船體焊接變形及矯正方法探討

孫久智 楊曉軍 佟俊民 王為 焦立雯

摘要：在現(xiàn)代造船中焊接占了舉足輕重的作用，焊接的好壞直接影響船體質(zhì)量。本文主要探討焊接變形的影響，形式及產(chǎn)生因素，提出控制及矯正焊接變形的方法。

關(guān)鍵詞：船體焊接;變形;矯正

1.引言

在現(xiàn)代造船中，焊接是一項(xiàng)很關(guān)鍵的工藝，焊接工時(shí)和成本在整個(gè)船體建造過(guò)程中占了40%左右，研究改進(jìn)焊接技術(shù)對(duì)提高造船生產(chǎn)率有很大的意義。焊接質(zhì)量好壞在很大程度決定船體建造周期和建造成本，因此，研究船體焊接變形的問(wèn)題及控制矯正方法具有重要意義。

2.焊接變形的影響

在船體建造過(guò)程中，焊接構(gòu)件大量的應(yīng)用于各個(gè)制造工序。焊接接頭變形對(duì)接頭的性能有著較大影響，使得船體構(gòu)件的強(qiáng)度、韌性下降。此外，焊接變形不利于船體制造精度的控制，從而最終影響到船舶的建造質(zhì)量。

3.焊接變形基本形式

由于熱脹冷縮的原理，在焊接過(guò)程中，由于焊接熱源熱循環(huán)的作用，使焊件受熱不均勻。因此，金屬各部分受熱時(shí)的膨脹與冷卻時(shí)的收縮也不同。這樣，就在焊件中產(chǎn)生了變形。整體變形是由于焊接在各個(gè)方向收縮所引起的。局部變形是指構(gòu)件的某部分發(fā)生變形，包括角變形和波浪變形兩種。

4.船體焊接變形的控制方法

焊接過(guò)程中的熱變形和施焊時(shí)焊件構(gòu)件的剛性條件是影響焊接殘余變形的兩個(gè)主要因素。本文提出以下有幾種方法可以控制變形。

4.1 反變形法

根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，預(yù)先估計(jì)結(jié)構(gòu)焊接變形的方向和大小，然而在焊接裝配時(shí)給予一個(gè)方向相反、大小相等的預(yù)置變形，以抵消焊后產(chǎn)生的變形。

4.2合理的焊接工藝方法

采用焊接熱源比較集中的焊接方法進(jìn)行焊接可降低焊接變形。

4.3 選擇合理的焊接順序

盡量使焊縫自由收縮。焊接焊縫較多的結(jié)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)先焊錯(cuò)開(kāi)的短焊縫，再焊直通長(zhǎng)焊縫，以防在焊縫交接處產(chǎn)生裂紋。

4.4剛性固定法

焊接時(shí)將焊件加以剛性固定，焊后待焊件冷卻到室溫后再去掉剛性固定，可有效防角變形和波浪變形。此方法會(huì)增大焊接應(yīng)力，只適用于塑性較好的低碳鋼結(jié)構(gòu)。

4.5錘擊焊縫法

在焊接的冷卻過(guò)程中，用圓頭小錘均勻迅速地錘擊焊縫，使金屬產(chǎn)生塑性延伸變形抵消一部分焊接收縮變形，從而減小焊接應(yīng)力和變形。錘擊可以用圓頭手錘或氣錘進(jìn)行。

4.6焊前預(yù)熱

焊件在焊前加熱能減少焊件的溫度差，并減少焊后的冷卻速度，從而減小焊接應(yīng)力預(yù)熱。焊件焊前預(yù)熱可根據(jù)焊件的大小和施工條件，采取局部預(yù)熱和整體預(yù)熱。

5.船體焊接變形的矯正

船體建造過(guò)程中，雖然在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝上采取措施來(lái)控制施工中所產(chǎn)生的焊接變形，但由于焊接過(guò)程的特點(diǎn)和船體施工工藝的復(fù)雜性，產(chǎn)生焊接變形是不可避免的，對(duì)出現(xiàn)的超過(guò)設(shè)計(jì)要求的焊接變形必須進(jìn)行矯正。

矯正工藝只限于矯正焊接構(gòu)件的局部變形，對(duì)于船體結(jié)構(gòu)的整體變形只能通過(guò)下料或裝配時(shí)預(yù)放余量來(lái)補(bǔ)償。矯正變形的方法有兩種，即機(jī)械矯正法和火焰矯正法。

5.1機(jī)械矯正

機(jī)械矯正是在室溫條件下，對(duì)焊接構(gòu)件施加外力，使構(gòu)件壓縮塑性變形區(qū)的金屬伸展，減少或消除焊縫區(qū)的塑性變形，達(dá)到矯正變形的目的。

5.2火焰矯正

火焰矯正是一門較難操作的工藝，方法掌握、溫度控制不當(dāng)會(huì)造成構(gòu)件新的更大變形。? 火焰加熱方式有三種，即點(diǎn)狀加熱、線狀加熱和三角行加熱。

5.2.1點(diǎn)狀加熱

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和變形情況，可以一點(diǎn)或多點(diǎn)加熱。厚板加熱加熱直徑d要大些，薄板要小一些，一般不小于15mm。變形量越大，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離應(yīng)小些，一般在50-100mm之間，點(diǎn)的距離在100mm左右加熱時(shí)，由變形最小處開(kāi)始，順次向變形大處移動(dòng)，第二次加熱需待第一次后冷卻后進(jìn)行。

5.2.2線狀加熱

火焰沿直線方向移動(dòng)，或同時(shí)沿寬度方向擺動(dòng)，從而形成帶狀加熱的現(xiàn)象。線狀加熱時(shí)，橫向收縮一般大于縱向收縮，因此應(yīng)盡量發(fā)揮橫向收縮的作用。在一般范圍內(nèi)，橫向收縮隨加熱寬度的增加而增加，加熱線寬度一般為1.5-30mm。

5.2.3三角形加熱

三角形的底邊在鋼板邊緣，頂角朝內(nèi)。三角形加熱面積較大，所以收縮量也大，多用于矯正T形構(gòu)件、工型鋼以及其他型材的彎曲變形，也可用于矯正分段自由邊緣的變形。三角形加熱時(shí)，加熱區(qū)應(yīng)施于彎曲凸起的一邊，由兩端向中間進(jìn)行。加熱要充分，保證使整個(gè)厚度燒透，以免造成平面內(nèi)的彎曲。

6.結(jié)論

我國(guó)的造船工業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)焊接技術(shù)已取得很大進(jìn)步，部分產(chǎn)品技術(shù)已達(dá)到或接近國(guó)外先進(jìn)水平，但是，焊接技術(shù)還需不斷改進(jìn)和提高，本文只是針對(duì)焊接變形提出一些改進(jìn)和矯正方法，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展完善，針對(duì)焊接變形和矯正會(huì)有更好方法提出來(lái)提高焊接質(zhì)量。

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[3]王承權(quán).船體結(jié)構(gòu)的焊接變形[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1978

作者簡(jiǎn)介：

孫久智（1987.1—），男，職稱：助理工程師，研究方向：船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。