鋁合金船體焊接變形及其控制措施探討

李麗舒

摘 要：隨著工業技術的高速發展，市場上出現鋁合金材料，由于鋁合金材料擁有密度低、強度高、塑性好等特點，可以經過加工轉變為各種型材，所以在船舶工業中被廣泛應用。在船舶工業中，主要利用鋁合金材料來建造全焊接鋁合金船體，但是由于鋁合金材料在焊接時會發生變形、翹曲等問題，這導致建造全焊接鋁合金船體相較于建造其他船體更加困難。在全焊接鋁合金船體建造技術中，主要研究方向就是焊接防變形技術和精度控制技術，這兩項技術是全焊接鋁合金船體建造技術的重要組成部分，想要建造一艘質量高的全焊接鋁合金船體，就必須熟練掌握這兩項技術。文章主要通過研究鋁合金船體焊接過程中鋁合金變形的原因，來分析出鋁合金船體焊接變形的控制措施。

關鍵詞：鋁合金船體；焊接變形；控制措施

中圖分類號TV547.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0088-02

引言

鋁合金材料在船舶中被廣泛應用，主要是由于它比重較小，而且耐腐蝕性很強，在船舶航行時，它可以加快船舶的航速。并且由于它的密度較小，所以能夠有效減輕船舶的重量，保證船舶的穩定性，對于造船工業而言，屬于一種利用價值較高的材料。在建造鋁合金船體過程，需要注意的是鋁合金船體的焊接，這也是建造鋁合金船體目前最大的障礙。鋁合金材料相較于鋼材料，導熱系數比鋼材料高許多，熱膨脹是鋼材料的2.5倍，但是彈性模數卻僅為鋼材料的1/3。這些材料特性使得鋁合金材料相較于鋼材料，在焊接時容易出現較大的材料變形。文章通過鋁合金船體焊接時容易產生變形的特點，對鋁合金焊接變形進行分析，并研究出鋁合金焊接變形控制措施，為鋁合金船舶能夠大量生產積累經驗。

1 導致鋁合金船體焊接變形的原因

在利用鋁合金材料造船時，經常在焊接過程中發生鋁合金變形的現象，那么導致其在焊接時發生變形的主要原因有哪些呢？這值得我們去研究探討。只有找到了鋁合金船體焊接變形的原因，才能找到焊接變形控制措施，下面將為大家詳細解釋利用鋁合金材料造船焊接時的變形原因。

1.1 鋁合金自身的金屬特性

鋁合金本身的金屬特性有硬度小、導熱系數大、熱膨脹系數大的特點，這對于鋁合金焊接來講，容易出現幅度較大的材料變形，這對鋁合金船體結構來講，會帶來巨大的安全隱患。另外，在對鋁合金船體進行焊接時，還需要對鋁合金材料進行輥軋、成型、剪切、切割等工藝，這些工藝增加鋁合金材料的應力。而在焊接的過程中，焊接產生的熱量會消除以上工藝所產生的應力，這就導致了鋁合金材料發生變形的現象。最常出現的在焊接時鋁合金變形形狀為波浪變形，或者是局部出現凹處，通常情況下，鋁合金材料焊接時發生的變形是相同結構鋼材料兩倍，這主要因為它的彈性模數以及熱膨脹系數所導致的。

1.2 焊接時產生的熱量

在鋁合金焊接過程中，鋁合金由于其自身特性，吸收的熱量一多就容易發生變形，而主要原因是焊接過程中產生的熱量過多。在傳統的焊接思維上，人們總以為，焊的多就是好的，連續性焊接比間斷性焊接好等觀念，但是在對鋁合金材料進行焊接時，要充分考慮其金屬特性，盡量縮短焊接時間，這對于減少鋁合金材料焊接變形有巨大的意義。在對鋁合金材料實施焊接前，要以金屬熔敷量越少越好的地方為標準，盡量減少輸出的熱量，防止鋁合金材料發生變形。因此，在對鋁合金焊接過程中，要對焊接工藝有較高的標準，使用不恰當的焊接工藝必然會導致鋁合金材料出現變形現象。

1.3 焊縫的位置、尺寸以及數量

1.3.1 焊縫的位置

鋁合金焊接過程中，焊縫位置是影響鋁合金材料變形的主要因素之一，在焊接時，如果焊縫位置與結構中心線之間不對稱，那么就有可能會出現彎曲變形。因此在焊接過程中，需要先對多焊縫位置進行考慮，保證它與結構中心線對稱[1]，如果實際焊接中無法保證焊縫的對稱，那么焊接人員應當采用相應的焊接順序進行焊接。

1.3.2 焊縫的尺寸以及數量

在對鋁合金進行焊接時，除了要考慮焊縫的位置，還需要對焊縫的尺寸進行考慮。焊縫尺寸的長度與截面積對于鋁合金收縮量有極大影響，焊縫縱向收縮量在通常情況下與焊縫的長度成正比。焊縫的數量越多、尺寸越大，那么導致鋁合金變形的可能性就越大，因此，在焊接時，需要對板厚進行了解，設計出合適的焊縫尺寸、數量，這樣既可保證鋁合金材料的變形較小，也能節省焊接變形時浪費的材料。

2 鋁合金船體焊接變形的控制措施

為了防止在焊接過程出現變形，給鋁合金焊接營造一個好的條件[2]，就需要對船體的裝配精度進行提高，在裝配過程中要實現設計出合理的裝配順序，盡量減少在裝配過程中出現問題，導致焊接出現變形。另外，還需要增加船只的剛度，為鋁合金焊接打好基礎。

2.1 裝配精度

鋁合金船體在裝配時，裝配精度應當高于普通鋼船的標準，在裝配拼板時，板縫的錯開度應在標準范圍0.5mm內，板縫間隙在標準范圍1mm以內；在裝配骨架時，骨架間距、位置偏差、對接間隙、端點錯開度都應當保持在精度標準范圍1mm；在裝配艙壁時，位置偏差的精度標準為2mm、與外板間隙的精度標準為1mm。

2.2 裝配順序

裝配時，要注意裝配的順序，最好從中間開始裝配，然后向艏艉、兩舷逐漸開始裝配。如果鋁合金船體在建造時采用的是分段建造，那么則應該先找出船舯和中心龍骨，之后再按安兩側肋骨段，最后依照這兩種方向進行裝配，這種裝配方式主要是以船舯為基礎，實行雖然困難，但是產生的誤差小，精度高。

2.3 合理的焊接順序

在對鋁合金船體進行焊接時，可以參考鋼船的焊接順序。一般來說都是：

2.3.1 先對船體中間部分進行焊接，然后在逐漸向兩邊展開焊接。

2.3.2 先對船中縱剖面部分進行焊接，然后在逐漸向兩舷對稱展開焊接。endprint

2.3.3 先縱向構件進行焊接，然后在橫向構件焊接，這種方法可以通過縱向結構的特點，讓其成為支撐點，減少鋁合金焊接變形。

2.4 點焊定位

在對外板進行安裝后，可以采用點焊定位的方法，合理計算點焊的間距與長度。在外板厚度較大時，點焊之間的間距可以稍微增大，厚度較小時，點焊間距必須要減小。通常情況下，對于外板厚度4至8mm的外板，點焊間距最好保持在100mm與150mm以內，點焊長度最好保持在兩厘米左右。

2.5 焊接參數的控制來防止變形

為了保證鋁合金船體在焊接過程中不發生變形現象，焊接負責人員需要在鋁合金材料進行焊接前，對焊接參數進行合理的設計。鋁合金材料焊接參數主要包括：焊接電流、電弧電壓、焊接速度等，對于這些參數，每一個設計好后，施工人員在施工時都需要按照已經設計好的方法進行施工，這樣才能保證鋁合金船體順利完成焊接。

2.6 分段吊運

在對裝配材料進行吊運時，必須在吊耳等相關位置安裝支撐材料，用來防止在吊運過程中導致段體出現變形。在起吊時，要注意段體的平穩，盡量不要出現段體搖動等情況，在段體落地時，應當將地面墊平。

3 鋁合金變形后矯正

在鋁合金船體焊接時，為了對鋁合金焊接變形進行有效控制，可以實施以下措施：

3.1 鋼質專用壓條板

在對平直艙壁板進行焊接時，可以將艙壁板上不同種類的扶強材進行定點焊接，將其固定在艙壁板中，之后將鋼質專用壓條板放置在扶強材艙壁扶強點上，在對其進行焊接施工，這會使得艙壁板的變形減小。在實際操作中，要根據艙壁板的間距來使用不同規格的壓條板，這樣可以對焊接變形進行有效控制。

3.2 鋁合金變形校正

在變形已經產生的狀況下，可以使用加熱法來對變形部分進行校正，但在加熱的過程中，要注意熱量溫度。另外在校正時應當先采用粗校，然后再對變形部分總體進行校平，進行粗校是應當從變形最為嚴重的地方開始，這樣可以有效防止因校正不當出現更嚴重的變形。但是需要注意一點，鋁合金變形校正屬于最后的應急措施，且鋁合金變形校正技術還存在許多問題，所以鋁合金船體在焊接過程中還需要提前做好預防措施，盡量不要出現變形現象。

4 結束語

在對鋁合金船體變形進行控制時，要牢記一點，鋁合金船體變形控制不僅局限于鋁合金焊接的自身工藝，還要對焊接前的所有環節進行控制。另外，還需要對鋁合金船體焊接前、焊接中所存在的問題進行全面考慮，只有這樣才能夠保證鋁合金船體焊接不出現變形的情況。

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