论文部分内容阅读
摘 要：建造、维修船舶过程中，最常见的情况就是焊接变形，它对船舶质量有着严重影响，会使安全隐患得以产生，同时会提高成本费用，这会使航运事业的发展产生很大的影响。在船舶焊接时，造成焊接变形的因素很多，因此要对其进行深入的分析。本文从焊接变形形成的原因、种类入手，对焊接变形控制的原则和方法进行论述，最后提出船舶焊接变形的矫正对策，使船舶强度、使用要求等符合要求。
关键词：船舶；焊接变形；矫正
中图分类号：U671.8 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0285-02
对于船体结构来说，它是典型的焊接结构之一。结合相关数据，在造船过程中，整个船体建造工作量中占比最大的就是焊接工作，焊接的质量以及效率对船体的建造周期、成本以及性能等有着直接的影响。针对船体结构中薄钢板，焊接变形会十分明显，倘若没有对焊接变形进行有效的控制，会使船体装配难度加大，会与质量检验要求不相符，因此，焊接变形的控制和矫正就变得十分关键。想要对焊接变形进行有效的控制，本文以焊接变形产生的原因、影响因素为切入点，对焊接变形的控制与矫正进行分析。
1 船舶焊接变形形成的原因
对于电弧焊来说，它是不均匀的快速加热、冷却的过程，焊接中以及焊接后，焊接构件会出现变形的情况。对焊接变形产生影响的因素有两个：①焊接热变形；②焊接构件的刚性条件。在焊接过程中，构件刚性条件对热变形会有一定的限制，使得压缩塑性变形得以产生，使得焊接残余变形得以出现。
1.1 影响焊接热变形的因素
（1）材料的热物理性能。对于不同的材料，其导热、比热以及膨胀系数等都是不一样的，其形成的热变形也是不一样的，所以，焊接变形也是不一样的。
（2）焊缝数量以及断面大小是成正比的。也就是说，焊缝数量多一些，断面尺寸就会大一些，那么焊接变形就会大一些。
（3）焊缝接头形式。由于对接焊以及角接焊的温度场是不一样的，所以两者形成的热变形也是不一样的。一般来说，对接焊的变形要大一些，角接焊的变形要小一些。
（4）焊接参数。主要有三个：①焊接电流；②电弧电压；③焊接速度。线能量大一些，焊接变形就会大一些。当焊接电流与电弧电压变大时，焊接变形也会随之变大。对于这3个参数来说，电弧电压的作用突出一些，所以，对于低电压高速大电流密度的自动焊，其变形就会小一些。
（5）焊接方法，对于连续焊、断续焊来说，两者的温度场是不一样的，其形成的热变形也是不一样的。一般来说，连续焊变形要大一些，断续焊的变形要小一些。
（6）焊接工艺方法。焊接方法不同时，其产生的温度场也是不一样的，所以产生的热变形也是不一样的。通常情况下，自动焊和手工焊进行比较，加热要集中一些，受热区要窄一些，变形就会小一些。对于二氧化碳气体保护焊来说，其焊丝细一些，电流密度大一些，加热更加集中，变形也要小一些，其和手工焊进行比较，对于薄板结构的焊接更适用。
1.2 焊接构件刚性条件的影响因素
（1）构件的尺寸和形状。由于构件刚性的增加，会使焊接变形会小一些。
（2）应用胎夹具。通过对胎夹具进行应用，使构件的刚性得以增加，这样会使焊接变形得以减小。
（3）装配焊接程序。对于装配焊接程序来说，在不同装配时期，构件的刚性会产生变化，同时会改变重心位置，会影响控制构件的焊接变形。通常情况下，焊接构件在约束不大的情况下，焊接变形就会大一些，反过来，焊接变形就会小一些。
1.3 船体焊接变形的类型
对于焊接结构的焊接变形来说，其构成通常都是一些基本类型的焊接变形，对于船体结构来说，也是一样的。焊接变形有两种，第一种是整体变形，就是在焊接之后，构件的尺寸、形状出现了改变，主要有四种情况：①纵向收缩；②横向收缩；③中拱等弯曲变形；④扭曲变形。第二种是局部变形，就是焊接完成后，构件的局部产生了变形，它有两种情况：①角变形；②波浪變形，详见图1。
2 船舶焊接变形的控制原则和方法
对焊接变形影响最大的关键因素有两个，一是焊接过程中的热变形，二是焊接构件的刚性条件。结合这两个因素，可以得出，焊接残余变形是不可规避的，也就是说，不可能将焊接变形完全消除。想要对焊接变形进行控制，可以从两个方面入手：①设计；②工艺。
（1）在设计船体结构时，不单单要使船舶的强度、使用性能等得以满足，同时还要使船舶焊接变形达到最低，花费的工时最少的要求得以满足。在船体施工过程中最重要的一个工艺就是焊接工艺。科学、合理的焊接工艺可以使焊接变形减少，使应力集中得以减少，这是最有效的方式。倘若船体结构设计时没有结合焊接工艺的特点，那么就可能会出现很大的残余变形，使船舶强度受到影响，使船舶使用性能受到影响。
在设计过程中，想要对焊接变形得以控制，设计人员可以采取相应的措施，例如可以将船体划分成很多小部件，使船体分段，这样可以将焊接变形在不同部件上进行分散，这对于船体变形的控制和矫正是非常有利的；还可以把布置船体焊缝和船体分段截面中性轴对称，使焊接后的扭曲和弯曲变形得以避免；此外，对于任意一条主焊缝，都要使焊脚尺寸尽量小，使焊缝短一些；尽量将宽、长的钢板进行使用，使焊缝数量得以减少等。
（2）在施工工艺方面，想要对船体焊接变形进行控制，主要有五个方面的内容：①在无装配应力强制下，来装配船体。②将埋弧自动焊以及其它气体保护焊工艺进行应用。③科学选择焊接规范参数，合理选择装配焊接顺序。④将刚性固定法进行使用。所谓刚性固定性，就是对变形进行控制最常见的方法之一，就是把构件在刚性足够的平台上进行固定，等构件上的全部焊缝冷却到室温时，将刚性固定进行去掉。此时，焊接构件变形与自由状态下的焊接变形进行比较，前者要小得多。在船体装配焊接过程中，是以刚性固定法为主，例如将筋板临时加强，临时点焊强化角铁、直线拉马等。⑤反变形法。这一方法就是在船体尚未进行装配焊接时，将船体分段或构件提前给一个反变形值，它的大小与船体分段后的变形进行行比较，前者要大于后者，然而两者的方向却是不同的。通过这种方法可以消除船体分段变形。例如在放样时，预放反变形量，在装配过程中加放焊缝收缩余量等，都是这种方法。 3 船舶焊接变形的矫正
3.1 矫正方法
在建造船体时，尽管已经从船体结构设计以及施工工艺等方面将措施进行制定，来对施工中出现的焊接变形进行控制，然而因为焊接过程的特点以及船体施工工艺的特殊性，通常情况下是不可规避地使焊接变形产生的，针对那些超出设计要求的焊接变形，一定要对其进行矫正。
矫正工艺只是作用于对焊接构件的局部变形进行矫正，例角变形以及波浪变形等，而对于整体变形来说，必须利用下料或装配时放余量等方式来进行，比如纵向、横向收缩等。矫正变形的方法有2个：①机械矫正法；②火焰矫正法。
对于机械矫正法来说，就是在室温环境下，将外力作用在焊接构件上，使构件压缩塑性变形区的金属得以伸展，使焊缝区的塑性变形得以减少，使矫正变形的目的得以实现。对于这种矫正方法来说，会使得金属冷作硬化情况得以产生，将材料的塑性储备进行消除，所以，这一方法局限于塑性好一些的材料，不可以机械矫正那些塑性不好的材料，也不能机械矫正那些脆性材料。在实际工作中，这一矫正方法能够将专用的大型油压机等进行使用。
对于火焰矫正法来说，就是将火焰集中加热变形的构件金属。再进行冷却，这部分金属将不可逆的压缩塑性变形得以获取，从而矫正整个焊接构件变形。这一方法也是会将材料的一部分塑性进行消除，使用一定要谨慎。同时对火焰加热的温度进行控制，温度过高，材料的机械性能就会减小，反过来，温度太低，也会影响矫正效率。因为冷却速度不会影响到矫正效果，所以，很多船厂都是以边加热边喷水的方式，一方面能够使工作效率得以提升，另一方面，又使矫正效果得以提升。结合加热部件，火焰矫正法又分成两种，一是整体热矫正法，就是直接加热整个构件，使其超过锻造温度，再矫正整体构件。这一方法能够将变形偏差大，然而使冶金副作用得以产生的构件进行矫正。二是局部热矫正法，这一方法就是通过火焰来局部加热构件，因为在高温条件下，材料局部受热后会出现膨胀，同时由于材料自身的约束，局部会出现小范围的变形，这一方法可以使焊接后部件变形得以抵消，使得矫正的目的得以实现。
4 结 语
總而言之，船舶在建造过程中，产生焊接变形这一情况是不可规避的，这就迫使我们对焊接变形产生的原因、焊接变形的影响因素、焊接变形的类型进行了解，从而对船舶焊接变形进行控制和矫正。此外，还要结合工程的实际情况以及条件，将有相应的控制措施以及矫正方法进行制定。唯有如此，才能使船舶建造过程中，有效的控制好出现的焊接变形，使船舶在运营后的运行得以正常，使船舶强度要求以及使用性能得以满足，使经济性要求得以满足，对船上人员的生命、财产安全进行有效的保障，这样也可以为我国航运事业的发展起到积极的推动作用。
参考文献
[1]张建鹏.船舶焊接变形的控制与矫正[J].船舶物资与市场，2015（5）.
[2]刘 林，张 弛.论船舶焊接工艺的发展现状及焊接变形的研究[J].科技创新与应用，2014（25）.
[3]杨立志，田凤玉.在船舶焊接中减小焊接变形的措施[J].金属加工，2016（20）.
收稿日期：2018-8-23
作者简介：陆 飞（1987-），男，助理工程师，大专，主要从事船体结构的生产现场管理工作。
关键词：船舶；焊接变形；矫正
中图分类号：U671.8 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0285-02
对于船体结构来说，它是典型的焊接结构之一。结合相关数据，在造船过程中，整个船体建造工作量中占比最大的就是焊接工作，焊接的质量以及效率对船体的建造周期、成本以及性能等有着直接的影响。针对船体结构中薄钢板，焊接变形会十分明显，倘若没有对焊接变形进行有效的控制，会使船体装配难度加大，会与质量检验要求不相符，因此，焊接变形的控制和矫正就变得十分关键。想要对焊接变形进行有效的控制，本文以焊接变形产生的原因、影响因素为切入点，对焊接变形的控制与矫正进行分析。
1 船舶焊接变形形成的原因
对于电弧焊来说，它是不均匀的快速加热、冷却的过程，焊接中以及焊接后，焊接构件会出现变形的情况。对焊接变形产生影响的因素有两个：①焊接热变形；②焊接构件的刚性条件。在焊接过程中，构件刚性条件对热变形会有一定的限制，使得压缩塑性变形得以产生，使得焊接残余变形得以出现。
1.1 影响焊接热变形的因素
（1）材料的热物理性能。对于不同的材料，其导热、比热以及膨胀系数等都是不一样的，其形成的热变形也是不一样的，所以，焊接变形也是不一样的。
（2）焊缝数量以及断面大小是成正比的。也就是说，焊缝数量多一些，断面尺寸就会大一些，那么焊接变形就会大一些。
（3）焊缝接头形式。由于对接焊以及角接焊的温度场是不一样的，所以两者形成的热变形也是不一样的。一般来说，对接焊的变形要大一些，角接焊的变形要小一些。
（4）焊接参数。主要有三个：①焊接电流；②电弧电压；③焊接速度。线能量大一些，焊接变形就会大一些。当焊接电流与电弧电压变大时，焊接变形也会随之变大。对于这3个参数来说，电弧电压的作用突出一些，所以，对于低电压高速大电流密度的自动焊，其变形就会小一些。
（5）焊接方法，对于连续焊、断续焊来说，两者的温度场是不一样的，其形成的热变形也是不一样的。一般来说，连续焊变形要大一些，断续焊的变形要小一些。
（6）焊接工艺方法。焊接方法不同时，其产生的温度场也是不一样的，所以产生的热变形也是不一样的。通常情况下，自动焊和手工焊进行比较，加热要集中一些，受热区要窄一些，变形就会小一些。对于二氧化碳气体保护焊来说，其焊丝细一些，电流密度大一些，加热更加集中，变形也要小一些，其和手工焊进行比较，对于薄板结构的焊接更适用。
1.2 焊接构件刚性条件的影响因素
（1）构件的尺寸和形状。由于构件刚性的增加，会使焊接变形会小一些。
（2）应用胎夹具。通过对胎夹具进行应用，使构件的刚性得以增加，这样会使焊接变形得以减小。
（3）装配焊接程序。对于装配焊接程序来说，在不同装配时期，构件的刚性会产生变化，同时会改变重心位置，会影响控制构件的焊接变形。通常情况下，焊接构件在约束不大的情况下，焊接变形就会大一些，反过来，焊接变形就会小一些。
1.3 船体焊接变形的类型
对于焊接结构的焊接变形来说，其构成通常都是一些基本类型的焊接变形，对于船体结构来说，也是一样的。焊接变形有两种，第一种是整体变形，就是在焊接之后，构件的尺寸、形状出现了改变，主要有四种情况：①纵向收缩；②横向收缩；③中拱等弯曲变形；④扭曲变形。第二种是局部变形，就是焊接完成后，构件的局部产生了变形，它有两种情况：①角变形；②波浪變形，详见图1。
2 船舶焊接变形的控制原则和方法
对焊接变形影响最大的关键因素有两个，一是焊接过程中的热变形，二是焊接构件的刚性条件。结合这两个因素，可以得出，焊接残余变形是不可规避的，也就是说，不可能将焊接变形完全消除。想要对焊接变形进行控制，可以从两个方面入手：①设计；②工艺。
（1）在设计船体结构时，不单单要使船舶的强度、使用性能等得以满足，同时还要使船舶焊接变形达到最低，花费的工时最少的要求得以满足。在船体施工过程中最重要的一个工艺就是焊接工艺。科学、合理的焊接工艺可以使焊接变形减少，使应力集中得以减少，这是最有效的方式。倘若船体结构设计时没有结合焊接工艺的特点，那么就可能会出现很大的残余变形，使船舶强度受到影响，使船舶使用性能受到影响。
在设计过程中，想要对焊接变形得以控制，设计人员可以采取相应的措施，例如可以将船体划分成很多小部件，使船体分段，这样可以将焊接变形在不同部件上进行分散，这对于船体变形的控制和矫正是非常有利的；还可以把布置船体焊缝和船体分段截面中性轴对称，使焊接后的扭曲和弯曲变形得以避免；此外，对于任意一条主焊缝，都要使焊脚尺寸尽量小，使焊缝短一些；尽量将宽、长的钢板进行使用，使焊缝数量得以减少等。
（2）在施工工艺方面，想要对船体焊接变形进行控制，主要有五个方面的内容：①在无装配应力强制下，来装配船体。②将埋弧自动焊以及其它气体保护焊工艺进行应用。③科学选择焊接规范参数，合理选择装配焊接顺序。④将刚性固定法进行使用。所谓刚性固定性，就是对变形进行控制最常见的方法之一，就是把构件在刚性足够的平台上进行固定，等构件上的全部焊缝冷却到室温时，将刚性固定进行去掉。此时，焊接构件变形与自由状态下的焊接变形进行比较，前者要小得多。在船体装配焊接过程中，是以刚性固定法为主，例如将筋板临时加强，临时点焊强化角铁、直线拉马等。⑤反变形法。这一方法就是在船体尚未进行装配焊接时，将船体分段或构件提前给一个反变形值，它的大小与船体分段后的变形进行行比较，前者要大于后者，然而两者的方向却是不同的。通过这种方法可以消除船体分段变形。例如在放样时，预放反变形量，在装配过程中加放焊缝收缩余量等，都是这种方法。 3 船舶焊接变形的矫正
3.1 矫正方法
在建造船体时，尽管已经从船体结构设计以及施工工艺等方面将措施进行制定，来对施工中出现的焊接变形进行控制，然而因为焊接过程的特点以及船体施工工艺的特殊性，通常情况下是不可规避地使焊接变形产生的，针对那些超出设计要求的焊接变形，一定要对其进行矫正。
矫正工艺只是作用于对焊接构件的局部变形进行矫正，例角变形以及波浪变形等，而对于整体变形来说，必须利用下料或装配时放余量等方式来进行，比如纵向、横向收缩等。矫正变形的方法有2个：①机械矫正法；②火焰矫正法。
对于机械矫正法来说，就是在室温环境下，将外力作用在焊接构件上，使构件压缩塑性变形区的金属得以伸展，使焊缝区的塑性变形得以减少，使矫正变形的目的得以实现。对于这种矫正方法来说，会使得金属冷作硬化情况得以产生，将材料的塑性储备进行消除，所以，这一方法局限于塑性好一些的材料，不可以机械矫正那些塑性不好的材料，也不能机械矫正那些脆性材料。在实际工作中，这一矫正方法能够将专用的大型油压机等进行使用。
对于火焰矫正法来说，就是将火焰集中加热变形的构件金属。再进行冷却，这部分金属将不可逆的压缩塑性变形得以获取，从而矫正整个焊接构件变形。这一方法也是会将材料的一部分塑性进行消除，使用一定要谨慎。同时对火焰加热的温度进行控制，温度过高，材料的机械性能就会减小，反过来，温度太低，也会影响矫正效率。因为冷却速度不会影响到矫正效果，所以，很多船厂都是以边加热边喷水的方式，一方面能够使工作效率得以提升，另一方面，又使矫正效果得以提升。结合加热部件，火焰矫正法又分成两种，一是整体热矫正法，就是直接加热整个构件，使其超过锻造温度，再矫正整体构件。这一方法能够将变形偏差大，然而使冶金副作用得以产生的构件进行矫正。二是局部热矫正法，这一方法就是通过火焰来局部加热构件，因为在高温条件下，材料局部受热后会出现膨胀，同时由于材料自身的约束，局部会出现小范围的变形，这一方法可以使焊接后部件变形得以抵消，使得矫正的目的得以实现。
4 结 语
總而言之，船舶在建造过程中，产生焊接变形这一情况是不可规避的，这就迫使我们对焊接变形产生的原因、焊接变形的影响因素、焊接变形的类型进行了解，从而对船舶焊接变形进行控制和矫正。此外，还要结合工程的实际情况以及条件，将有相应的控制措施以及矫正方法进行制定。唯有如此，才能使船舶建造过程中，有效的控制好出现的焊接变形，使船舶在运营后的运行得以正常，使船舶强度要求以及使用性能得以满足，使经济性要求得以满足，对船上人员的生命、财产安全进行有效的保障，这样也可以为我国航运事业的发展起到积极的推动作用。
参考文献
[1]张建鹏.船舶焊接变形的控制与矫正[J].船舶物资与市场，2015（5）.
[2]刘 林，张 弛.论船舶焊接工艺的发展现状及焊接变形的研究[J].科技创新与应用，2014（25）.
[3]杨立志，田凤玉.在船舶焊接中减小焊接变形的措施[J].金属加工，2016（20）.
收稿日期：2018-8-23
作者简介：陆 飞（1987-），男，助理工程师，大专，主要从事船体结构的生产现场管理工作。