抗剪力板定位及焊接控制

劉 佳，嚴(yán) 坤，李 娜

（浙江新樂(lè)造船股份有限公司，浙江寧波 315000）

0 引言

海洋運(yùn)輸方便了人們的生活，但是貨油的泄漏會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成一定的污染。本文闡述的抗剪力板的定位焊接控制，是基于保持船體結(jié)構(gòu)的完整性，以防止結(jié)構(gòu)裂紋的產(chǎn)生。

1 定位方式的改進(jìn)

1.1 裝配流程的改進(jìn)

傳統(tǒng)的裝配流程是將零件與零件組合做成部件，這樣方便進(jìn)入下一道工序，也節(jié)省了分段的裝配時(shí)間和焊接工作量。不過(guò)，這種方法針對(duì)抗剪力板安裝來(lái)說(shuō)，從零件到部件到組件，誤差的層層疊加會(huì)產(chǎn)生定位上的極大差異。所以修改裝配方案為分段散裝，這樣做的好處是在相鄰結(jié)構(gòu)均到位的基礎(chǔ)上，再安裝抗剪力板，可以抑制因安裝引發(fā)的焊接變形，在定位方面也能避免誤差疊加的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 定位方式的改進(jìn)

之前抗剪力板的定位方式是相對(duì)縱絎定位，及相對(duì)于各抗剪力板進(jìn)行定位，這會(huì)引起很大的定位誤差。一旦縱絎有安裝誤差，或者位于定位源頭抗剪力板有安裝誤差，勢(shì)必會(huì)引起定位不精準(zhǔn)。鑒于此，將老的定位方式改進(jìn)為每一塊抗剪力板按照中心線定位，如此，每一塊板的定位都是相互獨(dú)立，不干擾，不會(huì)造成誤差的積累，而保證每一塊抗剪力板都布置到位。圖1為定位優(yōu)化前后的對(duì)比圖。

圖1 定位優(yōu)化前后橫向抗剪板安裝圖對(duì)比（單位：mm）

2 焊接控制

2.1 焊接產(chǎn)生變形的原因

鋼材的焊接通常采用熔化焊方法。在接頭處局部加熱，使被焊接材料與添加的焊接材料熔化成液體金屬，形成熔池，隨后冷卻凝固成固態(tài)金屬，使原來(lái)分開(kāi)的鋼材連接成整體。由于焊接加熱，融合線以外的母材產(chǎn)生膨脹，接著冷卻，熔池金屬和熔合線附近母材產(chǎn)生收縮，因加熱、冷卻這種熱變化在局部范圍內(nèi)急速進(jìn)行，膨脹和收縮變形均受到拘束而產(chǎn)生塑性變形。這樣，在焊接完成并冷卻至常溫后該塑性變形殘留下來(lái)。

2.2 全焊透

如圖2所示，抗剪力板與內(nèi)底板為全焊透焊接，與肋板為部分全焊透焊接。全焊透一般為雙面開(kāi)坡口，焊件留根為0-2，即2個(gè)母材通過(guò)焊接完全連接起來(lái)，熔透達(dá) 100%，單面焊完后背面清根，再焊背面。焊道都要覆蓋坡口根部，為保證焊透，坡口角度為40°～60°，見(jiàn)圖3。全焊透使兩面的焊接金屬完成了很好的相變過(guò)程，內(nèi)部組織比較均一，冶金缺陷較少，因此全焊透的強(qiáng)度非常好。所以，作為槽型艙壁下方的加強(qiáng)肘板，屬于高應(yīng)力區(qū)域，采用全焊透的形式是非常合適的。

圖2 抗剪力板的焊接形式

圖3 全焊透坡口形式

2.3 控制焊接變形的方法

考慮到焊接產(chǎn)生變形的原因以及全焊透的焊接方法，為了防止由于抗剪力板的焊接而導(dǎo)致其相連的結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，現(xiàn)場(chǎng)采用如下方法來(lái)進(jìn)行控制。

2.3.1 控制裝配間隙

控制裝配間隙，也就是抗剪力板與焊接構(gòu)件角焊縫的間隙要嚴(yán)格限定在2 mm～3 mm的范圍內(nèi)，這也對(duì)抗剪力板構(gòu)件的精確度提出了更高的要求，所以要對(duì)其采用數(shù)控切割，避免手工切割引起的毛刺，另外要增加焊接收縮量，也可以適當(dāng)增加部分余量，以達(dá)到減小焊接間隙的目的。

2.3.2 控制焊接的熱輸入

過(guò)大的熱輸入也會(huì)引起工件變形。焊接熱輸入是指熔焊時(shí)，由焊接能源輸入給單位長(zhǎng)度焊縫上的熱能，其等于焊接電流、電弧電壓、熱效率的乘積和焊接速度的比值。由公式(1)可知，在焊接電壓設(shè)定后，焊接電流越大，焊接速度越慢，將會(huì)引發(fā)比較大的熱輸入，所以選擇合適的電流和合理的焊接速度將會(huì)達(dá)到減少熱輸入的數(shù)值，進(jìn)而降低構(gòu)件變形的可能性[1-2]。熱輸入的計(jì)算公式為

式中：Q為焊接熱輸入量，J/cm；U為電弧電壓，V；I為焊接電流，A；v為焊接速度，cm/s；η為電弧的功率系數(shù)。

2.3.3 不銹鋼內(nèi)底板的變形控制

不銹鋼熱導(dǎo)率低，熱膨脹系數(shù)大等材料特性決定了其焊接過(guò)程中在較小的熱影響區(qū)內(nèi)分布的溫度梯度大，其焊接變形也就較其他材料變形大，難以控制。

而由于此處內(nèi)底板是位于槽型艙壁的下方，板厚較厚，且為Z向板，截面收縮率大，因此采取層間控制的多道焊，逐層逐道焊接，嚴(yán)格控制層間溫度，并且采用對(duì)稱(chēng)施焊，如圖4所示，左右兩側(cè)輪流堆焊，這樣就可以避免一邊熱輸入大，另一邊自由狀態(tài)而產(chǎn)生局部變形。同樣也要減少單位時(shí)間內(nèi)的熱輸入量，避免工件局部熱量集中。另外，還增加了一定的負(fù)載，也就是在內(nèi)底板增加重塊以抵御變形。通過(guò)以上方法可以有效控制抗剪力板與內(nèi)底板焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接變形[3]。

圖4 多道焊示意

3 結(jié)論

針對(duì)抗剪力板的安裝控制，主要通過(guò)定位方法的改進(jìn)以及控制焊接變形的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明，通過(guò)上述控制方法，之前船舶60%的變形處需要進(jìn)行貼板處理，現(xiàn)在則可以實(shí)現(xiàn)無(wú)處理，無(wú)變形，一次性通過(guò)檢驗(yàn)。如此可見(jiàn)抗剪力板的定位方式及控制焊接變形的處理方法是非常有效且實(shí)用的。