切入点，从而优化控制措施，加强船体焊接质量控制。通过研究可知，船体焊接过程中，塑性应变和热应变是导致焊接变形的重要因素，并且实际控制难度较大。为确保在船体建造过程中能够将焊接变形控制在最低水平，在船体焊接过程中应当从结构、材料、工艺等角度入手，采取有效措施来对船体焊接变形进行科学化控制。

1.优化船体设计

为降低船体焊接变形发生几率，应当结合船体建造的具体情况，优化船体设计，保证船体各部分强度满足相关船体建造相关标准，在此基础上，对焊缝长度进行合理控制，并结合船体焊接的是需求，对焊接坡口类型进行优化选取，确保焊缝与部件中心轴保持良好的对称状态，进而在冲压件的作用下缩短焊缝，从而为船体焊接质量控制创造有利条件。

2.规范施工工艺

第一，合理选择装配焊接程序。为加强船体焊接变形控制，在实际焊接施工过程中应当合理选择装配焊接程序，这就要求施工技术人员在准确把握船体焊接施工实际标准的基础上，适当预留伸缩量。尤其是要结合船体结构大小情况对焊接施工技术进行优化调整，保证焊接均匀性。以工字梁为例，为避免出现焊接裂缝，应当控制好伸缩量确保其能够实现自由收缩，从而保证焊接施工质量。一般情况下，焊接施工中以一次性焊接的方式开展不对角焊接，并留出一部分缝隙，为焊接质量控制打下良好的基础。

第二，对收缩量大的部位进行优先焊接。以存在筋板的工字梁为例，在实际焊接施工操作中，技术人员往往优先焊接筋板的角焊缝，随后焊接腹板和面板等部位，最大程度上避免角焊缝区域出现横向收缩裂缝而影响焊接质量。

第三，合理使用对称焊接。在船体焊接施工中，通常情况下技术人员以对称焊接的方式对对称状态且具有一定刚性的截面进行焊接，确保将弯曲形变控制在合理范围内，从而对焊接变形进行有效控制，保证焊接质量。待焊缝形成对称结构后，安排两名焊接人员开展对称焊接施工。

第四，为加强船体焊接施工质量控制，降低焊接变形发生几率，应当结合焊缝实际情况采取适当的焊接方法。若实际焊缝长度超出一米，则应当采用交替焊接法或分段退焊法。若实际焊缝长度处于半米到一米之间，则应当采用分中对称焊法，从而保证焊接施工质量。

除此之外，焊接施工中还可以通过以下几种方式对焊接变形进行有效控制：（1）反变形法。反变形法是指对变形状况进行提前的预判，在焊接前，留有一个等量的反方向的形变，这样就会在焊接结束后不会出现变形的情况，实现接口的完美融合。（2）刚性固定法。部件的刚性越大，焊接后发生的变形越小。这种方法是对产生的形变进行限制，适用于波浪变形和对角变形的情况。（3）预热法。导致焊接变形的原因是受热的不均衡，因此，对部件进行适当的预热，能够有效的避免焊接变形的产生。在进行预热温度的选取时，主要依据部件的材料和厚度。

四、结束语

总而言之，船体焊接变形是影响船体建造质量的重要因素，一旦焊接操作不到位，会影响船体接头的实际功能的有效发挥，并且会影响船体的强度和韧性。为进一步将船体焊接变形控制在最小范围内，应当从优化船体设计和规范施工工艺两方面入手，减少焊接变形的发生，切实保证焊接质量满足船体建造的相关标准。本文的研究尚存在不足之处，未来将进一步开展深入研究，以确保对船体焊接变形进行科学有效的控制。

参考文献：

[1] 张珍强 船体焊接变形的有效控制方法[J]. 《科技创业家》， 2014（7）：92-92

[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