抗剪力板定位及焊接控制

劉 佳，嚴 坤，李 娜

（浙江新樂造船股份有限公司，浙江寧波 315000）

0 引言

海洋運輸方便了人們的生活，但是貨油的泄漏會對海洋環境造成一定的污染。本文闡述的抗剪力板的定位焊接控制，是基于保持船體結構的完整性，以防止結構裂紋的產生。

1 定位方式的改進

1.1 裝配流程的改進

傳統的裝配流程是將零件與零件組合做成部件，這樣方便進入下一道工序，也節省了分段的裝配時間和焊接工作量。不過，這種方法針對抗剪力板安裝來說，從零件到部件到組件，誤差的層層疊加會產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構均到位的基礎上，再安裝抗剪力板，可以抑制因安裝引發的焊接變形，在定位方面也能避免誤差疊加的風險。

1.2 定位方式的改進

之前抗剪力板的定位方式是相對縱絎定位，及相對于各抗剪力板進行定位，這會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，勢必會引起定位不精準。鑒于此，將老的定位方式改進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立，不干擾，不會造成誤差的積累，而保證每一塊抗剪力板都布置到位。圖1為定位優化前后的對比圖。

圖1 定位優化前后橫向抗剪板安裝圖對比（單位：mm）

2 焊接控制

2.1 焊接產生變形的原因

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金屬，使原來分開的鋼材連接成整體。由于焊接加熱，融合線以外的母材產生膨脹，接著冷卻，熔池金屬和熔合線附近母材產生收縮，因加熱、冷卻這種熱變化在局部范圍內急速進行，膨脹和收縮變形均受到拘束而產生塑性變形。這樣，在焊接完成并冷卻至常溫后該塑性變形殘留下來。

2.2 全焊透

如圖2所示，抗剪力板與內底板為全焊透焊接，與肋板為部分全焊透焊接。全焊透一般為雙面開坡口，焊件留根為0-2，即2個母材通過焊接完全連接起來，熔透達 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°，見圖3。全焊透使兩面的焊接金屬完成了很好的相變過程，內部組織比較均一，冶金缺陷較少，因此全焊透的強度非常好。所以，作為槽型艙壁下方的加強肘板，屬于高應力區域，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致其相連的結構發生變形，現場采用如下方法來進行控制。

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件角焊縫的間隙要嚴格限定在2 mm～3 mm的范圍內，這也對抗剪力板構件的精確度提出了更高的要求，所以要對其采用數控切割，避免手工切割引起的毛刺，另外要增加焊接收縮量，也可以適當增加部分余量，以達到減小焊接間隙的目的。

2.3.2 控制焊接的熱輸入

過大的熱輸入也會引起工件變形。焊接熱輸入是指熔焊時，由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的熱能，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，在焊接電壓設定后，焊接電流越大，焊接速度越慢，將會引發比較大的熱輸入，所以選擇合適的電流和合理的焊接速度將會達到減少熱輸入的數值，進而降低構件變形的可能性[1-2]。熱輸入的計算公式為

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。

2.3.3 不銹鋼內底板的變形控制

不銹鋼熱導率低，熱膨脹系數大等材料特性決定了其焊接過程中在較小的熱影響區內分布的溫度梯度大，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，嚴格控制層間溫度，并且采用對稱施焊，如圖4所示，左右兩側輪流堆焊，這樣就可以避免一邊熱輸入大，另一邊自由狀態而產生局部變形。同樣也要減少單位時間內的熱輸入量，避免工件局部熱量集中。另外，還增加了一定的負載，也就是在內底板增加重塊以抵御變形。通過以上方法可以有效控制抗剪力板與內底板焊接時產生的焊接變形[3]。

圖4 多道焊示意

3 結論

針對抗剪力板的安裝控制，主要通過定位方法的改進以及控制焊接變形的方法來實現。實踐證明，通過上述控制方法，之前船舶60%的變形處需要進行貼板處理，現在則可以實現無處理，無變形，一次性通過檢驗。如此可見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用的。