淺析火工技術(shù)在船舶建造中的應(yīng)用

闞立江

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，作為實(shí)體經(jīng)濟(jì)重要組成部分的制造業(yè)更是持續(xù)壯大，特別是海洋工程裝備及各類船舶的大量建造和升級改造，更是顯現(xiàn)了海洋裝備制造業(yè)發(fā)展的蓬勃生機(jī)。在各類海工裝備和船舶的建造中，需要各種專業(yè)技術(shù)來支撐，其中火工技術(shù)就是其中重要的一種。對此，本文從鋼質(zhì)船舶的建造方面，談?wù)劵鸸ぜ夹g(shù)在船舶建造過程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：火工技術(shù)；海工裝備；船舶；建造；應(yīng)用

在海工裝備與船舶制作行業(yè)，火工技術(shù)是對特定板材進(jìn)行熱變形處理的一門工藝技術(shù)?；鸸膽?yīng)用階段來分，可以分為內(nèi)外場兩個(gè)大的階段，內(nèi)場階段主要是矯正或加工船體較大或復(fù)雜的曲度線形，外場階段主要是矯正船體分段或局部構(gòu)件，消除焊接應(yīng)力等。

一、火工技術(shù)施工原理

當(dāng)金屬局部加熱時(shí)，受熱金屬的膨脹受到周圍冷金屬的約束，產(chǎn)生因約束而已經(jīng)器的壓縮應(yīng)力。該應(yīng)力一旦超過了金屬的屈服點(diǎn)，冷卻后將會存在殘余應(yīng)力和由殘余應(yīng)力而引起的塑性變形—永久變形。由于這種塑性變形是經(jīng)過加熱而產(chǎn)生的，故稱為金屬的熱塑變形。若金屬在沒有約束狀態(tài)下整體均勻受熱隨后又均勻冷卻，則熱塑變形將不會產(chǎn)生，只有當(dāng)局部加熱冷卻時(shí)才會產(chǎn)生熱塑變形，而這種變形都是以收縮變形的特征出現(xiàn)的。

船體結(jié)構(gòu)的火工矯正，從本質(zhì)上說，是船體零件局部熱加工的逆過程。盡管約束條件有所不同，但火工矯正的過程，就是在已經(jīng)變形的結(jié)構(gòu)中形成新的變形的過程。要達(dá)到上述目的，必須在構(gòu)件上補(bǔ)充局部的加熱面積，受熱部分的金屬在熱循環(huán)過程（受熱膨脹并隨之而來的冷卻收縮）中形成不可逆的塑性變形（即永久變形），在這一過程中加熱區(qū)外部產(chǎn)生極大的拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力的作用，使已經(jīng)變形的結(jié)構(gòu)恢復(fù)平直。從這一原理出發(fā)，針對不同的變形特征，可以用不同的加熱方法來進(jìn)行矯正。

二、火工技術(shù)在板材加工方面的應(yīng)用

在船舶的結(jié)構(gòu)中，首部和尾部分段的外板線形較大，曲面復(fù)雜，一般的機(jī)械加工難以達(dá)到線形的效果，所以只有通過火工作業(yè)來完成板材加工。通過沿預(yù)定的加熱線用氧乙炔火炬對板材進(jìn)行局部線狀加熱，并用水跟蹤冷卻（或讓其自然冷卻），使板產(chǎn)生局部塑性變形，從而將板材彎成所要求的曲面形狀的一種彎板方法，也叫水火彎板。

在實(shí)際操作中，要對加熱的位置、形狀以及順序進(jìn)行判定，選擇合適的烤嘴，確定加熱溫度范圍和加熱速度以及冷卻方式，調(diào)整火焰的功率，并做好板材四周的支撐固定。同時(shí)在操作過程中，根據(jù)總體變形情況，適當(dāng)修改加熱參數(shù)，以便達(dá)到最理想狀態(tài)。

常見的水火彎板形式如下：

三、火工技術(shù)在薄板分段制作中的應(yīng)用

（一）薄板焊接應(yīng)力的消除

鋼板在焊接過程中，是通過加熱或加壓，對需要結(jié)合的地方熔化，使之造成原子或分子間的結(jié)合與擴(kuò)散，從而達(dá)到不可拆卸的聯(lián)接，而內(nèi)部原子或分子的結(jié)構(gòu)改變，打破內(nèi)部力的平衡，造成鋼板出現(xiàn)彎曲或扭曲變形，其中6mm以下厚度的鋼板尤為明顯。通過火工技術(shù)，選擇合適的溫度、合適的噴嘴、行走速度，調(diào)整噴嘴與鋼板之間的距離，消除鋼板焊接區(qū)域內(nèi)部新產(chǎn)生的應(yīng)力，從而消除變形的情況。

（二）分段變形的調(diào)整

當(dāng)各鋼板零部件組裝成分段，并完成整體的焊接作業(yè)后，整個(gè)分段焊縫內(nèi)存在大量的焊接應(yīng)力，在通過各種方式釋放應(yīng)力的過程中，造成了分段壁板各種各樣的變形。在通過火工技術(shù)進(jìn)行矯正時(shí)，通常按以下步驟進(jìn)行操作：

（1）矯正前的準(zhǔn)備。充分準(zhǔn)備施工工具，檢查工作地點(diǎn)的安全條件，準(zhǔn)備矯正工具和安全防護(hù)用具，并在火工工件上畫出測量點(diǎn)標(biāo)記。

（2）對基本條件的了解。要事先了解結(jié)構(gòu)材料的性能，判斷構(gòu)件產(chǎn)生變形的原因、變形特點(diǎn)及殘余應(yīng)力的大致分布，以便考慮矯正方法。

（3）對變形的測定。a.用合適的量具測量結(jié)構(gòu)變形的大?。ㄒ话銣y量有彎曲、撓度等，使用長短尺和粉線測量）。b.分析變形的類別，變形分為均勻的彎曲變形、不均勻的短段變形、角變形、喪失穩(wěn)性的波浪變形、角變形造成的波浪形—“瘦馬現(xiàn)象”、對接焊縫的變形等。

（4）確定矯正方案與加熱面積。

（5）確定加熱溫度。根據(jù)結(jié)構(gòu)變形類別和材料性能、工件板厚和結(jié)構(gòu)剛性及確定的矯正方案等因素，確定加熱溫度。

（6）根據(jù)加熱的工藝要求及選定的矯正方法和加熱參數(shù)，進(jìn)行加熱矯正。

（7）矯正后復(fù)查。

a.檢查被矯正的結(jié)構(gòu)是否符合技術(shù)要求。b.檢查被矯正后結(jié)構(gòu)材料的表面質(zhì)量。c.若矯正結(jié)構(gòu)尚未達(dá)到技術(shù)要求，可進(jìn)行第二、第三次矯正，直至達(dá)到要求為止。d.若矯正過度，出現(xiàn)反向變形，則應(yīng)在反向進(jìn)行矯正（應(yīng)盡量避免這種情況）。

由于船體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，產(chǎn)生的變形也是多種多樣的，但根據(jù)變形特征，可按不同的變形特點(diǎn)來選用與之相適應(yīng)的矯正方法，以求達(dá)到預(yù)期的效果。

綜上所述，在現(xiàn)階段的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，火工技術(shù)在鋼板的加工及變形矯正方面有極大的利用空間，在海工產(chǎn)品和船舶建造過程中發(fā)揮著不可替代的作用。但要熟練的應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，需要通過大量的訓(xùn)練和實(shí)踐才能掌握，希望在未來的科技發(fā)展中與數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，使火工技術(shù)能在更大范圍內(nèi)得到應(yīng)用。

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