船體焊接變形及矯正方法探討

孫久智 楊曉軍 佟俊民 王為 焦立雯

摘要：在現代造船中焊接占了舉足輕重的作用，焊接的好壞直接影響船體質量。本文主要探討焊接變形的影響，形式及產生因素，提出控制及矯正焊接變形的方法。

關鍵詞：船體焊接;變形;矯正

1.引言

在現代造船中，焊接是一項很關鍵的工藝，焊接工時和成本在整個船體建造過程中占了40%左右，研究改進焊接技術對提高造船生產率有很大的意義。焊接質量好壞在很大程度決定船體建造周期和建造成本，因此，研究船體焊接變形的問題及控制矯正方法具有重要意義。

2.焊接變形的影響

在船體建造過程中，焊接構件大量的應用于各個制造工序。焊接接頭變形對接頭的性能有著較大影響，使得船體構件的強度、韌性下降。此外，焊接變形不利于船體制造精度的控制，從而最終影響到船舶的建造質量。

3.焊接變形基本形式

由于熱脹冷縮的原理，在焊接過程中，由于焊接熱源熱循環的作用，使焊件受熱不均勻。因此，金屬各部分受熱時的膨脹與冷卻時的收縮也不同。這樣，就在焊件中產生了變形。整體變形是由于焊接在各個方向收縮所引起的。局部變形是指構件的某部分發生變形，包括角變形和波浪變形兩種。

4.船體焊接變形的控制方法

焊接過程中的熱變形和施焊時焊件構件的剛性條件是影響焊接殘余變形的兩個主要因素。本文提出以下有幾種方法可以控制變形。

4.1 反變形法

根據理論計算和實踐經驗，預先估計結構焊接變形的方向和大小，然而在焊接裝配時給予一個方向相反、大小相等的預置變形，以抵消焊后產生的變形。

4.2合理的焊接工藝方法

采用焊接熱源比較集中的焊接方法進行焊接可降低焊接變形。

4.3 選擇合理的焊接順序

盡量使焊縫自由收縮。焊接焊縫較多的結構件時，應先焊錯開的短焊縫，再焊直通長焊縫，以防在焊縫交接處產生裂紋。

4.4剛性固定法

焊接時將焊件加以剛性固定，焊后待焊件冷卻到室溫后再去掉剛性固定，可有效防角變形和波浪變形。此方法會增大焊接應力，只適用于塑性較好的低碳鋼結構。

4.5錘擊焊縫法

在焊接的冷卻過程中，用圓頭小錘均勻迅速地錘擊焊縫，使金屬產生塑性延伸變形抵消一部分焊接收縮變形，從而減小焊接應力和變形。錘擊可以用圓頭手錘或氣錘進行。

4.6焊前預熱

焊件在焊前加熱能減少焊件的溫度差，并減少焊后的冷卻速度，從而減小焊接應力預熱。焊件焊前預熱可根據焊件的大小和施工條件，采取局部預熱和整體預熱。

5.船體焊接變形的矯正

船體建造過程中，雖然在船體結構設計和施工工藝上采取措施來控制施工中所產生的焊接變形，但由于焊接過程的特點和船體施工工藝的復雜性，產生焊接變形是不可避免的，對出現的超過設計要求的焊接變形必須進行矯正。

矯正工藝只限于矯正焊接構件的局部變形，對于船體結構的整體變形只能通過下料或裝配時預放余量來補償。矯正變形的方法有兩種，即機械矯正法和火焰矯正法。

5.1機械矯正

機械矯正是在室溫條件下，對焊接構件施加外力，使構件壓縮塑性變形區的金屬伸展，減少或消除焊縫區的塑性變形，達到矯正變形的目的。

5.2火焰矯正

火焰矯正是一門較難操作的工藝，方法掌握、溫度控制不當會造成構件新的更大變形。? 火焰加熱方式有三種，即點狀加熱、線狀加熱和三角行加熱。

5.2.1點狀加熱

根據結構特點和變形情況，可以一點或多點加熱。厚板加熱加熱直徑d要大些，薄板要小一些，一般不小于15mm。變形量越大，點與點之間的距離應小些，一般在50-100mm之間，點的距離在100mm左右加熱時，由變形最小處開始，順次向變形大處移動，第二次加熱需待第一次后冷卻后進行。

5.2.2線狀加熱

火焰沿直線方向移動，或同時沿寬度方向擺動，從而形成帶狀加熱的現象。線狀加熱時，橫向收縮一般大于縱向收縮，因此應盡量發揮橫向收縮的作用。在一般范圍內，橫向收縮隨加熱寬度的增加而增加，加熱線寬度一般為1.5-30mm。

5.2.3三角形加熱

三角形的底邊在鋼板邊緣，頂角朝內。三角形加熱面積較大，所以收縮量也大，多用于矯正T形構件、工型鋼以及其他型材的彎曲變形，也可用于矯正分段自由邊緣的變形。三角形加熱時，加熱區應施于彎曲凸起的一邊，由兩端向中間進行。加熱要充分，保證使整個厚度燒透，以免造成平面內的彎曲。

6.結論

我國的造船工業的不斷發展，我國現焊接技術已取得很大進步，部分產品技術已達到或接近國外先進水平，但是，焊接技術還需不斷改進和提高，本文只是針對焊接變形提出一些改進和矯正方法，隨著技術的不斷發展完善，針對焊接變形和矯正會有更好方法提出來提高焊接質量。

參考文獻：

[1]王宏斌.船舶焊接工藝[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]黃浩.船體工藝手冊[M].北京：國防工業出版社。1986

[3]王承權.船體結構的焊接變形[M].北京：國防工業出版社，1978

作者簡介：

孫久智（1987.1—），男，職稱：助理工程師，研究方向：船舶結構設計。