淺析船舶制造過程中的拼板焊接工藝

摘 要：船舶焊接變形控制是船舶制造過程中的重要技術(shù)難點(diǎn)之一，而拼板焊接在船舶焊接占據(jù)了很大比例，如何在拼板過程中控制焊接變形、提高焊接效率已成為國(guó)內(nèi)外造船企業(yè)共同的研究課題。基于此，本文主要對(duì)船舶拼板焊接過程中的工藝要求及變形控制等進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：拼板焊接工藝;變形控制;薄板焊接

1 工藝流程：

拼板焊接指分段制作中，將船體各層甲板、平直內(nèi)外底板、平臺(tái)板、橫縱艙壁等大面積平直鋼板預(yù)先拼制焊接成型的過程。一般材質(zhì)、板厚的拼板施工多采用埋弧自動(dòng)焊，其工藝流程如下：

1）對(duì)照拼板施工圖紙，核對(duì)每塊零件名及正反面，檢查材料坡口是否正確，檢查每塊零件尺寸是否在精度要求內(nèi);

2）在拼板胎架上進(jìn)行預(yù)鋪，胎架水平需滿足±2mm的精度要求，將基準(zhǔn)板邊對(duì)齊，確認(rèn)基準(zhǔn)板邊直線度標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍≤1mm，允許誤差范圍≤2mm，兩條基準(zhǔn)板邊開角尺，確保兩條基準(zhǔn)板邊為90°。將拼板的基準(zhǔn)邊校對(duì)平齊之后使用工裝固定，可使用卡邊式工裝，盡量減少使用馬板進(jìn)行焊接定位，以節(jié)約打磨馬腳的時(shí)間;基準(zhǔn)邊校平之后鋪設(shè)其他鋼板，厚板較重可使用油泵進(jìn)行定位，而薄板可使用撬杠撬緊;

3）所有零件鋪設(shè)好之后，根據(jù)基準(zhǔn)板邊定位主板板縫，利用油泵、手拉葫蘆等將存在錯(cuò)位的位置進(jìn)行調(diào)整，將非基準(zhǔn)板邊的端差處理光順，保證所有板縫和自由邊的直線度和垂直度;

4）裝配完成后進(jìn)行精控測(cè)量，自主檢測(cè)所拼主板的長(zhǎng)、寬尺寸及對(duì)角差，確認(rèn)與拼板圖紙尺寸一致，數(shù)據(jù)有問題時(shí)及時(shí)整改調(diào)整，要求長(zhǎng)、寬尺寸標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍±2mm，允許誤差范圍±3mm，對(duì)角差值標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍≤2mm，允許誤差范圍≤3mm;長(zhǎng)寬無法檢測(cè)的異形板拼板時(shí)檢測(cè)對(duì)角線長(zhǎng)度，要求對(duì)角線尺寸標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍±2mm，允許誤差范圍±3mm。

5）拼板時(shí)主板錯(cuò)位偏差≤1mm，自動(dòng)焊板縫間隙為0～1mm，定位焊長(zhǎng)度為30mm～50mm，間距為300mm～500mm。

6）根據(jù)WPS要求，選用合適的焊材、焊劑進(jìn)行焊接，在板縫兩端設(shè)置引弧板、熄弧板，厚度與所拼鋼板相同，其規(guī)格常為100*100mm，焊接完正面后需進(jìn)行翻身碳刨;

7）翻身過程中需注意，盡量沿著板縫方向翻身，降低焊縫撕裂風(fēng)險(xiǎn);板厚差較大時(shí)，從厚板向薄板翻身，減少薄板變形;

8）翻身碳刨后焊接反面，焊接完成后進(jìn)行焊后精度控制，合格后方可吊離拼板工位進(jìn)行后續(xù)施工。

2 焊接變形：

拼板施工過程中，焊接變形對(duì)結(jié)構(gòu)的性能影響較大，會(huì)導(dǎo)致船體的強(qiáng)度及韌性下降，最終影響船舶的建造質(zhì)量。因此我們需要針對(duì)拼板過程中產(chǎn)生的各種變形，采取不同的措施進(jìn)行處理，分析原因，提前預(yù)防，以達(dá)到減少變形的目的。

2.1焊接變形的分類

1）縱向變形：焊縫縱向收縮而引起的拼板縱向尺寸縮短，被稱為縱向變形，縱向收縮量一般隨焊縫長(zhǎng)度的增加而增加。

2）橫向變形：焊接后產(chǎn)生的橫向變形主要是橫向尺寸減少，被稱為橫向變形，橫向變形一般鋼板越厚、坡口角度越大，橫向收縮量也越大。

3）波浪變形：一般出現(xiàn)在薄板拼板焊接過程中，主要是因?yàn)楹缚p縱向縮短對(duì)鋼板邊緣產(chǎn)生的作用力，使板邊出現(xiàn)波浪形式的變形。

4）其他變形

2.2焊接變形的影響因素：

不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和膨脹系數(shù)是主要因素，而焊縫位置，焊接方法，焊接方向等都是拼板焊接產(chǎn)生變形的原因。拼板焊接變形都是各種因素綜合作用下產(chǎn)生的結(jié)果。

2.3焊接變形的控制：

1）在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)材料特性，預(yù)先留出收縮量，計(jì)算出下料尺寸，這樣基本可以解決板縫縱向變形;

2）根據(jù)不同的板厚，設(shè)計(jì)選用合適的坡口形式，可以減少橫向變形;

3）拼板時(shí)盡量選用大尺寸鋼板，減少焊縫長(zhǎng)度及數(shù)量;

4）合理設(shè)計(jì)板縫位置，盡量對(duì)稱布置，減少?gòu)澢冃?

5）合理選擇焊接順序，比如：先焊接收縮量大的焊縫、盡量從中間向四周對(duì)稱焊接等;

2.4焊接變形的校正：

拼板過程中，雖然在設(shè)計(jì)及施工工藝基礎(chǔ)上可以采取措施控制變形，但由于焊接本身的特點(diǎn)，產(chǎn)生變形是不可避免的，對(duì)超出精度要求的必須進(jìn)行校正。變形校正最常用的方法有火焰校正及機(jī)械校正兩種。機(jī)械校正適用于塑性良好的材料，利用外力使構(gòu)件產(chǎn)生反方向的塑性變形，達(dá)到校正變形的目的。火焰校正是利用火焰局部加熱時(shí)產(chǎn)生的塑性變形，冷卻后收縮，來達(dá)到校正變形的目的，為了縮短校正時(shí)間，船廠常采用邊加熱邊澆水的方法，提高效率。

3 薄板焊接工藝：

以上為常用鋼板的拼板焊接工藝及變形控制方法，而厚度小于8mm的薄板拼板焊接工藝及變形控制如下：

3.1焊前準(zhǔn)備：

薄板板材在拼板之前應(yīng)在校平機(jī)進(jìn)行表面校平，盡可能減少其變形和應(yīng)力，確保板面平整，焊縫兩側(cè)打磨除銹，以保證裝配間隙均勻。

3.2裝配工藝：

1）拼板需要在正規(guī)拼板胎架上進(jìn)行，薄板焊接需要?jiǎng)傂怨潭?，在拼板邊緣使用直角卡碼固定，每個(gè)卡碼間距200mm-300mm，若是大面積的拼板則還需在板縫兩邊使用壓碼固定，壓碼數(shù)量根據(jù)焊縫長(zhǎng)度來定;

2）板縫間隙控制在0.5mm以內(nèi)，板口邊緣要整齊，上下錯(cuò)邊應(yīng)小于0.15倍板厚;

3）定位焊使用二氧焊，采用小電流輸出，定位焊長(zhǎng)度20mm，間距100mm-120mm，十字交叉對(duì)接縫中的定位焊不能焊接在交叉點(diǎn)上，錯(cuò)開交叉點(diǎn)50mm;

4）焊接完第一面之后，待板縫冷卻平復(fù)，才能吊開壓鐵，翻身焊接另一面。

3.3焊接工藝：

薄板埋弧焊時(shí)，盡可能采用小參數(shù)電流，焊接參數(shù)應(yīng)在試板上調(diào)試好，并在引弧板上起弧焊接，焊接時(shí)嚴(yán)格控制對(duì)接縫的焊縫寬度和余高。

焊接順序一般遵循以下原則：

1）先焊接不對(duì)其他焊縫產(chǎn)生剛性約束的焊縫;

2）每條焊縫焊接時(shí)需要保證其一端能夠自由收縮

3）交叉拼板縫：T型交叉時(shí)，先焊接端縫后焊邊縫;十字交叉時(shí)，先焊縱縫后焊橫縫，見下圖1;

4）對(duì)于較長(zhǎng)的焊縫，可以采用分段焊法，將連續(xù)焊縫改為斷續(xù)焊縫，避免在一個(gè)區(qū)域施焊，造成熱量集中，形成塑性變形;分段焊法包括分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法，具體形式見下圖2;

4 結(jié)語：

拼板焊接是現(xiàn)代造船重要工序之一，而焊接變形是船舶建造過程中難以回避的問題。本文淺要分析了焊接變形的形成原因與控制方法，尤其是薄板的拼板焊接，研究薄板焊接工藝有利于提高船舶建造的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳倩清，《船舶焊接工藝學(xué)》 哈爾濱工程大學(xué)出版社，2008.

[2]明瑞云，《薄板焊接變形分析及控制》 焊接技術(shù)雜志，2010

作者簡(jiǎn)介：

李洋 （1992-），男，江蘇南通人，助理工程師，現(xiàn)任職于啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)海洋工程有限公司，主要從事船舶工藝工法方面工作.