船体结构焊接变形分析

严筱忆 王玉强

【摘 要】在许多技术中重要的金属的加工技术就是焊接技术，焊接技术在应用方面有广泛的应用范围，在使用过程中，机械加工以及船舶制造都能用到焊接技术。但是虽然焊接技术在造船行业的发展速度较为快速，并且自动化程度也逐渐提高，在焊接过程中也有很多问题是无法避免的，比如说，在焊接过程中，难免会出现焊接结构的变形。焊接结构的变形计降低了尺寸精准度的水平，并且也会造成焊接结构、形状不能保持一致，进而在工作中会造成传播增加，以及促进船舶失效的原因，并且由于焊接变形也会降低传播结构的疲劳、强度。在焊接结构中焊接变形的分类是很复杂的，对于变形来说，焊接结构的影响因素有整体变形和局部变形，若通过外观则可以分为曲线变形、波浪变形、脚变形、扭曲变形以及收缩变形。

【关键词】船体结构;焊接变形;分析

1.船体结构焊接变形的产生原因和分类

船体结构焊接变形可以分成两个大类，一个是局部变形，另一个字是整体变形。局部变形的含义是对于船体来说，其中的一小区域发生的变形，局部变形当中包括弯曲变形、波浪变形、脚变形和错边变形。对于整体变形来说，是整个船体发生较大程度的变形，包括弯曲变形、收缩变形和扭转变形。相对于船体的结构来说，焊接变形的原因不是有某一种因素，造成，而是通过不同的因素共同的作用下所引起的，但将这些因素总结起来无非还是三种原因。主要有：焊接残余应力、外力和焊接热应力。对于焊接参与用力，是指在焊接结束的过程中，常温金属的固定作用和汉风金属的收缩共同查收。外力是指在焊接过程中，由于一些较大幅度的力所产生的力。焊接热应力是指在焊接过程中对金属加热并没有均匀地进行，变形程度的增加也会导致施热时输入量增加。焊接残余应力的是将常温金属刚性固定和焊缝金属收缩共同所产生。

2.影响船体结构焊接变形的原因

2.1焊接方法

焊接方法在常用的步骤中有自动焊接、手工焊接和气体保护焊接，不同的方法，对于焊接的结果也是不同的。一般来说，气体保护焊几和自动焊接在加热过程中的受热面积比较集中，所以对于变形率的差异会比较小，但是对于手工焊接来说，加热并没有很集中，因此就会造成变形率相对来说会有较大差异。

2.2结构刚性

结构刚性的约束会影响到焊缝的纵向收缩和横向收缩，刚性小的结构对应着会有较大程度的变形，但刚性较大的结构，再利用焊缝收缩力的情况下，变形程度会较小，因此结构刚性小的方向是焊接变形所期望的结果。

2.3焊接量和焊接面的面积

一般来说，焊接量的多少会影响焊接变形率，并且焊接面的面积同样也会影响焊接变形率的高低，面积和数量的增加会导致变形率的增加。

2.4焊接程序和装配

一般来说，焊接在整体装配完成后，再进行会形成较小的变形率，但装配和焊接同时进行的话，就会导致变形绿增强。越合理的焊接程序乐会导致变形绿产生大规模的影响，而不合理的焊接程序会许多焊接变形率增加。

2.5焊接的顺序以及方向

焊接的顺序和方向也会对焊接变形产生影响，在进行焊接的过程中，通过从中间开始采用的方法会降低变形的程度，并且在进行长焊接时会直接增强焊接变形的可能性。

2.6焊接的位置

在面对焊接较小的刚性结构时，在布置过程中焊缝的不对称性会导致变形的结果，在布置过程中对称的焊缝会产生纵向和横向的缩短情况。

3.解决船体焊接变形的策略

焊接变形并非是有一个因素导致，而是通过不同因素的共同作用所导致了焊接的变形。在船体焊接的过程中，正是由于两个基本原因才会导致焊接变形，这两个原因一个是塑形应变，另一个则是热应变，所以不管是在实际的操作过程中还是课本理论之基础上，焊接变形，在船体焊接的过程中是无法避免的。因此，对于船体焊接变形要采用控制的办法，在实际的船体结构生产过程中，能够控制船体结构焊接变形的措施，可以着手于工艺、结构以及材料。对于焊接设备的发展，也促进了控制船体结构焊接变形的发展。

3.1船体设计

为了实现控制船体结构焊接变形，在设计船体的过程中加入了很多控制措施，在涉及的方面，要降低焊缝的面积，并且要选择较合理的坡口形式，但是这些都要满足结构有较强的小度的前提才可以实行。对于焊缝的布置也要遵循对称性，在降低焊缝的长度是可以采用冲压见，如果想增强装配的有效性，则可以使用装卡器具的装配。

3.2高效的施工工艺技术

对于大型的船体结构的焊接工作，可以采用由中间向四周进行的方式。横向收缩会对焊缝产生不小的用力共生的会产生裂缝，因此要通过一些方法对裂缝进行收缩。对于收缩量大的焊缝要进行焊接技术，因此，在腹板的角焊缝和面板间会形成较大的焊接应力。为了实现有盖板的结构的焊接顺序，因此在焊盖板的过程中，对于对接焊缝和角焊缝要采取有序的顺序。对于刚性强且具有对称性的物件，在焊接过程中可以利用对称的焊接方法，这样有利于构建到弯曲风险达到最小。通过焊缝的不同焊接方法，在焊接中可以利用交替焊法。对于不同的长度的焊缝可以采用不同的焊缝方法。这个方法的含义是将焊缝后变形的情况作为基础，预先设定一个大小相同且方向相反的变形情况，这样可以在构建焊接之后的变形风险降至最低。在使用方法时要确定反变形的数值情况，从而达到最终的目的。对于一些刚性较大的船体构件的方法，则采用刚性固定法。这种方法有利于对脚变形和波浪变形。

3.3船体焊接变形的矫正方法

（1）带状加热矫正法。该方法又被称之为线状加热或条状加热法，主要是用氧-乙炔焰呈波形向前游动以及作直线往返游动，以确保加热形状呈条状或带状。该方法的主要特点是横向收缩量大于纵向收缩量3倍，可以用较小的加热面来达到理想的纠正效果;（2）圆点加热矫正法。在板材产生变形的位置，圆点加热矫正法得到广泛应用，其主要是用氧-乙炔焰圆环游动来确保其能够均匀地加热成圆点状，该过程中火圈温度达到800℃时呈现淡红色，并借助铁锤锤击周围，然后在火圈温度不断下降的时候捶击也渐轻缓。由火圈附近逐渐将捶击位置移至火圈中央部位，最好选择方榔头衬好以免敲瘪火圈。待冷却至40-50℃时还需要复行捶击，从而使其内应力得到有效消除。该方法在板材矫正过程中，严禁直接将火圈布置在变形最高点，避免对矫正质量产生不利影响。最好选择从变形小的地方开始逐渐向变形大的地方推进，从而有效降低变形最高处的扰度。在圆点加热矫正法中，火圈直径不宜过小或过大，过小有可能导致周围刚性过大，而诱发龟裂，过大易使火圈表面出现皱褶现象;（3）螺旋带状火圈加热矫正法。其主要特点是加热带成螺旋状，一般是以螺旋式用氧-乙炔焰在骨架的背面游动加热，并一边加热以便用磅铁锤轻敲，从而达到预期的矫正效果。

4.总结

在传播建造中，不可避免的问题就是焊接变形，但是对于焊接变形，可以采取有效的控制方法，通过有效的举措，可以选用适当的材料和焊接方法，从而对焊接变形进行，有效地控制，既可以满足性能的要求，也能达到控制焊接变形的问题，并且也能获得良好的收益。本文针对船体结构焊接变形的分析，对不同的措施进行了处理，从而降低焊接变形的风险，提高船舶建造的有效性。

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（作者單位：江南造船（集团）有限责任公司）