船舶上層建筑焊接變形控制

代能武

武昌船舶重工集團有限公司 湖北武昌 430060

1 序言

船舶主甲板以上的房間、圍壁等統稱上層建筑，為減重及強度考慮多采用4～6mm薄板進行建造。因其建造面積大、結構多、焊接量大，所以容易產生焊接變形，導致出現俗稱的“橘皮”“瘦馬”現象，不僅影響整體美觀，而且降低了建造質量，因此上層建筑焊接變形控制是需研究解決的重要課題。

本文以武昌船舶重工集團有限公司某船舶羅經甲板分段建造焊接變形控制為例，分析了上層建筑焊接變形的控制方法，采用了合理的裝配和焊接順序，選用細絲CO2氣體保護焊和較小的焊接參數，合理布置雙數焊工在對稱位置進行焊接，輔助采取剛性固定、部件矯正、結構焊縫背燒等措施后，效果明顯，達到了控制分段焊接變形的目的。

上層建筑分段建造方法是以甲板為基面反造。焊接方法采用CO2氣體保護焊，關鍵焊接參數見表1。

制作工藝流程：甲板上胎架拼板焊接→劃線、報檢→普通橫梁裝焊→強橫梁、縱桁形成部件，矯正后上分段裝焊→肋骨框架形成部件組焊件，矯正后上分段裝焊→縱橫艙壁形成部件組合件，矯正后上分段裝焊→肘板、補板等分散件裝焊→焊接報檢→吊環及加強安裝→分段翻面→局部矯正→完工報檢。

表1 焊接參數

2 甲板拼板焊接

甲板板厚為6mm，拼板接頭形式為對接V形坡口，上胎架拼板裝配時，將焊縫兩側20mm范圍打磨出金屬光澤并清掃干凈。裝配時檢查拼板縫平整度，不能有錯邊現象，焊縫裝配間隙為4mm，采用定位碼板在焊縫反面進行固定，定位碼板間距≤300mm，用壓鐵將拼板壓至與胎架模板貼合定位焊形成剛性固定。在焊縫背面貼陶瓷襯墊，布置雙數焊工采用CO2氣體保護焊，先焊序號1、2的焊縫，再焊序號3、4、5的焊縫（見圖1），按先端接、后邊接的順序進行對稱焊接。對長度超過1m的焊縫采用分段退焊法和先中間、后兩邊（前后）的順序進行焊接，可有效地控制拼板焊縫縱向收縮變形和橫向角變形。實踐證明，采用此方法較以往先焊完拼板焊縫后需進行變形矯正才能夠上胎架定位的傳統工藝，對拼板變形的控制效果明顯，既減少了拼板矯正工序，提高了建造質量，又降低了施工人員的勞動強度。

圖1 甲板拼版焊接順序

3 橫梁、縱桁部件、框架制作

橫梁、縱桁部件、框架板厚多為4～6mm，焊縫形式大多為T形接頭角焊縫，少量的對接焊縫。裝配時定位焊在后焊面，定位焊間距≤300mm，并每隔300mm增加連接支撐固定，將裝配好的T形部件固定在專用工裝上。將焊縫兩側20mm范圍打磨至呈現金屬光澤并清掃干凈，按先對接、后角接的焊接順序先焊對接焊縫，結構對接焊縫采用CO2氣體保護陶瓷襯墊焊，結構角焊縫采用CO2氣體保護半自動小車進行焊接，焊腳尺寸以滿足圖樣要求的下限為宜。正面焊接完成后，將T形部件翻面固定在專用工裝上拆除連接支撐后焊接，焊完冷卻后拆下檢查尺寸并進行局部矯正。橫梁、縱桁部件、框架等在制作時，由于采用了專用工裝，所以配合使用小的焊接參數和合理的焊接順序，降低了結構件焊接時發生整體扭曲變形和翹曲變形的概率。出現少量角變形時可以采用焊縫背燒的矯正方法進行消除，使每一個部件和框架在分段組裝前尺寸都控制在合格范圍內（見圖2）。

圖2 T形部件、框架焊接順序

4 縱橫艙壁組件制作

縱橫艙壁組件板厚多為4mm，接頭形式大多為T形接頭角焊縫，少量的對接焊縫。艙壁板拼板裝配時不留間隙，對接焊縫不熔透，坡口形式為I形，裝配完后將拼板四周用夾具固定在平臺上，采用CO2氣體保護半自動小車由中間向兩端焊接。反面焊縫采用同樣的方法焊接完成后，劃線安裝艙壁T形部件和角鋼部件。部件焊接時布置雙數焊工，由中間向兩邊進行對稱焊接，先焊立角焊，后焊平角焊。橫梁、縱桁等T形加強結構與壁板焊縫為雙面滿焊，角鋼結構與壁板焊縫為雙面交錯間斷焊，平角焊縫采用CO2氣體保護半自動小車進行焊接，焊腳尺寸以滿足圖樣要求的下限為宜。焊完冷卻后拆下檢查尺寸并進行焊縫背燒，消除少量由焊接引起的變形。艙壁板組件制作時，采用剛性固定并配合使用小的焊接參數和合理的焊接順序，以降低艙壁板焊接時發生波浪變形的概率，使每一塊艙壁板組件在分段組裝前尺寸都在合格范圍內（見圖3）。

圖3 艙壁板組件結構與焊接順序

5 分段裝焊

分段結構組裝按先縱桁、角鋼、橫梁、后艙壁、三角板的順序進行安裝，艙壁板安裝后需加斜撐進行加強，安裝過程嚴格控制裝配間隙。分段組裝形成后，按先焊立角焊，后焊平角焊的順序進行焊接，橫梁、縱桁等T形加強結構與甲板焊縫為雙面滿焊，角鋼結構與甲板焊縫為雙面交錯間斷焊，安排雙數焊工進行對稱焊接。分段的焊接接頭形式多為角接焊縫，對長度超過600mm的立焊和長度超過1000mm的平焊都采用逐步退焊法進行焊接，焊腳尺寸以滿足圖樣要求的下限為宜。平角焊縫采用CO2氣體保護半自動小車進行焊接，焊完冷卻后拆除和胎架之間連接的模板，進行局部矯正并檢查分段尺寸后，在分段的開口端增加剛性支撐進行加強和吊環安裝，分段翻面清磨報檢。由于分段組裝焊接面積大、焊縫密集，所以采用合理的焊接順序、嚴格控制裝配間隙、配合使用剛性固定和較小的焊接參數是分段組裝焊接控制變形行之有效的方法，能夠將變形量控制在較小的范圍內，滿足產品建造的要求（見圖4）。

圖4 上層建筑分段示意

船舶上層建筑焊縫形式主要為對接和角接，這兩種接頭形式產生的變形相似，除產生橫向和縱向收縮變形外，還會產生扭曲變形和波浪變形。在實際生產中要想獲得最理想狀態，就要使幾種形式的變形以及利用焊后的殘余應力，讓它們處于一個平衡的狀態[1，2]。減少或降低焊接變形量，是薄板焊接的關鍵所在。實踐表明，控制薄板的焊接變形要從多方面著手，包括零件尺寸、裝焊順序、焊接參數，以及工具工裝的合理使用等，從制造工作開始時就要嚴格把關，保證每一道工序產品質量都是合格的，才能夠使所制造的產品質量得到保障。

6 結束語

通過工作實踐證明，采用的工藝方法和措施能夠使上層建筑焊接變形得到控制，相比以往上層建筑的建造質量有很大提高。此工藝能夠對薄板焊接變形進行有效控制，但是在日常工作中的應用還需根據產品結構形式、裝焊順序、工具工裝的使用等實際情況具體分析，不斷地完善和改進，以達到最佳的效果。