铝合金船体焊接变形及其控制措施探讨

李丽舒

摘 要：随着工业技术的高速发展，市场上出现铝合金材料，由于铝合金材料拥有密度低、强度高、塑性好等特点，可以经过加工转变为各种型材，所以在船舶工业中被广泛应用。在船舶工业中，主要利用铝合金材料来建造全焊接铝合金船体，但是由于铝合金材料在焊接时会发生变形、翘曲等问题，这导致建造全焊接铝合金船体相较于建造其他船体更加困难。在全焊接铝合金船体建造技术中，主要研究方向就是焊接防变形技术和精度控制技术，这两项技术是全焊接铝合金船体建造技术的重要组成部分，想要建造一艘质量高的全焊接铝合金船体，就必须熟练掌握这两项技术。文章主要通过研究铝合金船体焊接过程中铝合金变形的原因，来分析出铝合金船体焊接变形的控制措施。

关键词：铝合金船体；焊接变形；控制措施

中图分类号TV547.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）32-0088-02

引言

铝合金材料在船舶中被广泛应用，主要是由于它比重较小，而且耐腐蚀性很强，在船舶航行时，它可以加快船舶的航速。并且由于它的密度较小，所以能够有效减轻船舶的重量，保证船舶的稳定性，对于造船工业而言，属于一种利用价值较高的材料。在建造铝合金船体过程，需要注意的是铝合金船体的焊接，这也是建造铝合金船体目前最大的障碍。铝合金材料相较于钢材料，导热系数比钢材料高许多，热膨胀是钢材料的2.5倍，但是弹性模数却仅为钢材料的1/3。这些材料特性使得铝合金材料相较于钢材料，在焊接时容易出现较大的材料变形。文章通过铝合金船体焊接时容易产生变形的特点，对铝合金焊接变形进行分析，并研究出铝合金焊接变形控制措施，为铝合金船舶能够大量生产积累经验。

1 导致铝合金船体焊接变形的原因

在利用铝合金材料造船时，经常在焊接过程中发生铝合金变形的现象，那么导致其在焊接时发生变形的主要原因有哪些呢？这值得我们去研究探讨。只有找到了铝合金船体焊接变形的原因，才能找到焊接变形控制措施，下面将为大家详细解释利用铝合金材料造船焊接时的变形原因。

1.1 铝合金自身的金属特性

铝合金本身的金属特性有硬度小、导热系数大、热膨胀系数大的特点，这对于铝合金焊接来讲，容易出现幅度较大的材料变形，这对铝合金船体结构来讲，会带来巨大的安全隐患。另外，在对铝合金船体进行焊接时，还需要对铝合金材料进行辊轧、成型、剪切、切割等工艺，这些工艺增加铝合金材料的应力。而在焊接的过程中，焊接产生的热量会消除以上工艺所产生的应力，这就导致了铝合金材料发生变形的现象。最常出现的在焊接时铝合金变形形状为波浪变形，或者是局部出现凹处，通常情况下，铝合金材料焊接时发生的变形是相同结构钢材料两倍，这主要因为它的弹性模数以及热膨胀系数所导致的。

1.2 焊接时产生的热量

在铝合金焊接过程中，铝合金由于其自身特性，吸收的热量一多就容易发生变形，而主要原因是焊接过程中产生的热量过多。在传统的焊接思维上，人们总以为，焊的多就是好的，连续性焊接比间断性焊接好等观念，但是在对铝合金材料进行焊接时，要充分考虑其金属特性，尽量缩短焊接时间，这对于减少铝合金材料焊接变形有巨大的意义。在对铝合金材料实施焊接前，要以金属熔敷量越少越好的地方为标准，尽量减少输出的热量，防止铝合金材料发生变形。因此，在对铝合金焊接过程中，要对焊接工艺有较高的标准，使用不恰当的焊接工艺必然会导致铝合金材料出现变形现象。

1.3 焊缝的位置、尺寸以及数量

1.3.1 焊縫的位置

铝合金焊接过程中，焊缝位置是影响铝合金材料变形的主要因素之一，在焊接时，如果焊缝位置与结构中心线之间不对称，那么就有可能会出现弯曲变形。因此在焊接过程中，需要先对多焊缝位置进行考虑，保证它与结构中心线对称[1]，如果实际焊接中无法保证焊缝的对称，那么焊接人员应当采用相应的焊接顺序进行焊接。

1.3.2 焊缝的尺寸以及数量

在对铝合金进行焊接时，除了要考虑焊缝的位置，还需要对焊缝的尺寸进行考虑。焊缝尺寸的长度与截面积对于铝合金收缩量有极大影响，焊缝纵向收缩量在通常情况下与焊缝的长度成正比。焊缝的数量越多、尺寸越大，那么导致铝合金变形的可能性就越大，因此，在焊接时，需要对板厚进行了解，设计出合适的焊缝尺寸、数量，这样既可保证铝合金材料的变形较小，也能节省焊接变形时浪费的材料。

2 铝合金船体焊接变形的控制措施

为了防止在焊接过程出现变形，给铝合金焊接营造一个好的条件[2]，就需要对船体的装配精度进行提高，在装配过程中要实现设计出合理的装配顺序，尽量减少在装配过程中出现问题，导致焊接出现变形。另外，还需要增加船只的刚度，为铝合金焊接打好基础。

2.1 装配精度

铝合金船体在装配时，装配精度应当高于普通钢船的标准，在装配拼板时，板缝的错开度应在标准范围0.5mm内，板缝间隙在标准范围1mm以内；在装配骨架时，骨架间距、位置偏差、对接间隙、端点错开度都应当保持在精度标准范围1mm；在装配舱壁时，位置偏差的精度标准为2mm、与外板间隙的精度标准为1mm。

2.2 装配顺序

装配时，要注意装配的顺序，最好从中间开始装配，然后向艏艉、两舷逐渐开始装配。如果铝合金船体在建造时采用的是分段建造，那么则应该先找出船舯和中心龙骨，之后再按安两侧肋骨段，最后依照这两种方向进行装配，这种装配方式主要是以船舯为基础，实行虽然困难，但是产生的误差小，精度高。

2.3 合理的焊接顺序

在对铝合金船体进行焊接时，可以参考钢船的焊接顺序。一般来说都是：

2.3.1 先对船体中间部分进行焊接，然后在逐渐向两边展开焊接。

2.3.2 先对船中纵剖面部分进行焊接，然后在逐渐向两舷对称展开焊接。endprint

2.3.3 先纵向构件进行焊接，然后在横向构件焊接，这种方法可以通过纵向结构的特点，让其成为支撑点，减少铝合金焊接变形。

2.4 点焊定位

在对外板进行安装后，可以采用点焊定位的方法，合理计算点焊的间距与长度。在外板厚度较大时，点焊之间的间距可以稍微增大，厚度较小时，点焊间距必须要减小。通常情况下，对于外板厚度4至8mm的外板，点焊间距最好保持在100mm与150mm以内，点焊长度最好保持在两厘米左右。

2.5 焊接参数的控制来防止变形

为了保证铝合金船体在焊接过程中不发生变形现象，焊接负责人员需要在铝合金材料进行焊接前，对焊接参数进行合理的设计。铝合金材料焊接参数主要包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度等，对于这些参数，每一个设计好后，施工人员在施工时都需要按照已经设计好的方法进行施工，这样才能保证铝合金船体顺利完成焊接。

2.6 分段吊运

在对装配材料进行吊运时，必须在吊耳等相关位置安装支撑材料，用来防止在吊运过程中导致段体出现变形。在起吊时，要注意段体的平稳，尽量不要出现段体摇动等情况，在段体落地时，应当将地面垫平。

3 铝合金变形后矫正

在铝合金船体焊接时，为了对铝合金焊接變形进行有效控制，可以实施以下措施：

3.1 钢质专用压条板

在对平直舱壁板进行焊接时，可以将舱壁板上不同种类的扶强材进行定点焊接，将其固定在舱壁板中，之后将钢质专用压条板放置在扶强材舱壁扶强点上，在对其进行焊接施工，这会使得舱壁板的变形减小。在实际操作中，要根据舱壁板的间距来使用不同规格的压条板，这样可以对焊接变形进行有效控制。

3.2 铝合金变形校正

在变形已经产生的状况下，可以使用加热法来对变形部分进行校正，但在加热的过程中，要注意热量温度。另外在校正时应当先采用粗校，然后再对变形部分总体进行校平，进行粗校是应当从变形最为严重的地方开始，这样可以有效防止因校正不当出现更严重的变形。但是需要注意一点，铝合金变形校正属于最后的应急措施，且铝合金变形校正技术还存在许多问题，所以铝合金船体在焊接过程中还需要提前做好预防措施，尽量不要出现变形现象。

4 结束语

在对铝合金船体变形进行控制时，要牢记一点，铝合金船体变形控制不仅局限于铝合金焊接的自身工艺，还要对焊接前的所有环节进行控制。另外，还需要对铝合金船体焊接前、焊接中所存在的问题进行全面考虑，只有这样才能够保证铝合金船体焊接不出现变形的情况。

参考文献：

[1]刘会杰，吕世雄.焊接对铝及铝合金轧制带箔质量的影响及其控制措施[J].焊接，2000（04）：30-31.

[2]胡冬生，尹志春，杨明睿，等.铝合金车体焊接变形及其控制方法初探[J].广东科技，2014，23（20）：161-163.

[3]钟广军，毛申飞.铝合金船体焊接变形及其控制措施[J].船舶与海洋工程，2016，32（05）：73-79.

[4]赖鸥.焊接材料及工艺对铝合金焊接性能的影响[J].科技创新与应用，2013（06）：77.endprint