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難點之一，而拼板焊接在船舶焊接占據了很大比例，如何在拼板過程中控制焊接變形、提高焊接效率已成為國內外造船企業共同的研究課題。基于此，本文主要對船舶拼板焊接過程中的工藝要求及變形控制等進行分析。

關鍵詞：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、平直內外底板、平臺板、橫縱艙壁等大面積平直鋼板預先拼制焊接成型的過程。一般材質、板厚的拼板施工多采用埋弧自動焊，其工藝流程如下：

1）對照拼板施工圖紙，核對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;

2）在拼板胎架上進行預鋪，胎架水平需滿足±2mm的精度要求，將基準板邊對齊，確認基準板邊直線度標準誤差范圍≤1mm，允許誤差范圍≤2mm，兩條基準板邊開角尺，確保兩條基準板邊為90°。將拼板的基準邊校對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行焊接定位，以節約打磨馬腳的時間;基準邊校平之后鋪設其他鋼板，厚板較重可使用油泵進行定位，而薄板可使用撬杠撬緊;

3）所有零件鋪設好之后，根據基準板邊定位主板板縫，利用油泵、手拉葫蘆等將存在錯位的位置進行調整，將非基準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）裝配完成后進行精控測量，自主檢測所拼主板的長、寬尺寸及對角差，確認與拼板圖紙尺寸一致，數據有問題時及時整改調整，要求長、寬尺寸標準誤差范圍±2mm，允許誤差范圍±3mm，對角差值標準誤差范圍≤2mm，允許誤差范圍≤3mm;長寬無法檢測的異形板拼板時檢測對角線長度，要求對角線尺寸標準誤差范圍±2mm，允許誤差范圍±3mm。

5）拼板時主板錯位偏差≤1mm，自動焊板縫間隙為0～1mm，定位焊長度為30mm～50mm，間距為300mm～500mm。

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

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

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

2 焊接變形：

拼板施工過程中，焊接變形對結構的性能影響較大，會導致船體的強度及韌性下降，最終影響船舶的建造質量。因此我們需要針對拼板過程中產生的各種變形，采取不同的措施進行處理，分析原因，提前預防，以達到減少變形的目的。

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度的增加而增加。

2）橫向變形：焊接后產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：一般出現在薄板拼板焊接過程中，主要是因為焊縫縱向縮短對鋼板邊緣產生的作用力，使板邊出現波浪形式的變形。

4）其他變形

2.2焊接變形的影響因素：

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

2.3焊接變形的控制：

1）在設計時根據材料特性，預先留出收縮量，計算出下料尺寸，這樣基本可以解決板縫縱向變形;

2）根據不同的板厚，設計選用合適的坡口形式，可以減少橫向變形;

3）拼板時盡量選用大尺寸鋼板，減少焊縫長度及數量;

4）合理設計板縫位置，盡量對稱布置，減少彎曲變形;

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稱焊接等;

2.4焊接變形的校正：

拼板過程中，雖然在設計及施工工藝基礎上可以采取措施控制變形，但由于焊接本身的特點，產生變形是不可避免的，對超出精度要求的必須進行校正。變形校正最常用的方法有火焰校正及機械校正兩種。機械校正適用于塑性良好的材料，利用外力使構件產生反方向的塑性變形，達到校正變形的目的。火焰校正是利用火焰局部加熱時產生的塑性變形，冷卻后收縮，來達到校正變形的目的，為了縮短校正時間，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焊前準備：

薄板板材在拼板之前應在校平機進行表面校平，盡可能減少其變形和應力，確保板面平整，焊縫兩側打磨除銹，以保證裝配間隙均勻。

3.2裝配工藝：

1）拼板需要在正規拼板胎架上進行，薄板焊接需要剛性固定，在拼板邊緣使用直角卡碼固定，每個卡碼間距200mm-300mm，若是大面積的拼板則還需在板縫兩邊使用壓碼固定，壓碼數量根據焊縫長度來定;

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

3）定位焊使用二氧焊，采用小電流輸出，定位焊長度20mm，間距100mm-120mm，十字交叉對接縫中的定位焊不能焊接在交叉點上，錯開交叉點50mm;

4）焊接完第一面之后，待板縫冷卻平復，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，盡可能采用小參數電流，焊接參數應在試板上調試好，并在引弧板上起弧焊接，焊接時嚴格控制對接縫的焊縫寬度和余高。

焊接順序一般遵循以下原則：

1）先焊接不對其他焊縫產生剛性約束的焊縫;

2）每條焊縫焊接時需要保證其一端能夠自由收縮

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

4）對于較長的焊縫，可以采用分段焊法，將連續焊縫改為斷續焊縫，避免在一個區域施焊，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 結語：

拼板焊接是現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量。

參考文獻：

[1]陳倩清，《船舶焊接工藝學》 哈爾濱工程大學出版社，2008.

[2]明瑞云，《薄板焊接變形分析及控制》 焊接技術雜志，2010

作者簡介：

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