探究船舶薄板焊接的變形問(wèn)題及控制方法

文澤耀 李飛

摘要：在制作船舶時(shí)，常常會(huì)使用薄板這一材料，通過(guò)薄板焊接形成各種構(gòu)件。若薄板焊接出現(xiàn)變形問(wèn)題，不僅會(huì)影響船舶 的外觀，還會(huì)影響船舶的安全性。本文分析了焊接變形形式及影響薄板焊接變形的因素，并提出了幾點(diǎn)避免船舶薄板出現(xiàn)焊 接變形問(wèn)題的措施。

關(guān)鍵詞：船舶；薄板；焊接；變形問(wèn)題；控制方法

中圖分類號(hào)：TG404 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3178（2018）19-0239-01

1 焊接變形形式

假如焊件形狀尺寸發(fā)生變化，則表示構(gòu)件發(fā)生變化。由于焊接

施工造成的變形問(wèn)題，則可稱為焊接變形。在構(gòu)件焊接完成且冷卻 之后，出現(xiàn)的變形問(wèn)題屬于殘余變形。在船舶薄板焊接過(guò)程中，變 形形式種類較多。在焊接過(guò)程中，構(gòu)件局部出現(xiàn)不均勻循環(huán)快速加 熱與冷卻將形成熱壓縮塑性應(yīng)變，進(jìn)而形成焊接殘余應(yīng)力致使薄板 出現(xiàn)焊接變形問(wèn)題。

依據(jù)焊縫收縮力方向及位置，可將焊接變形問(wèn)題分為收縮變形、 角變形、彎曲變形、波浪變形與扭曲變形這五種形式。收縮變形指 的就是薄板焊件縮小。不論是焊縫的縱向收縮還是橫向收縮都屬于 收縮變形。焊縫截面上下不對(duì)稱或者受熱不均勻，致使焊縫收縮不 對(duì)稱形成的變形問(wèn)題則屬于角變形。

2 影響薄板焊接變形的因素分析

焊接過(guò)程中的熱變形及焊件的剛性條件是影響薄板焊接變形的

重要因素。焊件的剛性條件將受到裝配焊接程序、胎夾具的使用、 焊件尺寸及形狀的影響；焊接熱變形則將受到焊接工藝參數(shù)、焊縫 面積與數(shù)量、焊接方向及順序、金屬材料的熱物理性能等。船舶薄 板焊件出現(xiàn)彎曲變形的主要原因是焊縫結(jié)構(gòu)不對(duì)稱。研究發(fā)現(xiàn)，隨 著焊縫與焊件截面中心軸距離的增加，薄板焊接變形程度則不斷增 大；反之，薄板焊接變形程度將不斷減小。構(gòu)件剛性條件是影響薄 板焊接變形程度的重要因素，在其他條件相同時(shí)，隨著構(gòu)件剛性強(qiáng) 度不斷增強(qiáng)，薄板焊接變形程度將不斷減??；反之，也是如此。焊 接順序也將影響焊接重心位置及剛性。焊接技術(shù)也是影響薄板焊接 質(zhì)量的重要因素，不同焊接方式形成的熱變形也不相同。相較于繼 續(xù)焊技術(shù)，連續(xù)焊技術(shù)形成的變形程度較高。此外，焊接電流、電 弧電壓、焊接速度等參數(shù)也將影響薄板焊接質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，隨著 焊接電流及電弧電壓的增加，薄板焊接變形程度將不斷增高；隨著 焊接速度的提升，薄板焊接變形程度將不斷降低；隨著焊縫截面尺 寸的增大及焊縫數(shù)量的增加，薄板焊接變形程度將不斷增高。同時(shí)， 由于不同焊件的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、膨脹系數(shù)不盡相同，因此薄板焊 接變形程度也不相同。

3 避免船舶薄板出現(xiàn)焊接變形問(wèn)題的措施

船舶的板殼結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在薄板焊接過(guò)程中與焊接完畢后極

易出現(xiàn)變形問(wèn)題，變形問(wèn)題不僅會(huì)影響船舶的外觀結(jié)構(gòu)，還將影響 其承載能力，進(jìn)而影響船舶的安全性。因而，為提高船舶質(zhì)量，需 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施焊技術(shù)方面著手，盡量避免船舶薄板出現(xiàn)焊接變形 問(wèn)題。

3.1 保證焊縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理

在設(shè)計(jì)焊縫結(jié)構(gòu)時(shí)，需充分考慮焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性，同時(shí)

還需考慮焊接技術(shù)是否可滿足焊接要求。為避免船舶薄板出現(xiàn)焊接 變形問(wèn)題，需依據(jù)焊接特點(diǎn)科學(xué)設(shè)計(jì)焊縫結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，尤 其需注意焊縫位置、焊縫數(shù)量、焊縫尺寸方面的設(shè)計(jì)，以保證焊接 質(zhì)量。總而言之，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需堅(jiān)持以下原則：

（1）為保證焊接質(zhì)量，需盡量減少工作量，可使用分段焊接施 工方式盡量降低船舶薄板焊接變形程度；

（2）合理設(shè)置焊縫，嚴(yán)禁將焊縫設(shè)置在應(yīng)力最大區(qū)域；為保證

焊接質(zhì)量，需盡量將焊縫設(shè)置在焊件結(jié)構(gòu)中心軸對(duì)稱或與中心軸距離較近區(qū)域；

（3）盡量保證焊縫長(zhǎng)度及截面積較??；

（4）采用對(duì)稱坡口焊接方式；

（5）采用較大面積的鋼板或沖壓結(jié)構(gòu)作為扶強(qiáng)材結(jié)構(gòu)； （6）設(shè)計(jì)過(guò)程中，需重視薄板結(jié)構(gòu)的校核，以保證構(gòu)件的安全

性；

（7）重視焊接過(guò)程中胎夾具的使用。

3.2 科學(xué)選擇施工技術(shù)

3.2.1 剛性固定法

此焊接方法需把焊件固定在夾具當(dāng)中才可進(jìn)行焊接施工，以免

焊件出現(xiàn)變形問(wèn)題。焊接程序?yàn)椋簩⒋附咏Y(jié)構(gòu)固定在剛度符合要 求的平臺(tái)或胎架上，在焊縫冷卻之后才可進(jìn)行剛性固定（此種方法 大多應(yīng)用在無(wú)反變形的情況下）。此種方式可有效降低構(gòu)件焊接變形 程度，以免焊件出現(xiàn)波浪變形或角變形問(wèn)題。在薄板拼焊過(guò)程中， 需盡量保證施工場(chǎng)地的平整性，為提高薄板剛性，以免薄板出現(xiàn)焊 接變形問(wèn)題可使用壓鐵或輔助鋼材固定焊縫兩邊。另外，在薄板拼 版疊放過(guò)程中，需保證板面安置在吊耳等圓管支撐上。同時(shí)需注意 的是，需使用套圓管保護(hù)吊耳，以免薄板疊放過(guò)程中出現(xiàn)變形問(wèn)題。 3.2.2 反變形法

此方法是使用較為廣泛的一種避免焊接變形問(wèn)題的方式，在焊 接前需根據(jù)焊件結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)，給予焊件方向相反、大小相同的變 形，以保證薄板焊接質(zhì)量。

3.2.3 存留收縮量

船舶機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，且由于船舶體積較大，其焊縫數(shù)量及焊縫

面積較大。雖已采取多種措施降低船舶薄板焊接變形程度，然而在 焊接過(guò)程中仍然會(huì)出現(xiàn)收縮變形。因此，在準(zhǔn)備材料時(shí)，需存留收 縮量，以保證船舶薄板焊接質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)階段，為保證造 船質(zhì)量，需科學(xué)、合理存留收縮量。

3.2.4 選擇合適的焊接技術(shù)

為降低船舶薄板焊接變形程度，需盡量選擇熱輸入較少的焊接

方式，并且需保證焊接參數(shù)、焊接順序及施焊方法的合理性，比如： 為降低船舶薄板焊接變形程度，可采用 CO2 氣體保護(hù)焊施工方式； 為降低船舶薄板焊接變形程度，可采用真空電子束焊或激光焊技術(shù)，

減少焊縫大小及面積。另外，若發(fā)現(xiàn)船舶薄板出現(xiàn)焊接變形問(wèn)題， 可采用有針對(duì)性措施進(jìn)行矯正，以保證薄板焊接質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，船舶薄板焊接變形問(wèn)題是影響船舶安全性的重要因

素，也是影響船舶企業(yè)發(fā)展的重要因素。船舶企業(yè)需采取有效措施 控制焊接變形問(wèn)題，以保證薄板焊接質(zhì)量，提高船舶安全性及結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性。

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