論船舶薄板焊接的變形問題及控制方法

孫愛麗

【摘 ?要】在制作船舶時，常常會使用薄板這一材料，通過薄板焊接形成各種構件。若薄板焊接出現變形問題，不僅會影響船舶的外觀，還會影響船舶的安全性。本文分析了焊接變形形式及影響薄板焊接變形的因素，并提出了幾點避免船舶薄板出現焊接變形問題的措施。

【關鍵詞】船舶;薄板;焊接;變形問題;控制方法

1焊接變形形式

假如焊件形狀尺寸發生變化，則表示構件發生變化。由于焊接施工造成的變形問題，則可稱為焊接變形。在構件焊接完成且冷卻之后，出現的變形問題屬于殘余變形。在船舶薄板焊接過程中，變形形式種類較多。在焊接過程中，構件局部出現不均勻循環快速加熱與冷卻將形成熱壓縮塑性應變，進而形成焊接殘余應力致使薄板出現焊接變形問題。

依據焊縫收縮力方向及位置，可將焊接變形問題分為收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形與扭曲變形這五種形式。收縮變形指的就是薄板焊件縮小。不論是焊縫的縱向收縮還是橫向收縮都屬于收縮變形。焊縫截面上下不對稱或者受熱不均勻，致使焊縫收縮不對稱形成的變形問題則屬于角變形。

2影響薄板焊接變形的因素分析

焊接過程中的熱變形及焊件的剛性條件是影響薄板焊接變形的重要因素。焊件的剛性條件將受到裝配焊接程序、胎夾具的使用、焊件尺寸及形狀的影響;焊接熱變形則將受到焊接工藝參數、焊縫面積與數量、焊接方向及順序、金屬材料的熱物理性能等。船舶薄板焊件出現彎曲變形的主要原因是焊縫結構不對稱。研究發現，隨著焊縫與焊件截面中心軸距離的增加，薄板焊接變形程度則不斷增大;反之，薄板焊接變形程度將不斷減小。構件剛性條件是影響薄板焊接變形程度的重要因素，在其他條件相同時，隨著構件剛性強度不斷增強，薄板焊接變形程度將不斷減小;反之，也是如此。焊接順序也將影響焊接重心位置及剛性。焊接技術也是影響薄板焊接質量的重要因素，不同焊接方式形成的熱變形也不相同。相較于繼續焊技術，連續焊技術形成的變形程度較高。此外，焊接電流、電弧電壓、焊接速度等參數也將影響薄板焊接質量。研究發現，隨著焊接電流及電弧電壓的增加，薄板焊接變形程度將不斷增高;隨著焊接速度的提升，薄板焊接變形程度將不斷降低;隨著焊縫截面尺寸的增大及焊縫數量的增加，薄板焊接變形程度將不斷增高。同時，由于不同焊件的導熱系數、比熱、膨脹系數不盡相同，因此薄板焊接變形程度也不相同。

3避免船舶薄板出現焊接變形問題的措施

船舶的板殼結構較為復雜，在薄板焊接過程中與焊接完畢后極易出現變形問題，變形問題不僅會影響船舶的外觀結構，還將影響其承載能力，進而影響船舶的安全性。因而，為提高船舶質量，需在結構設計及施焊技術方面著手，盡量避免船舶薄板出現焊接變形問題。

3.1保證焊縫結構設計合理

在設計焊縫結構時，需充分考慮焊接結構強度、穩定性，同時還需考慮焊接技術是否可滿足焊接要求。為避免船舶薄板出現焊接變形問題，需依據焊接特點科學設計焊縫結構。在設計過程中，尤其需注意焊縫位置、焊縫數量、焊縫尺寸方面的設計，以保證焊接質量。總而言之，在設計過程中需堅持以下原則：

（1）為保證焊接質量，需盡量減少工作量，可使用分段焊接施工方式盡量降低船舶薄板焊接變形程度;（2）合理設置焊縫，嚴禁將焊縫設置在應力最大區域;為保證焊接質量，需盡量將焊縫設置在焊件結構中心軸對稱或與中心軸距離較近區域;（3）盡量保證焊縫長度及截面積較小;（4）采用對稱坡口焊接方式;（5）采用較大面積的鋼板或沖壓結構作為扶強材結構;（6）設計過程中，需重視薄板結構的校核，以保證構件的安全性;（7）重視焊接過程中胎夾具的使用。

3.2科學選擇施工技術

（1）剛性固定法。此焊接方法需把焊件固定在夾具當中才可進行焊接施工，以免焊件出現變形問題。焊接程序為：將待焊接結構固定在剛度符合要求的平臺或胎架上，在焊縫冷卻之后才可進行剛性固定（此種方法大多應用在無反變形的情況下）。此種方式可有效降低構件焊接變形程度，以免焊件出現波浪變形或角變形問題。在薄板拼焊過程中，需盡量保證施工場地的平整性，為提高薄板剛性，以免薄板出現焊接變形問題可使用壓鐵或輔助鋼材固定焊縫兩邊。另外，在薄板拼板疊放過程中，需保證板面安置在吊耳等圓管支撐上。同時需注意的是，需使用套圓管保護吊耳，以免薄板疊放過程中出現變形問題。

（2）反變形法。此方法是使用較為廣泛的一種避免焊接變形問題的方式，在焊接前需根據焊件結構變形特點，給予焊件方向相反、大小相同的變形，以保證薄板焊接質量。

（3）存留收縮量。船舶機構較為復雜，且由于船舶體積較大，其焊縫數量及焊縫面積較大。雖已采取多種措施降低船舶薄板焊接變形程度，然而在焊接過程中仍然會出現收縮變形。因此，在準備材料時，需存留收縮量，以保證船舶薄板焊接質量符合設計要求。現階段，為保證造船質量，需科學、合理存留收縮量。

（4）選擇合適的焊接技術。為降低船舶薄板焊接變形程度，需盡量選擇熱輸入較少的焊接方式，并且需保證焊接參數、焊接順序及施焊方法的合理性，比如：為降低船舶薄板焊接變形程度，可采用CO2氣體保護焊施工方式;為降低船舶薄板焊接變形程度，可采用真空電子束焊或激光焊技術，減少焊縫大小及面積。另外，若發現船舶薄板出現焊接變形問題，可采用有針對性措施進行矯正，以保證薄板焊接質量符合設計要求。

4結束語

綜上所述，船舶薄板焊接變形問題是影響船舶安全性的重要因素，也是影響船舶企業發展的重要因素。船舶企業需采取有效措施控制焊接變形問題，以保證薄板焊接質量，提高船舶安全性及結構穩定性。

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（作者單位：蓬萊巨濤海洋工程重工有限公司）