船舶制造相關(guān)工藝的應(yīng)力與變形問題研究

王杰

摘 要：隨著我國一帶一路戰(zhàn)略部署的深入發(fā)展，沿海經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，同時(shí)也帶動(dòng)了船舶制造業(yè)的進(jìn)一步提升。在船舶制造過程中工藝的應(yīng)力與變形問題是一種常見現(xiàn)象，下面文章就對(duì)變形原因進(jìn)行分析，并探討具體的控制策略。

關(guān)鍵詞：制造工業(yè);技術(shù);變形

引言

我國在制造業(yè)方面一直處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，關(guān)于船舶在制造方面也取得了不錯(cuò)的成果，但是在發(fā)展的過程中仍有一些問題需要解決，比如：對(duì)于精度以及過程的管理等地方，這樣最終會(huì)導(dǎo)致制造質(zhì)量較差，所以，造船企業(yè)不僅要加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)的研究開發(fā)，還要對(duì)之前在精密以及過程管理等地方的一些問題進(jìn)行重點(diǎn)的解決，只有這樣才可以保障我國船舶制造的水平有所提高，才可以更好的促進(jìn)我國船舶制造業(yè)的快速發(fā)展。

一、焊接變形的因素

船舶需要由冷軋鋼板、熱軋鋼板以及型材進(jìn)行組合，然后經(jīng)過焊接而成的。從結(jié)構(gòu)件的制造工藝來觀察，導(dǎo)致船體部件出現(xiàn)變形的主要因素：焊接熱應(yīng)力因素、殘余應(yīng)力因素以及外力變形因素。首先，焊接熱應(yīng)力的變形現(xiàn)象，指的是在工件進(jìn)行焊接的過程當(dāng)中，金屬材料的受熱程度不一樣以及后續(xù)的冷卻而造成的。在焊接的過程當(dāng)中，由可以移動(dòng)的高溫電弧進(jìn)行加熱，在焊縫與熱影響區(qū)這兩個(gè)地方溫度比較高，由于受熱，金屬會(huì)產(chǎn)生膨脹，膨脹的時(shí)候會(huì)被處于常溫的金屬進(jìn)行阻礙，這樣以來就會(huì)導(dǎo)致壓縮塑性變形情況的出現(xiàn)。如果在焊接的時(shí)候熱源程度比較高，那么焊接變形的情況就比較嚴(yán)重，反之就比較輕。其次，殘余應(yīng)力變形的現(xiàn)象，焊接殘余應(yīng)力以及成形加工殘余應(yīng)力都可以被稱為焊接應(yīng)力。當(dāng)對(duì)工件的某一部位進(jìn)行焊接時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)上述的情況，其焊縫金屬先是出現(xiàn)膨脹，再后來慢慢的轉(zhuǎn)為收縮，產(chǎn)生收縮主要是由于受到了處于常溫金屬的控制，這樣以來，就出現(xiàn)了焊接的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力往往會(huì)在工藝性外力之后而產(chǎn)生的，比如：工件在進(jìn)行自由彎曲成形的時(shí)候不得法以及鋼板校平輾壓的次數(shù)比較少等等，這些情況都會(huì)造成成形加工殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。除此之外，焊接熱應(yīng)力以及殘余應(yīng)力等這兩種情況引起的變形和外力引起的變形有很大的不同之處，外力引起的變形指的是組裝以及焊接的過程當(dāng)中由相應(yīng)的磕、碰、摔、撞或者過載而導(dǎo)致的異常變形的情況。外力造成的變形非常容易發(fā)生，但是這種情況是可以進(jìn)行避免的，只需要多加注意，多加小心即可 [1]。

二、具體的措施

（一）關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)偏差的測(cè)算

關(guān)于各個(gè)階段的精度分析，不同階段的標(biāo)準(zhǔn)偏差也是不一樣的，因此需要進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量。測(cè)量時(shí)，盡可能地對(duì)原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，然后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這樣可以很好地分析實(shí)際數(shù)據(jù)，可以對(duì)網(wǎng)路數(shù)據(jù)體系以及相關(guān)高科技技術(shù)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行借助，利用直方圖或者BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)號(hào)料、切割、加工以及裝配等影響進(jìn)行比較綜合的考慮，最終完成測(cè)算。準(zhǔn)確來講，船舶制造的過程當(dāng)中測(cè)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差分為：分段裝配以及加工的偏差。

（二）做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

關(guān)于結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)，必須要對(duì)強(qiáng)度以及使用功能方面進(jìn)行考慮，還要對(duì)焊接變形的問題進(jìn)行考慮。如果比較細(xì)心，那么可以很大程度上使焊接變形的幾率得到降低。對(duì)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)的控制：第一，需要采用船體分段的建造法，這樣可以很大程度上對(duì)工作量進(jìn)行減少，同時(shí)也可以保障船體的總焊接變形得到一定的控制;第二，焊縫應(yīng)該保障對(duì)稱性，要做到靠近中間的位置，防止彎曲變形的情況;第三，在保障結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提之下，應(yīng)該對(duì)焊縫的截面尺寸進(jìn)行減少，這樣可以降低收縮變形的幾率;第四，要保障焊縫數(shù)量可以減少[2]。

（三）提高制造工藝水平

第一，保障在無裝配應(yīng)力下對(duì)船體完成組裝;第二，對(duì)工藝自動(dòng)埋弧焊以及氣體保護(hù)焊進(jìn)行利用;第三，焊接的參數(shù)一定要符合規(guī)定以及要求，要具備合理性，在利用焊接工藝進(jìn)行工作的時(shí)候，要保障固定以及反變性的方式比較的符合標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)收縮量進(jìn)行保留，可以對(duì)尺寸縮短的進(jìn)行彌補(bǔ)，要對(duì)實(shí)際的收縮量進(jìn)行預(yù)先的考慮。剛性固定法常用的的一種方法，保障構(gòu)件可以在強(qiáng)度比較大的平臺(tái)上進(jìn)行固定，想要去掉外部的胎架，一定要選擇合適的時(shí)間，焊接縫完全的冷卻下來才可以進(jìn)行;這樣可以有效的控制變形 [3]。

（四）控制電流以及電壓

在船舶焊接焊縫的過程當(dāng)中，控制電流以及電壓是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，這樣可以對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行控制，還對(duì)焊縫是否可以成形有控制作用。如果焊接的電流比較大，那么表面就會(huì)出現(xiàn)堆高的現(xiàn)象;相反，就會(huì)使起弧的難度變大，同時(shí)也會(huì)造成焊接電弧缺乏一定的穩(wěn)定性，還會(huì)造成熄弧的情況。如果電流比較大，會(huì)造成飛濺的情況，因此，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行比較合理的控制。在對(duì)焊接電流進(jìn)行選擇時(shí)，為了更好的解決焊縫缺陷問題，應(yīng)該盡可能的保障其與焊條的直徑相符合，對(duì)電流密度進(jìn)行合理的控制。電流如果密度比較大，那么焊條會(huì)變得很紅，對(duì)于正常焊接會(huì)產(chǎn)生非常不好的影響;電流如果密度比較小，不會(huì)對(duì)穩(wěn)定性造成破壞。一般來講，電流是焊條直徑的4倍，但是焊接的位置不是很有規(guī)則，應(yīng)該降低電流的20%.除此之外，焊接的電流值會(huì)受到焊接速度的影響——當(dāng)焊接的速度比較快時(shí)，會(huì)造成裂紋、氣孔以及夾渣等現(xiàn)象;在焊接的過程中，如果速度過慢，那么母材會(huì)出現(xiàn)受熱過大的現(xiàn)象，這樣會(huì)對(duì)船舶強(qiáng)度造成重大影響。因此，焊接的時(shí)候，應(yīng)該按照實(shí)際電流情況進(jìn)行選擇，要避免過快或者過慢情況的發(fā)生。

三、結(jié)語

綜上所述，在船舶制造過程中，受到工藝、應(yīng)力等方面的影響會(huì)產(chǎn)生變形問題，這對(duì)這種情況采用正確的方法控制變形的產(chǎn)生，能夠有助于船舶制造水平的提高，實(shí)保證船舶質(zhì)量、安全的必經(jīng)之路，有助于我國船舶制造產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]劉林，張弛.論船舶焊接工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及焊接變形的研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（25）：68.

[2]王陽，羅宇，田亮，薛健.固有變形計(jì)算方法及其在船舶焊接結(jié)構(gòu)變形中的應(yīng)用（英文）[J].船舶力學(xué)，2015，19（09）：1126～1138.

[3]王建興.大型船舶結(jié)構(gòu)焊接變形固有應(yīng)變法預(yù)測(cè)研究[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2017（08）：154～155.