船舶管路先焊后彎工藝及應用

摘 要：管子的制造貫穿著整個船舶的生產過程，其種類繁多，數(shù)量巨大，往往成為船舶生產過程中的瓶頸環(huán)節(jié)。先焊后彎可以應用的研究方法驗證了其可行性和實用性。有效地降低生產成本、縮短生產周期、提高管件加工質量、保證施工進度。基于此，本文介紹了船舶管路在內場制作過程中如何實現(xiàn)先焊后彎的工藝方法。 關鍵詞：船舶管路；先焊后彎；應用 引言： 船舶管子內場制作長期以來一直采用先彎制管后焊接連接件（先彎后焊）的形式。但結合具體工裝和精度控制的情況，采用先焊接連接件后彎制一次成型（先焊后彎）的管子加工方式能有效地降低生產成本、縮短生產周期、提高管件加工質量、保證生產進度，所以掌握先焊后彎工藝并在生產中得到應用是造船企業(yè)迫切要解決的問題。

關鍵詞：船舶管路；工藝

一、管子先焊后彎的工藝有如下優(yōu)點

（一）法蘭在直管狀態(tài)下裝焊，可在水平狀態(tài)操作，操作安全，勞動強度小，并且有利于采用自動焊或半自動焊，提高管子的裝焊質量；

（二）可以實現(xiàn)管子無余量下料（定長一次切割），減少工序，縮短工藝流程，大大提高管子的綜合效率；

（三）減少了校管工序，縮短了生產周期。

二、船舶管路先焊后彎工藝及應用

（一）先焊后彎工藝流程。先焊后彎的工藝流程是管子在彎曲加工前，將管子連接件（法蘭）裝焊在直段管子下面后進行彎曲，法蘭連接件的管子彎曲后其法蘭螺孔隨著管子立體形狀的空間轉角φ，彎曲角α和單管預制圖與管子的彎曲方向不同而變化，因此彎曲前直管兩端法蘭裝焊時法蘭螺孔的相對轉角和彎制時首段法蘭螺孔的頂轉角的確定是關鍵問題。

（二）焊接質量要求。銅管和其他材料管應按照國家有關規(guī)定的有關規(guī)定進行生產分類。管道焊接工人必須有專業(yè)的焊接焊接證書。有效地實施管道焊接文件審核審批職責全面掌握船舶施工單位的焊接設備、焊接工藝和焊接技術。施工階段，驗船師對施工現(xiàn)場檢查，施工現(xiàn)場的實際情況進行整體把握。焊接后的焊縫表面要進行質量檢測，焊縫表面不能有裂紋、渣、氣孔、咬邊、凹陷等，不應在焊縫處出現(xiàn)明顯的塌陷、凹陷等；此外，母材和其他構件焊縫的過渡應平緩均勻。船舶焊接時，應根據(jù)不同部位的要求進行焊縫的焊接，焊接后應進行探傷檢查。并嚴格按照焊接熱處理規(guī)范要求進行熱處理。管道內涂層是管道使用壽命的重要影響因素。內涂層應保證其完整性，無損傷，涂層的厚度可以滿足設計要求。常用的涂層方法有2種，即環(huán)氧涂層和熱浸鍍鋅層。將環(huán)氧涂層應用于海水、淡水、單線管道系統(tǒng)，熱鍍鋅涂層應用于海水和淡水管系中。

（三）回彈量。先焊后彎工藝是船舶彎管件制作的重要手段，為使帶法蘭管件彎制滿足后續(xù)裝配的尺寸要求，必須對管件彎曲回彈量做出相對準確的預測?；貜梿栴}是管件精確彎曲成形加工的難點。管子的回彈過程，實質上就是管子對總彎曲力矩產生了一個反彎矩的結果。也就是說，管子彎曲結束時產生塑性變形，當外力消除后產生的回彈量相當于加上一個方向與產生塑性變形的彎矩相反的載荷而產生的彈性變形。反彈力矩的方向和外力矩方向相反，所以外力矩和反彈力矩所引起的應力即是管子從彎模上取出后在自由狀態(tài)下斷面內的應力，即所謂殘余應力。正是由于這個應力，使管子產生回彈，因此要求出管子的回彈量，必須求出其受到的彎曲力矩。

（四）初始轉角的計算。先焊后彎工藝是在彎管前將兩端法蘭焊在直管上，然后進行彎曲，彎曲后即成成品。這樣就不需要彎曲后再進行兩次畫線、兩次切割和法蘭定位、焊接等工序。管加車間在加工管子時有法蘭單眼和雙眼的概念，法蘭雙眼是當法蘭平面垂直于水平面的時候，最上端相鄰兩螺孔中心的連線平行于水平面。目前民用船舶絕大部分選擇的是四進制法蘭，在制造安裝時均規(guī)定為法蘭雙眼。先焊后彎曲工藝，還可計算出法蘭和相對角度。這個角度是為直管段的時候焊接法蘭用的，就是在彎管前焊接法蘭時，將兩端的法蘭預先旋轉一個角度，經過彎管操作后，就能夠保證兩個法蘭都是雙眼的位置。

（五）管系焊接機器人系統(tǒng)的組成。焊接機器人系統(tǒng)采用兩端的機器人結構，自動上下料，自動定位和夾緊，管兩端同步焊接生產的全自動化。系統(tǒng)結構由焊接機器人系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、控制與通信系統(tǒng)、工件夾緊和定長系統(tǒng)組成。焊接機器人系統(tǒng)主要包括：機器人、焊接電源、輔助設備等。機器人的選擇主要集中在穩(wěn)定性、功能性、價格等方面，還要考慮到售后服務的保證，操作方便，漢語顯示界面等。焊接電源是系統(tǒng)中的關鍵設備，由于采用了管子兩端同步焊接，對電源的引弧成功率要求很高，要避免電弧焊接質量問題造成的故障，并配置相應的機器人焊槍；焊接機器人系統(tǒng)必須有焊縫自動發(fā)現(xiàn)和焊縫跟蹤傳感系統(tǒng)?？刹捎媒佑|式焊縫起始位置尋找傳感系統(tǒng)，通過焊絲與工件接觸方式讓機器人獲取焊縫偏差數(shù)據(jù)后，自行調整焊縫起弧點位置。采用擺動電弧跟蹤系統(tǒng)，通過焊接電流和電壓的采集，計算出機器人的高度和偏差，對焊接的位置進行自動調節(jié)。至于管子橢圓度與法蘭（套管）裝配間隙和同心度的問題，只有通過對過程質量控制的加強，或采用法蘭較裝機裝配管子，以滿足機器人對管子裝配精度的要求。

三、焊接變形預測

（一）熱彈塑性有限元分析方法。這種方法在應用中充分的考慮到了焊接材料自身所存在的非線性，此外還能實現(xiàn)對應力應變的動態(tài)跟蹤功能，此外，焊接之后的殘余應力和變形情況也能得到有效的控制，這項研究當中覆蓋面比較廣，主要有焊接的材料、接頭的形式以及焊接中的各項參數(shù)指標等等，所以，在焊接仿真過程中，還原度相對較高。

（二）固有應變法。和熱塑彈性有限元法相比較而言，這種方法主要采用的是彈性有限元的計算方法，計算過程中，其計算量并不是很大，所以，這種方法比較適合使用在規(guī)模較大，結構相對也比較復雜的焊接變形預測工作中。為了保證這種方法在焊接變形預測中的應用效果，在實際的工作中可以針對典型的船舶產品的一些比較具備典型性的制造工藝建立焊接應變數(shù)據(jù)庫，在建立數(shù)據(jù)庫時，要充分的結合焊接材料、焊接工藝和接頭的具體形式等等，這樣能夠非常好的解決分段制造和總段組裝以及總段合攏過程中所產生的焊接變形預測方面的問題，同時它也為焊接變形的控制提供了非常好的理論基礎。

四、管路焊接方式

現(xiàn)代造船項目主流民船項目和海工項目，民船項目如散貨Bulk Carrier 散貨船、Asphalt Carrier 瀝青船、Container Ship 集裝箱船、General Carrier 雜貨船等。海工項目如Drilling Unit 鉆井平臺、Jack Up Drilling Unit 自升式鉆井平臺、PSV（平臺供應船） 、SSV深水海洋工程船等，民船繼續(xù)延續(xù)著以前傳統(tǒng)的焊接工藝，而海工船型船東對其更高的焊接要求和管路質量要求，迫使出現(xiàn)新的管路焊接工藝方法--先焊后彎。

管路焊接方式主要有對焊和插焊兩種焊接方式，在管路中使用對焊如異徑、彎頭、等，而插焊如法蘭、套管、腹板等如圖1。

W2--對焊。SW5--插焊。FSW7--現(xiàn)場插焊。

五、結語

本文通過對船舶管路先焊后彎技術的研究，掌握了管子的焊接工藝參數(shù)的計算方法和相關的技術參數(shù)。要根據(jù)計算方法和參數(shù)，對管件的形狀和位置進行測試，形位尺寸要達到相關工藝及規(guī)范的要求，可逐步在船舶建造中推廣應用。

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