火工在船體建造中的應用

摘 要：火工是船體建造中常用的一門工藝技術，主要可分為兩個方面火工加工和和火工矯正。因此，本文就火工在船體建造中的應用進行分析與探討。

關鍵詞：火工；船體建造；火工加工；火工矯正

火工是一門用于處理熱變形的工藝技術，即是指對鋼材進行加熱處理，當鋼材上升至一定溫度然后通過火工加工和火工矯正，使鋼材形成特定形狀。由于現(xiàn)代鋼質(zhì)船舶制造過程中需要大量采用矯正變形，而鋼質(zhì)船舶的體積和質(zhì)量都較大，只能使用火工進行矯正變形。

一、火工加工

火工加工主要能夠分為兩種方法，一種是整體加熱彎曲方法，另一種是局部加熱彎曲方法。整體加熱彎曲的方法指的是在加熱爐中對放入的工件進行整體加熱，鋼材加熱至一定溫度強度就會降低，而塑性會增大，這時對工件進行強制彎曲，待工件溫度冷卻后就會成彎曲形狀。在船體建筑中局部加熱彎曲的加工工藝主要包括兩種，分別是火焰彎板以及水火彎板。其中采用火焰彎板加工工件時采用氧-乙炔焰，而鋼材具有熱脹冷縮的特性，當鋼材加熱至一定溫度工件就會彎曲成形；水火彎板加工主要是在加熱工件表面局部時同時對工件澆灑冷水，使工件彎曲成形。

（一）火工加工原理

如果一塊平整的鋼板需要變成彎曲形狀，通過收縮鋼板四個角就能夠?qū)崿F(xiàn)；若是需要將已經(jīng)是彎曲形狀的鋼板成為平面，則通過收縮鋼板中間能夠?qū)崿F(xiàn)。鋼具有可塑性和延展性，同時具有熱脹冷縮的特性，因此，火工加工的原理就是通過加熱鋼板的不同部位，利用鋼熱脹冷縮的特性，施加外力對鋼板進行捶擊，從而將鋼板加工成符合船體建造需求的形成，例如雙向曲度船殼板等。

（二）火工加熱方法

火工加熱方法主要是采用氧-乙炔焰加熱鋼板，殼體要求不同加熱火圈的溫度、大小、形狀也不同。通常情況下，加熱殼板中間部位的火圈其形狀為圓形，直徑為60毫米左右；加熱殼板邊緣部位的火圈其形狀為V形，深度大約為80毫米，寬度大約為60毫米；加熱條狀過程中，為了防止構(gòu)件邊緣發(fā)生收縮而出現(xiàn)起皺情況，應將加熱點控制在距離殼板邊緣適宜的距離，其直徑為100毫米左右，通常加熱線長度為150毫米，加熱線寬度為13毫米左右。采用水火彎板加工時，加熱線長短、疏密和位置嚴重影響著板材成形效果。其中加熱線位置影響著板材成形，而加熱線長短、疏密影響著成形效果。

（三）火焰性質(zhì)

氧氣供給數(shù)量不同，產(chǎn)生的火焰性質(zhì)也不同，主要包括以下三種火焰性質(zhì)：第一種，氧化火焰。氧氣量超過燃燒所需量，會生成明亮、短且邊界清楚的火焰即氧化火焰。氧氣量過多，就會在加熱物表面生成一層氧化鐵皮，該氧化鐵皮非常薄，但是卻會導致工件厚度降低，增加了下道工序作業(yè)難度，若是處理不當，還會對工件加工質(zhì)量造成影響。第二種，還原火焰。氧氣量少于燃燒所需量，會生成暗紅色、尖端有黑煙的火焰即還原火焰。氧氣量較少，會導致燃料燃燒不充分，工件溫度升高慢且溫度不會太高。使得生成效率被降低，還浪費了燃料。第三種，中性火焰。氧氣量與燃燒所需量相等，生成顏色鮮紅、透明的火焰即中性火焰。中性火焰具有溫度高、加熱耗時少、氧化鐵皮出現(xiàn)機率小、節(jié)約燃料的特點，是最適合用于加熱剛才的火焰，但是中性火焰具有控制難的缺點。

（四）加熱溫度

加熱溫度主要由加工方法和工件厚度決定。通常情況下采用局部加熱彎曲加工方法產(chǎn)生的溫度要低于整體加熱彎曲加工方法。加熱剛才時最高溫度不宜超過1100℃，最低溫度宜控制在500℃以上。壓制鋼材時的終壓溫度宜控制在850℃以上?，F(xiàn)代化鋼質(zhì)船體建造時采用的鋼材在加熱時，當加熱溫度從0℃上升至300℃左右時，這時材料的相關強度會達到最大值，塑性會快速降低，處于藍脆溫度。在藍脆溫度通常不能進行捶擊加工，與此同時還應避免出現(xiàn)過熱或過燒情況[ 1 ]。

二、火工矯正

（一）火工矯正原理

火工矯正與火工加大的基本原理一致，但是兩者約束條件不同，火工矯正可以看作是火工加工的逆過程。火工矯正就是指在已經(jīng)變形的結(jié)構(gòu)中通過火工矯正變形，從而形成全新的永久性的變形。要想順利完成火工矯正就必須對構(gòu)件局部加熱面積進行補充，擴大構(gòu)件局部加熱面積。最終獲取的結(jié)果就是金屬加熱部分在加熱時受熱脹冷縮特性影響從而形成永久性變形。當過程結(jié)束后，金屬中沒有手段加熱的部分會產(chǎn)生拉應力作用，再此作用下發(fā)生變形的結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變形，最終恢復平直。這種拉應力的大小、分布情況在很大程度上影響著結(jié)構(gòu)矯正質(zhì)量與效果。而產(chǎn)生的應力狀態(tài)由加熱形式?jīng)Q定[ 2 ]。

（二）火工矯正加熱形式

1.圓點形加熱矯正法

采用氧-乙炔焰進行加熱，采取圓狀循環(huán)游動的方式均勻加熱需要進行矯正的部位。矯正板厚度決定著圓點火圈大小，矯正板越薄，火圈越小。矯正板彎曲撓度決定著火圈密度大小，撓度越小，火圈密度越小。

2.長條形加熱矯正法

長條形加熱矯正法適用于板架凸彎區(qū)域，加熱區(qū)形狀為長條形。長條形加熱矯正法具有加熱面積小，獲取的矯正效果與圓點加熱一樣的優(yōu)點。矯正板厚度決定著長條形加熱帶寬度。矯正板為薄板時加熱帶寬度大，則板材表面容易失穩(wěn)而發(fā)生起皺情況，從而對板材外觀質(zhì)量造成嚴重的影響。矯正為厚板時，加熱帶寬度小，則沒有足夠的熱量施加在板材上，矯正效果不理想。長條形加熱方法較多，常用的有：格子狀加熱法、線狀加熱法、十字狀加熱法、放射狀加熱法、短條狀加熱法[ 3 ]。

三、結(jié)語

綜上所述，火工加工和火工矯正是現(xiàn)代化船體建造中必須應用到的工藝技術，而火工加工和火工矯正在船體建造中應用的效果與加熱方法、加熱形式、加熱溫度、火焰類型等方面有密切關聯(lián)。

參考文獻：

[1] 劉雪梅.火工在船體建造中的應用[J].中國重型裝備，2008，04：43-45.

[2] 鐘廣軍，毛申飛.鋁合金船體焊接變形及其控制措施[J].船舶與海洋工程，2016，05：73-79.

[3] 周海倫.船體結(jié)構(gòu)焊接變形的控制與火工矯正探討[J].工程建設與設計，2016，08：150-151.

作者簡介：郭盛（1987-），男，江蘇揚州人，助理工程師，本科，研究方向：船體技術。