船體結構焊接變形分析

嚴筱憶 王玉強

【摘?要】在許多技術中重要的金屬的加工技術就是焊接技術，焊接技術在應用方面有廣泛的應用范圍，在使用過程中，機械加工以及船舶制造都能用到焊接技術。但是雖然焊接技術在造船行業的發展速度較為快速，并且自動化程度也逐漸提高，在焊接過程中也有很多問題是無法避免的，比如說，在焊接過程中，難免會出現焊接結構的變形。焊接結構的變形計降低了尺寸精準度的水平，并且也會造成焊接結構、形狀不能保持一致，進而在工作中會造成傳播增加，以及促進船舶失效的原因，并且由于焊接變形也會降低傳播結構的疲勞、強度。在焊接結構中焊接變形的分類是很復雜的，對于變形來說，焊接結構的影響因素有整體變形和局部變形，若通過外觀則可以分為曲線變形、波浪變形、腳變形、扭曲變形以及收縮變形。

【關鍵詞】船體結構;焊接變形;分析

1.船體結構焊接變形的產生原因和分類

船體結構焊接變形可以分成兩個大類，一個是局部變形，另一個字是整體變形。局部變形的含義是對于船體來說，其中的一小區域發生的變形，局部變形當中包括彎曲變形、波浪變形、腳變形和錯邊變形。對于整體變形來說，是整個船體發生較大程度的變形，包括彎曲變形、收縮變形和扭轉變形。相對于船體的結構來說，焊接變形的原因不是有某一種因素，造成，而是通過不同的因素共同的作用下所引起的，但將這些因素總結起來無非還是三種原因。主要有：焊接殘余應力、外力和焊接熱應力。對于焊接參與用力，是指在焊接結束的過程中，常溫金屬的固定作用和漢風金屬的收縮共同查收。外力是指在焊接過程中，由于一些較大幅度的力所產生的力。焊接熱應力是指在焊接過程中對金屬加熱并沒有均勻地進行，變形程度的增加也會導致施熱時輸入量增加。焊接殘余應力的是將常溫金屬剛性固定和焊縫金屬收縮共同所產生。

2.影響船體結構焊接變形的原因

2.1焊接方法

焊接方法在常用的步驟中有自動焊接、手工焊接和氣體保護焊接，不同的方法，對于焊接的結果也是不同的。一般來說，氣體保護焊幾和自動焊接在加熱過程中的受熱面積比較集中，所以對于變形率的差異會比較小，但是對于手工焊接來說，加熱并沒有很集中，因此就會造成變形率相對來說會有較大差異。

2.2結構剛性

結構剛性的約束會影響到焊縫的縱向收縮和橫向收縮，剛性小的結構對應著會有較大程度的變形，但剛性較大的結構，再利用焊縫收縮力的情況下，變形程度會較小，因此結構剛性小的方向是焊接變形所期望的結果。

2.3焊接量和焊接面的面積

一般來說，焊接量的多少會影響焊接變形率，并且焊接面的面積同樣也會影響焊接變形率的高低，面積和數量的增加會導致變形率的增加。

2.4焊接程序和裝配

一般來說，焊接在整體裝配完成后，再進行會形成較小的變形率，但裝配和焊接同時進行的話，就會導致變形綠增強。越合理的焊接程序樂會導致變形綠產生大規模的影響，而不合理的焊接程序會許多焊接變形率增加。

2.5焊接的順序以及方向

焊接的順序和方向也會對焊接變形產生影響，在進行焊接的過程中，通過從中間開始采用的方法會降低變形的程度，并且在進行長焊接時會直接增強焊接變形的可能性。

2.6焊接的位置

在面對焊接較小的剛性結構時，在布置過程中焊縫的不對稱性會導致變形的結果，在布置過程中對稱的焊縫會產生縱向和橫向的縮短情況。

3.解決船體焊接變形的策略

焊接變形并非是有一個因素導致，而是通過不同因素的共同作用所導致了焊接的變形。在船體焊接的過程中，正是由于兩個基本原因才會導致焊接變形，這兩個原因一個是塑形應變，另一個則是熱應變，所以不管是在實際的操作過程中還是課本理論之基礎上，焊接變形，在船體焊接的過程中是無法避免的。因此，對于船體焊接變形要采用控制的辦法，在實際的船體結構生產過程中，能夠控制船體結構焊接變形的措施，可以著手于工藝、結構以及材料。對于焊接設備的發展，也促進了控制船體結構焊接變形的發展。

3.1船體設計

為了實現控制船體結構焊接變形，在設計船體的過程中加入了很多控制措施，在涉及的方面，要降低焊縫的面積，并且要選擇較合理的坡口形式，但是這些都要滿足結構有較強的小度的前提才可以實行。對于焊縫的布置也要遵循對稱性，在降低焊縫的長度是可以采用沖壓見，如果想增強裝配的有效性，則可以使用裝卡器具的裝配。

3.2高效的施工工藝技術

對于大型的船體結構的焊接工作，可以采用由中間向四周進行的方式。橫向收縮會對焊縫產生不小的用力共生的會產生裂縫，因此要通過一些方法對裂縫進行收縮。對于收縮量大的焊縫要進行焊接技術，因此，在腹板的角焊縫和面板間會形成較大的焊接應力。為了實現有蓋板的結構的焊接順序，因此在焊蓋板的過程中，對于對接焊縫和角焊縫要采取有序的順序。對于剛性強且具有對稱性的物件，在焊接過程中可以利用對稱的焊接方法，這樣有利于構建到彎曲風險達到最小。通過焊縫的不同焊接方法，在焊接中可以利用交替焊法。對于不同的長度的焊縫可以采用不同的焊縫方法。這個方法的含義是將焊縫后變形的情況作為基礎，預先設定一個大小相同且方向相反的變形情況，這樣可以在構建焊接之后的變形風險降至最低。在使用方法時要確定反變形的數值情況，從而達到最終的目的。對于一些剛性較大的船體構件的方法，則采用剛性固定法。這種方法有利于對腳變形和波浪變形。

3.3船體焊接變形的矯正方法

（1）帶狀加熱矯正法。該方法又被稱之為線狀加熱或條狀加熱法，主要是用氧-乙炔焰呈波形向前游動以及作直線往返游動，以確保加熱形狀呈條狀或帶狀。該方法的主要特點是橫向收縮量大于縱向收縮量3倍，可以用較小的加熱面來達到理想的糾正效果;（2）圓點加熱矯正法。在板材產生變形的位置，圓點加熱矯正法得到廣泛應用，其主要是用氧-乙炔焰圓環游動來確保其能夠均勻地加熱成圓點狀，該過程中火圈溫度達到800℃時呈現淡紅色，并借助鐵錘錘擊周圍，然后在火圈溫度不斷下降的時候捶擊也漸輕緩。由火圈附近逐漸將捶擊位置移至火圈中央部位，最好選擇方榔頭襯好以免敲癟火圈。待冷卻至40-50℃時還需要復行捶擊，從而使其內應力得到有效消除。該方法在板材矯正過程中，嚴禁直接將火圈布置在變形最高點，避免對矯正質量產生不利影響。最好選擇從變形小的地方開始逐漸向變形大的地方推進，從而有效降低變形最高處的擾度。在圓點加熱矯正法中，火圈直徑不宜過小或過大，過小有可能導致周圍剛性過大，而誘發龜裂，過大易使火圈表面出現皺褶現象;（3）螺旋帶狀火圈加熱矯正法。其主要特點是加熱帶成螺旋狀，一般是以螺旋式用氧-乙炔焰在骨架的背面游動加熱，并一邊加熱以便用磅鐵錘輕敲，從而達到預期的矯正效果。

4.總結

在傳播建造中，不可避免的問題就是焊接變形，但是對于焊接變形，可以采取有效的控制方法，通過有效的舉措，可以選用適當的材料和焊接方法，從而對焊接變形進行，有效地控制，既可以滿足性能的要求，也能達到控制焊接變形的問題，并且也能獲得良好的收益。本文針對船體結構焊接變形的分析，對不同的措施進行了處理，從而降低焊接變形的風險，提高船舶建造的有效性。

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（作者單位：江南造船（集團）有限責任公司）