上建薄板焊接變形控制和火焰矯正研究

霍利強

摘?要：船舶上層建筑常常采用薄板建造，在焊接過程中，控制變形顯得尤其重要，不可避免發生的變形，需要采用火焰矯正的方法，提高船舶上層建筑的質量。

關鍵詞：上層建筑;薄板焊接;火焰矯正;控制;變形

隨著船舶的發展，船舶的上層建筑是船舶的面子，其平整度顯得越來越重要。上層建筑一般是風雨密結構，這類非主船體結構設計人員在設計的時候常采用薄板建造以達到降低重量、減少成本的目的。但是在現場施工中薄板焊接對各項參數要求比較高，質量難以保證，容易發生變形的情況，影響產品質量，所以上層建筑薄板焊接變形控制和焊后火焰矯正顯得尤為重要。

1 船舶上層建筑薄板焊接的變形

在上層建筑薄板焊接的過程中，局部金屬的膨脹和收縮伴隨產生相應的應變，即引起焊接變形。在現場上層建筑小組立電焊施工中主要包括潮濕區域的全滿焊和非潮濕區域的間斷焊，而變形量主要發生在全滿焊接區;在間斷焊接區，基本不會造成大的變形，在本文中我們暫時不做討論。船舶上層建筑分段施工過程中常見的變形有：骨架與板焊接后的角變形，板受電焊應力產生的收縮變形，電焊過程中熱脹導致的板彎曲變形和部分扭曲變形等。這些變形產生的原因是在焊接過程中產生了不可恢復的殘余塑性變形，而在隨后的冷卻過程中，殘余應力重新分布并沉淀，焊接過程中釋放的殘余應力的大小決定了焊接變形的程度，電焊產生的殘余應力越大，其變性越大。

2 船舶上層建筑薄板焊接變形的控制

2.1 提高裝配質量，減小裝配間隙控制變形

分段制作裝配的過程中，由于現場生產條件的限制，往往不可避免地在裝配的連接處間隙較大，影響焊接質量，所以需在裝配上層建筑分段裝配過程中盡量做到：

a.鋼板邊緣必須整齊，打磨干凈無毛刺，控制裝配間隙在1mm以內;

b.裝配過程中接口要平整，不能有錯邊現象，最大錯邊不超過0.5mm;

c.在裝配邊緣要做好引弧板，保證電焊的連續性;

d.在裝配過程中定位焊采用小密點定位，焊點的間距為400mm～600mm。

e.在壁板外安裝加強槽鋼，槽鋼安裝的位置一般距離板底部600mm，保證裝配吊裝過程中板的平直度，同時需要明確加強槽鋼的拆除時機，有些部位如果不影響上層建筑主體結構可以作永久加強，以免拆卸的時候影響外壁平整度，充分發揮加強在上層建筑薄板中的使用，以達到控制變形的目的。

2.2 選擇合理的焊接參數，采用合理的焊接順序

船舶上層建筑的甲板骨架大多是在平臺區域施工，實施手工焊，這就需要使用合適的焊接參數。如果使用手工電弧焊，焊后不可避免地形成波浪形，最大撓度可達9mm～11mm。現在一般的大型船廠有條件采用CO2氣體保護焊焊接，這可以大大減少母材的熱輸入量，從而也使板材的波浪變形大大減小。CO2氣體保護焊，成本低，生產效率高，焊接電流相對較小，電弧在保護氣體的壓縮下熱量集中，焊接速度較快，加熱面積小，熱影響區窄，焊件焊后的變形小，不易產生裂紋，尤其適合薄板焊接，可大大降低薄板焊接的變形。

船舶上層建筑薄板結構焊接順序應遵循下列原則，即先焊對接焊縫，后焊角接焊縫，先焊橫向焊縫，再焊縱向地接縫;先立角焊，再平角焊;先焊分段中間，再焊四周;先焊構架與構架之間的角接縫，再焊構架與板之間的角接縫;盡量使用雙人沿構件對稱施工，或單個焊工采用以構件中心向兩側延伸的對稱焊接法。這樣的焊接順序才能保證在同等條件下產生的焊后變形相對較小。

2.3 焊縫的控制

在上層建筑分段平臺拼板過程中，盡量減少手工作業，采用埋弧焊和角焊機的方式施工。上層建筑非潮濕性房間區域，在保證有足夠的承載力下，減小焊縫尺寸，應嚴格控制焊縫高度及寬度，特別是角焊縫的焊腳高度，盡量控制在標準高度6mm以內。在非潮濕性區域角焊縫的施焊盡可能采用跳焊法或者間斷焊。在板縫的對接中，可采用對焊法或者分段退焊法，盡量形成寬而淺的焊縫，而不要窄而深的，焊縫接頭處注意充分預熱并形成連續焊。

3 上層建筑薄板結構的矯正

上層建筑薄板結構焊接完成后，需要對焊后變形進行矯正。通常情況下，一是采用機械矯正，用千斤頂等設備拉、拽、頂，發生物理變形以達到機械校正需求;二是采用火焰校正方法，在焊接完成以后，對薄板發生變形的位置進行集中加熱，然后做冷卻處理，以加熱的方式導致內部應力迅速擴張，對局部作冷卻引起結構變化，改變原有的殘余應力，校正薄板形狀。本文我們主要介紹在施工現場經常用到的火焰矯正法。

4 火焰矯正在船舶上層建筑薄板焊后變形中的應用研究

4.1 火焰矯正的原理

火焰矯正是金屬零件局部加熱釋放張力，在已經變形的結構中尋找并形成新的塑性變形的過程，要達到板面矯正的目的，就必須在焊后變形的板面及相應構件上進行局部的加熱，在加熱冷卻的過程中，金屬加熱膨脹受阻而產生壓縮應力，在壓縮應力的作用下使已經變形的結構產生新的應力分布，從而恢復平直，從而達到矯正的目的。

4.2 火焰矯正的常用方法

a.線條加熱法;b.網格型加熱法;c.圓點加熱法。

線條加熱法是沿著骨架線進行水火線性加熱。加熱時火焰要沿著骨材的邊緣，對著硬檔部位進行加熱，這樣做的目的是為了使板材充滿張力，同時配合水澆，能最大限度地調整線性變形，使板拉緊拉平。這種方式在上層建筑分段施工中最常采用。

網格型加熱法主要用于骨材周圍，有些板可能變形較大，線條加熱法不能很好地矯正，這時在骨材的周圍以網格的形式對凹陷部分進行加熱并急速用水冷卻，以促進凹陷部位還原，這種方法僅適用于板的外側施工。

圓點加熱法是在線性和網格加熱使用后不能將板材調平的狀態下使用的，圓點加熱法產生的收縮力較大，冷卻后加熱處會出現局部增厚的現象，圓點加熱過程中局部產生的應力較多，如果使用次數過多會產生堆積應力，使板材變形、變僵硬，所以在現場施工中我們盡量減少使用圓點加熱的次數。

4.3 上建薄板火焰矯正的主要順序

a.上層建筑總組從下往上依次矯正，即粗調，對加強槽鋼拆除前階段采用線條形加熱以保證對硬檔進行矯正;

b.上建總組過程中的原則：先甲板面，后圍壁，甲板面先輔以火工拉緊，再對圍壁進行細調;

c.上層建筑圍壁板矯正的過程中先整體后部分，先保證大體平直，再對局部進行微調;

d.局部矯正原則：先骨架后板格，先易后難逐步矯正;

e.疑難雜癥解決原則：輔以物理外力，進行火焰矯正法。

5 結語

上層建筑薄板焊接變形和矯正是國內外造船行業中的一個難以避免的問題，它不僅導致船舶上層建筑的美觀性降低，還造成船廠生產成本的浪費。為了更好地解決這方面問題，需要在施工現場因地制宜對焊接工藝加以合理選擇與應用，保證焊接操作合理性。同時也要積極采取火焰矯正等措施，嚴格控制薄板質量，做到降本增效的目的。本文對薄板焊接變形和火焰矯正的研究可為后續船舶上層建筑的建造提供一定的理論和操作基礎。

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