鋁合金船體焊接變形及其控制措施研究

朱宏偉++徐敏

[摘 要]為了使鋁合金船體建造順利進行以及精讀的確定，需要對工藝方案、輔助工裝、焊接技術(shù)以及變形控制進行嚴格的規(guī)劃與要求。首先要制定合理建造方案，其次，要準確了解各種工裝，然后，掌握焊接技術(shù)，最后要學會變形控制。焊接鋁合金船體結(jié)構(gòu)還需要精度控制與變形控制，掌握工藝技術(shù)的關(guān)鍵，提高建造質(zhì)量與效率。

[關(guān)鍵詞]鋁合金船體；焊接；變形；控制措施

中圖分類號：U671.83 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）44-0016-01

引言

在船舶進行建造時普遍存在的問題是船體出現(xiàn)局部變形或者是船體整體變形。船體一旦發(fā)生變形，就會對船舶外觀產(chǎn)生嚴重影響。若是整體變形嚴重，就會導致船體線型與理論形狀不相符，改變船舶吃水狀況，使船體阻力增加，進而對船舶性能產(chǎn)生影響（航行性能以及使用性能等）。所以加強對船體變形出現(xiàn)的原因進行研究，采取有效措施對船體變形進行預(yù)防或控制，意義重大。

一、影響鋁合金焊接變形的因素

（一）鋁合金自身特性的影響

鋁合金具有很多特點，例如，硬度小、導熱系數(shù)以及線膨脹系數(shù)大等，這些特點導致在焊接過程中容易發(fā)生變形。除此之外，原材料本身具有一定應(yīng)力，這些應(yīng)力會在輥軋、成型、切割等過程中產(chǎn)生，同時存在于結(jié)構(gòu)裝配以及焊接之前。在進行焊接時，由于會有一定的熱量輸入，這就會造成部分應(yīng)力的消除，但是鋁合金變形的結(jié)果是由兩者綜合作用導致的。長建的船舶焊接變形主要包括：（1）“瘦馬”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要存在于船體外板或者是上層建筑骨架焊接處。（2）起伏波浪變形。這種變形主要產(chǎn)生于薄板結(jié)構(gòu)中，是板架變形的一種。（3）船體局部變形。與鋼材料相比，鋁合金線膨脹系數(shù)是其2倍左右，在進行焊接時焊接部分會發(fā)生凝固，進而會導致體積收縮，收縮率在6%-7%，所以在進行焊接時由于用力收縮會造成焊接裂紋出現(xiàn)。與鋼材料相比，鋁的彈性模量約是其1/3，與若是結(jié)構(gòu)條件相同，鋁合金的焊接變形明顯大于鋼材料焊接變形，約2倍左右。

（二）熱量的影響

由于焊接過程中會有一定熱量產(chǎn)生，影響構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力，因此，在進行焊接時存在一些錯誤觀念：焊比不焊好、焊得多比焊得少好及連續(xù)焊比間斷焊好。應(yīng)該建立正確的思想觀念，在確保構(gòu)件強度的基礎(chǔ)上焊得越少越好，這種觀念。對于減少焊接變形具有非常重要的作用。在確保焊接工作順利進行的基礎(chǔ)上，角度、坡口形式以及間隙等應(yīng)該進行合理選擇，同時還應(yīng)該確保數(shù)量越少越好，控制金屬熔敷量，只有這樣才能減少熱量的輸入。熱量輸入會直接影響焊接變形的大小，除此之外，焊接變形的大小還受熱源性質(zhì)以及加熱方法的影響。在進行焊接時，熱量，屬于導致變形出現(xiàn)的一項主要因素，所以在整個焊接過程中應(yīng)該加強對熱量的控制。若是在進行局部預(yù)熱時的方法不恰當，就會導致焊接變形的增加。

（三）焊縫尺寸、數(shù)量和位置等的影響

1、焊縫尺寸與數(shù)量

焊接收縮量會受到焊縫長度以及截面積大小的影響。通常情況下，焊縫縱向收縮量會與焊縫長度之間成正比，而橫向收縮量則會與焊縫寬度之間成正比。若是焊縫尺寸大以及數(shù)量較多時，就會導致焊接變形以及用力不斷增大。板厚直接關(guān)系著焊縫尺寸，若是板厚固定，一旦焊縫尺寸過大，就會導致焊接變形增大。所以應(yīng)該根據(jù)板厚對焊縫尺寸進行科學合理的選擇，這樣一來不僅可以降低焊接變形，還能夠有效節(jié)約焊接材料。

2、焊縫位置

焊縫位置也會對焊接變形產(chǎn)生直接影響。若是焊縫位置以及結(jié)構(gòu)重心線之間不對稱，就會產(chǎn)生較為復(fù)雜的變形，例如，不僅會發(fā)生縱向與橫向變形，還會出現(xiàn)彎曲變形。倘若船舶在船臺上進行裝配時，在對甲板和上層建筑進行焊接時，會對艏艉上翹產(chǎn)生較大影響，這種情況出現(xiàn)的原因是，焊縫的位置在中和軸以上，與此同時，距離中和軸位置相對較遠。構(gòu)建結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彎曲變形的一項主要影響因素就是焊縫位置。在設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時，需要對焊縫位置進行對稱性布置，若在實際操作過程中無法完成對稱，那么需要在焊接過程中采取反變形措施加以控制。

二、預(yù)防與減少鋁合金焊接變形的措施

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮船體總段劃分的可行性，以使船臺的焊接工作量減至最少。

2、盡量減少焊縫數(shù)量

選用大尺寸板材，或選用槽型艙壁、壓筋板及帶筋板結(jié)構(gòu)代替有扶強材的焊接結(jié)構(gòu)。

3、合理設(shè)計結(jié)構(gòu)形式及焊縫位置

對薄板應(yīng)選擇合適的板厚，減小骨架間距及焊腳尺寸，以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少波浪變形；焊縫盡可能平行于要求焊接變形最小的方向等。

4、選用焊接線能量較低的焊接方法。

（二）舾裝件布置形式

為了盡可能減小直艙壁板發(fā)生意外事故，所以應(yīng)該在施工的過程中盡量避免出現(xiàn)太多焊接點。在焊接的是不僅要具備必須用到的扶強材之外，還應(yīng)該具備輪機、電氣及舾裝等專業(yè)的各類舾裝件，這些舾裝件與分段的接口形式在設(shè)計時就應(yīng)避免直接焊接于艙壁板上，應(yīng)盡量焊接于壁板扶強材上，這樣就可減少舾裝件與艙壁板的焊接工作量，避免出現(xiàn)安全隱患。

（三）焊接控制

對于鋁合金的焊接應(yīng)該有嚴格的控制，需要有固定的場地人員以及焊接設(shè)備。首先，必須有一個場地，能夠確保長時間工作且不受自然環(huán)境影響，盡量不耽誤焊接進程；其次，要對施工人員進行技能培訓，經(jīng)過考核后才能上崗工作，施工人員要了解各種施工、焊接清潔、變形校正等要求，精準控制焊接；最后，還要有固定的設(shè)備，既利于施工人員熟悉設(shè)備的使用，也能提高焊接效率，優(yōu)化設(shè)計鋁合金焊接方案，實現(xiàn)完美焊接控制。

（四）精心施工

任何施工過程，都要求施工人員精心細致，因為精心施工影響著施工質(zhì)量及應(yīng)用安全。鋁合金的焊接更應(yīng)該從始至終精心施工，為了盡可能減少焊接變形程度而耐心細致，精工細作。

結(jié)束語

總而言之，上文主要就鋁合金船體結(jié)構(gòu)、焊接技術(shù)、輔助工具等方面存在的問題以及解決措施進行了描述，因此，在生產(chǎn)鋁合金船體時，要控制薄板厚度，盡量減少對環(huán)境的依賴性，提高焊接技術(shù)及操作性，能夠很好地校正薄板變形的情況使之達到正常范圍內(nèi)，如此便可為鋁合金船體生產(chǎn)積累經(jīng)驗，有利于更好地支撐鋁合金制品的制造，推動批量化生產(chǎn)的步伐及鋁合金行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

[1] 洛巴諾夫ЛМ，巴辛НА，米霍杜伊ОЛ，等.АМг6鋁合金及其焊接接頭電動加工處理法效果[J].自動焊，2012（1）：3-8.

[2] 余望喜，張偉.半潛式鉆井平臺船體建造方法研究[J].船舶與海洋工程，2013，29（1）：54-58.

[3] 李標峰.船用鋁合金焊接及其船體建造工藝[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.endprint