船舶焊接變形的控制與矯正

摘 要：建造、維修船舶過程中，最常見的情況就是焊接變形，它對船舶質(zhì)量有著嚴(yán)重影響，會使安全隱患得以產(chǎn)生，同時會提高成本費用，這會使航運事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生很大的影響。在船舶焊接時，造成焊接變形的因素很多，因此要對其進行深入的分析。本文從焊接變形形成的原因、種類入手，對焊接變形控制的原則和方法進行論述，最后提出船舶焊接變形的矯正對策，使船舶強度、使用要求等符合要求。

關(guān)鍵詞：船舶；焊接變形；矯正

中圖分類號：U671.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0285-02

對于船體結(jié)構(gòu)來說，它是典型的焊接結(jié)構(gòu)之一。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，在造船過程中，整個船體建造工作量中占比最大的就是焊接工作，焊接的質(zhì)量以及效率對船體的建造周期、成本以及性能等有著直接的影響。針對船體結(jié)構(gòu)中薄鋼板，焊接變形會十分明顯，倘若沒有對焊接變形進行有效的控制，會使船體裝配難度加大，會與質(zhì)量檢驗要求不相符，因此，焊接變形的控制和矯正就變得十分關(guān)鍵。想要對焊接變形進行有效的控制，本文以焊接變形產(chǎn)生的原因、影響因素為切入點，對焊接變形的控制與矯正進行分析。

1 船舶焊接變形形成的原因

對于電弧焊來說，它是不均勻的快速加熱、冷卻的過程，焊接中以及焊接后，焊接構(gòu)件會出現(xiàn)變形的情況。對焊接變形產(chǎn)生影響的因素有兩個：①焊接熱變形；②焊接構(gòu)件的剛性條件。在焊接過程中，構(gòu)件剛性條件對熱變形會有一定的限制，使得壓縮塑性變形得以產(chǎn)生，使得焊接殘余變形得以出現(xiàn)。

1.1 影響焊接熱變形的因素

（1）材料的熱物理性能。對于不同的材料，其導(dǎo)熱、比熱以及膨脹系數(shù)等都是不一樣的，其形成的熱變形也是不一樣的，所以，焊接變形也是不一樣的。

（2）焊縫數(shù)量以及斷面大小是成正比的。也就是說，焊縫數(shù)量多一些，斷面尺寸就會大一些，那么焊接變形就會大一些。

（3）焊縫接頭形式。由于對接焊以及角接焊的溫度場是不一樣的，所以兩者形成的熱變形也是不一樣的。一般來說，對接焊的變形要大一些，角接焊的變形要小一些。

（4）焊接參數(shù)。主要有三個：①焊接電流；②電弧電壓；③焊接速度。線能量大一些，焊接變形就會大一些。當(dāng)焊接電流與電弧電壓變大時，焊接變形也會隨之變大。對于這3個參數(shù)來說，電弧電壓的作用突出一些，所以，對于低電壓高速大電流密度的自動焊，其變形就會小一些。

（5）焊接方法，對于連續(xù)焊、斷續(xù)焊來說，兩者的溫度場是不一樣的，其形成的熱變形也是不一樣的。一般來說，連續(xù)焊變形要大一些，斷續(xù)焊的變形要小一些。

（6）焊接工藝方法。焊接方法不同時，其產(chǎn)生的溫度場也是不一樣的，所以產(chǎn)生的熱變形也是不一樣的。通常情況下，自動焊和手工焊進行比較，加熱要集中一些，受熱區(qū)要窄一些，變形就會小一些。對于二氧化碳?xì)怏w保護焊來說，其焊絲細(xì)一些，電流密度大一些，加熱更加集中，變形也要小一些，其和手工焊進行比較，對于薄板結(jié)構(gòu)的焊接更適用。

1.2 焊接構(gòu)件剛性條件的影響因素

（1）構(gòu)件的尺寸和形狀。由于構(gòu)件剛性的增加，會使焊接變形會小一些。

（2）應(yīng)用胎夾具。通過對胎夾具進行應(yīng)用，使構(gòu)件的剛性得以增加，這樣會使焊接變形得以減小。

（3）裝配焊接程序。對于裝配焊接程序來說，在不同裝配時期，構(gòu)件的剛性會產(chǎn)生變化，同時會改變重心位置，會影響控制構(gòu)件的焊接變形。通常情況下，焊接構(gòu)件在約束不大的情況下，焊接變形就會大一些，反過來，焊接變形就會小一些。

1.3 船體焊接變形的類型

對于焊接結(jié)構(gòu)的焊接變形來說，其構(gòu)成通常都是一些基本類型的焊接變形，對于船體結(jié)構(gòu)來說，也是一樣的。焊接變形有兩種，第一種是整體變形，就是在焊接之后，構(gòu)件的尺寸、形狀出現(xiàn)了改變，主要有四種情況：①縱向收縮；②橫向收縮；③中拱等彎曲變形；④扭曲變形。第二種是局部變形，就是焊接完成后，構(gòu)件的局部產(chǎn)生了變形，它有兩種情況：①角變形；②波浪變形，詳見圖1。

2 船舶焊接變形的控制原則和方法

對焊接變形影響最大的關(guān)鍵因素有兩個，一是焊接過程中的熱變形，二是焊接構(gòu)件的剛性條件。結(jié)合這兩個因素，可以得出，焊接殘余變形是不可規(guī)避的，也就是說，不可能將焊接變形完全消除。想要對焊接變形進行控制，可以從兩個方面入手：①設(shè)計；②工藝。

（1）在設(shè)計船體結(jié)構(gòu)時，不單單要使船舶的強度、使用性能等得以滿足，同時還要使船舶焊接變形達到最低，花費的工時最少的要求得以滿足。在船體施工過程中最重要的一個工藝就是焊接工藝?？茖W(xué)、合理的焊接工藝可以使焊接變形減少，使應(yīng)力集中得以減少，這是最有效的方式。倘若船體結(jié)構(gòu)設(shè)計時沒有結(jié)合焊接工藝的特點，那么就可能會出現(xiàn)很大的殘余變形，使船舶強度受到影響，使船舶使用性能受到影響。

在設(shè)計過程中，想要對焊接變形得以控制，設(shè)計人員可以采取相應(yīng)的措施，例如可以將船體劃分成很多小部件，使船體分段，這樣可以將焊接變形在不同部件上進行分散，這對于船體變形的控制和矯正是非常有利的；還可以把布置船體焊縫和船體分段截面中性軸對稱，使焊接后的扭曲和彎曲變形得以避免；此外，對于任意一條主焊縫，都要使焊腳尺寸盡量小，使焊縫短一些；盡量將寬、長的鋼板進行使用，使焊縫數(shù)量得以減少等。

（2）在施工工藝方面，想要對船體焊接變形進行控制，主要有五個方面的內(nèi)容：①在無裝配應(yīng)力強制下，來裝配船體。②將埋弧自動焊以及其它氣體保護焊工藝進行應(yīng)用。③科學(xué)選擇焊接規(guī)范參數(shù)，合理選擇裝配焊接順序。④將剛性固定法進行使用。所謂剛性固定性，就是對變形進行控制最常見的方法之一，就是把構(gòu)件在剛性足夠的平臺上進行固定，等構(gòu)件上的全部焊縫冷卻到室溫時，將剛性固定進行去掉。此時，焊接構(gòu)件變形與自由狀態(tài)下的焊接變形進行比較，前者要小得多。在船體裝配焊接過程中，是以剛性固定法為主，例如將筋板臨時加強，臨時點焊強化角鐵、直線拉馬等。⑤反變形法。這一方法就是在船體尚未進行裝配焊接時，將船體分段或構(gòu)件提前給一個反變形值，它的大小與船體分段后的變形進行行比較，前者要大于后者，然而兩者的方向卻是不同的。通過這種方法可以消除船體分段變形。例如在放樣時，預(yù)放反變形量，在裝配過程中加放焊縫收縮余量等，都是這種方法。

3 船舶焊接變形的矯正

3.1 矯正方法

在建造船體時，盡管已經(jīng)從船體結(jié)構(gòu)設(shè)計以及施工工藝等方面將措施進行制定，來對施工中出現(xiàn)的焊接變形進行控制，然而因為焊接過程的特點以及船體施工工藝的特殊性，通常情況下是不可規(guī)避地使焊接變形產(chǎn)生的，針對那些超出設(shè)計要求的焊接變形，一定要對其進行矯正。

矯正工藝只是作用于對焊接構(gòu)件的局部變形進行矯正，例角變形以及波浪變形等，而對于整體變形來說，必須利用下料或裝配時放余量等方式來進行，比如縱向、橫向收縮等。矯正變形的方法有2個：①機械矯正法；②火焰矯正法。

對于機械矯正法來說，就是在室溫環(huán)境下，將外力作用在焊接構(gòu)件上，使構(gòu)件壓縮塑性變形區(qū)的金屬得以伸展，使焊縫區(qū)的塑性變形得以減少，使矯正變形的目的得以實現(xiàn)。對于這種矯正方法來說，會使得金屬冷作硬化情況得以產(chǎn)生，將材料的塑性儲備進行消除，所以，這一方法局限于塑性好一些的材料，不可以機械矯正那些塑性不好的材料，也不能機械矯正那些脆性材料。在實際工作中，這一矯正方法能夠?qū)Ｓ玫拇笮陀蛪簷C等進行使用。

對于火焰矯正法來說，就是將火焰集中加熱變形的構(gòu)件金屬。再進行冷卻，這部分金屬將不可逆的壓縮塑性變形得以獲取，從而矯正整個焊接構(gòu)件變形。這一方法也是會將材料的一部分塑性進行消除，使用一定要謹(jǐn)慎。同時對火焰加熱的溫度進行控制，溫度過高，材料的機械性能就會減小，反過來，溫度太低，也會影響矯正效率。因為冷卻速度不會影響到矯正效果，所以，很多船廠都是以邊加熱邊噴水的方式，一方面能夠使工作效率得以提升，另一方面，又使矯正效果得以提升。結(jié)合加熱部件，火焰矯正法又分成兩種，一是整體熱矯正法，就是直接加熱整個構(gòu)件，使其超過鍛造溫度，再矯正整體構(gòu)件。這一方法能夠?qū)⒆冃纹畲螅欢挂苯鸶弊饔玫靡援a(chǎn)生的構(gòu)件進行矯正。二是局部熱矯正法，這一方法就是通過火焰來局部加熱構(gòu)件，因為在高溫條件下，材料局部受熱后會出現(xiàn)膨脹，同時由于材料自身的約束，局部會出現(xiàn)小范圍的變形，這一方法可以使焊接后部件變形得以抵消，使得矯正的目的得以實現(xiàn)。

4 結(jié) 語

總而言之，船舶在建造過程中，產(chǎn)生焊接變形這一情況是不可規(guī)避的，這就迫使我們對焊接變形產(chǎn)生的原因、焊接變形的影響因素、焊接變形的類型進行了解，從而對船舶焊接變形進行控制和矯正。此外，還要結(jié)合工程的實際情況以及條件，將有相應(yīng)的控制措施以及矯正方法進行制定。唯有如此，才能使船舶建造過程中，有效的控制好出現(xiàn)的焊接變形，使船舶在運營后的運行得以正常，使船舶強度要求以及使用性能得以滿足，使經(jīng)濟性要求得以滿足，對船上人員的生命、財產(chǎn)安全進行有效的保障，這樣也可以為我國航運事業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用。

參考文獻

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收稿日期：2018-8-23

作者簡介：陸 飛（1987-），男，助理工程師，大專，主要從事船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)現(xiàn)場管理工作。