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船体结构焊接变形控制、矫正方法.pdf

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船体结构焊接变形控制、矫正方 法 船体结构焊接变形控制、矫正方法 摘要：船舶建造过程中的变形是一种常见现象，主要是由于船体 结构在焊接后产生的局部和整体变形所导致。如不及时采取有效 措施，会造成尺寸偏差、结构失稳、强度降低等后果，给下一阶 段的焊接和装配工作带来很大困难，不仅导致工期延长，甚至无 法达到规范、标准规定的质量要求。因此，研究焊接变形产生的 原因，采取正确的控制措施，合理的对变形进行矫正，对缩短船 舶建造周期，提高船舶建造质量具有重要意义。 关键词：船体结构，变形，控制，火工矫正； 0前言 随着世界造船业的不断发展，我国已经成为世界造船大国之 一。在船舶的建造过程中，新技术、新工艺不断得到应用，船舶 现代化程度也越来越高。但船体本身是特殊的，其外形是个空间 曲面，且船体主要是由焊接的钢结构构成，在船舶建造和修理过 程中为了修正其结构的变形，船厂通常采用火工矫正的工艺方法。 火工矫正是用火工对钢材进行局部加热进行矫正，利用钢材热胀 冷缩的特性，使加热区域的膨胀受到周围较冷区域的阻碍而发生 的变形。在船体建造过程中，零件、部件及分、总段的加工，调 2 3 变形是不可能的，只有根据焊接变形的基本原理及影响焊接 变形的主要因素，采取相应的调节措施，以达到预防和控制焊接 变形的目的。 船体变形可大致分为整体变形，即整个结构形状和尺寸发生 了变化；另一类是构件局部变形，它是指发生于焊接结构某部位 的局部变形。 整体变形是由于焊缝在各个方向收缩而引起的，包括收缩变 形，弯曲变形和扭曲变形。收缩变形是由于焊缝的纵向和横向收 缩造成整个结构的长度缩短和宽度变窄；弯曲和扭曲变形是由于 焊缝在结构中布置不对称时产生的，也可能由于装配质量不好， 焊件搁置不当、焊接程序和焊接方向不合理而造成的。通常弯曲 变形、扭曲变形与纵向和横向收缩相伴而同时发生变化。 局部变形包括角变形、波浪变形和错边变形。角变形主要由 于温度沿板厚方向分布不均匀和熔化金属沿板厚方向收缩量不一 致而引起的，因此一般多发生于厚板的对接街头。波浪变形产生 于薄板结构中，它是由于纵向和横向的压应力使薄板失去稳定而 造成的。错边变形主要是由于组成焊件的两个零件在装夹时夹紧 程度不一致或刚度各不相同或物理性质不同，以及装配不良或电 4 弧偏离坡口中心等原因引起的。 2焊接变形的预防与控制 由于焊接变形有可能造成的严重后果，我们在船舶建造过程 中必须做好对船体变形的控制，尽量减少变形，预防超标准的变 形情况出现。 产生焊接变形最基本和最本质的因素是焊接过程中的热变形 和焊接构件的刚性条件，在焊接过程中热变形受到了构件刚性条 件的约束，出现了压缩塑性变形。凡是与焊接热变形和构件刚性 有关的各种因素，都会对焊接残余变形产生影响。与热变形有关 的因素有焊接工艺方法、焊接参数、焊缝数量和断面大小、施焊 方法、材料的热物理性能等，与构件刚性有关的因素有尺寸和形 状、胎夹具的应用、装配焊接程序等。由于实际生产过程中焊接 是一个非常复杂的过程，影响焊接变形的不可知因素很多，试图 完全消除焊接变形是不可能的，只有根据焊接变形的基本原理及 影响焊接变形的主要因素，采取相应的调节措施，以达到预防和 控制焊接变形的目的。 由于焊接变形有可能造成的严重后果，我们在船舶建造过程 中必须做好对船体变形的控制，尽量减少变形，预防超标准的变 形情况出现。目前在实际生产中，主要应用以下四种办法控制变 5 形。 2.1正确的焊接结构设计 正确的焊接结构设计是控制焊接变形与应力最主要的方法之 一，正确的设计能够有效的减少焊接变形。根据前人的总结经验 认为，焊缝设计原则至少应包括以下几点： 选用对称截面的结构，尽可能使焊缝对称于截面中性轴，避 免焊接后产生扭曲或较大弯曲变形； 在保证结构承载能力条件下，综合施工工艺的可能性，尽可 能选取小的焊缝尺寸； 尽可能减少焊缝数量，优先考虑型钢代替钢板，想方设法提 高钢材的利用率； 设计薄板结构时，应校核和提高构件的稳定性，防止波浪变 形。 2.2合理的装配焊接工艺 合理的装配焊接法是另外一种控制总体和结构变形的重要方 法。船体装配应尽可能地在无装配应力强制下进行。若装配应力 过大，则有可能在未焊接时即产生波浪变形，对薄板构件的焊接 装配尤其需要注意。焊接电流、焊接速度、焊接方向、焊接顺序、 焊接方法等都会对结构变形产生影响。针对不同的板材及焊接方 6 法，可选取不同的焊接电流与焊接速度，但焊接顺序和焊接方向 一般来说具有一定的原则性，且对整个船体的变形影响显著。整 体造船的常规焊