抗剪力板定位及焊接控制

劉 佳，嚴(yán) 坤，李 娜

（浙江新樂造船股份有限公司，浙江寧波 315000）

0 引言

海洋運(yùn)輸方便了人們的生活，但是貨油的泄漏會(huì)對海洋環(huán)境造成一定的污染。本文闡述的抗剪力板的定位焊接控制，是基于保持船體結(jié)構(gòu)的完整性，以防止結(jié)構(gòu)裂紋的產(chǎn)生。

1 定位方式的改進(jìn)

1.1 裝配流程的改進(jìn)

傳統(tǒng)的裝配流程是將零件與零件組合做成部件，這樣方便進(jìn)入下一道工序，也節(jié)省了分段的裝配時(shí)間和焊接工作量。不過，這種方法針對抗剪力板安裝來說，從零件到部件到組件，誤差的層層疊加會(huì)產(chǎn)生定位上的極大差異。所以修改裝配方案為分段散裝，這樣做的好處是在相鄰結(jié)構(gòu)均到位的基礎(chǔ)上，再安裝抗剪力板，可以抑制因安裝引發(fā)的焊接變形，在定位方面也能避免誤差疊加的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 定位方式的改進(jìn)

之前抗剪力板的定位方式是相對縱絎定位，及相對于各抗剪力板進(jìn)行定位，這會(huì)引起很大的定位誤差。一旦縱絎有安裝誤差，或者位于定位源頭抗剪力板有安裝誤差，勢必會(huì)引起定位不精準(zhǔn)。鑒于此，將老的定位方式改進(jìn)為每一塊抗剪力板按照中心線定位，如此，每一塊板的定位都是相互獨(dú)立，不干擾，不會(huì)造成誤差的積累，而保證每一塊抗剪力板都布置到位。圖1為定位優(yōu)化前后的對比圖。

圖1 定位優(yōu)化前后橫向抗剪板安裝圖對比（單位：mm）

2 焊接控制

2.1 焊接產(chǎn)生變形的原因

鋼材的焊接通常采用熔化焊方法。在接頭處局部加熱，使被焊接材料與添加的焊接材料熔化成液體金屬，形成熔池，隨后冷卻凝固成固態(tài)金屬，使原來分開的鋼材連接成整體。由于焊接加熱，融合線以外的母材產(chǎn)生膨脹，接著冷卻，熔池金屬和熔合線附近母材產(chǎn)生收縮，因加熱、冷卻這種熱變化在局部范圍內(nèi)急速進(jìn)行，膨脹和收縮變形均受到拘束而產(chǎn)生塑性變形。這樣，在焊接完成并冷卻至常溫后該塑性變形殘留下來。

2.2 全焊透

如圖2所示，抗剪力板與內(nèi)底板為全焊透焊接，與肋板為部分全焊透焊接。全焊透一般為雙面開坡口，焊件留根為0-2，即2個(gè)母材通過焊接完全連接起來，熔透達(dá) 100%，單面焊完后背面清根，再焊背面。焊道都要覆蓋坡口根部，為保證焊透，坡口角度為40°～60°，見圖3。全焊透使兩面的焊接金屬完成了很好的相變過程，內(nèi)部組織比較均一，冶金缺陷較少，因此全焊透的強(qiáng)度非常好。所以，作為槽型艙壁下方的加強(qiáng)肘板，屬于高應(yīng)力區(qū)域，采用全焊透的形式是非常合適的。

圖2 抗剪力板的焊接形式

圖3 全焊透坡口形式

2.3 控制焊接變形的方法

考慮到焊接產(chǎn)生變形的原因以及全焊透的焊接方法，為了防止由于抗剪力板的焊接而導(dǎo)致其相連的結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，現(xiàn)場采用如下方法來進(jìn)行控制。

2.3.1 控制裝配間隙

控制裝配間隙，也就是抗剪力板與焊接構(gòu)件角焊縫的間隙要嚴(yán)格限定在2 mm～3 mm的范圍內(nèi)，這也對抗剪力板構(gòu)件的精確度提出了更高的要求，所以要對其采用數(shù)控切割，避免手工切割引起的毛刺，另外要增加焊接收縮量，也可以適當(dāng)增加部分余量，以達(dá)到減小焊接間隙的目的。

2.3.2 控制焊接的熱輸入

過大的熱輸入也會(huì)引起工件變形。焊接熱輸入是指熔焊時(shí)，由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的熱能，其等于焊接電流、電弧電壓、熱效率的乘積和焊接速度的比值。由公式(1)可知，在焊接電壓設(shè)定后，焊接電流越大，焊接速度越慢，將會(huì)引發(fā)比較大的熱輸入，所以選擇合適的電流和合理的焊接速度將會(huì)達(dá)到減少熱輸入的數(shù)值，進(jìn)而降低構(gòu)件變形的可能性[1-2]。熱輸入的計(jì)算公式為

式中：Q為焊接熱輸入量，J/cm；U為電弧電壓，V；I為焊接電流，A；v為焊接速度，cm/s；η為電弧的功率系數(shù)。

2.3.3 不銹鋼內(nèi)底板的變形控制

不銹鋼熱導(dǎo)率低，熱膨脹系數(shù)大等材料特性決定了其焊接過程中在較小的熱影響區(qū)內(nèi)分布的溫度梯度大，其焊接變形也就較其他材料變形大，難以控制。

而由于此處內(nèi)底板是位于槽型艙壁的下方，板厚較厚，且為Z向板，截面收縮率大，因此采取層間控制的多道焊，逐層逐道焊接，嚴(yán)格控制層間溫度，并且采用對稱施焊，如圖4所示，左右兩側(cè)輪流堆焊，這樣就可以避免一邊熱輸入大，另一邊自由狀態(tài)而產(chǎn)生局部變形。同樣也要減少單位時(shí)間內(nèi)的熱輸入量，避免工件局部熱量集中。另外，還增加了一定的負(fù)載，也就是在內(nèi)底板增加重塊以抵御變形。通過以上方法可以有效控制抗剪力板與內(nèi)底板焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接變形[3]。

圖4 多道焊示意

3 結(jié)論

針對抗剪力板的安裝控制，主要通過定位方法的改進(jìn)以及控制焊接變形的方法來實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明，通過上述控制方法，之前船舶60%的變形處需要進(jìn)行貼板處理，現(xiàn)在則可以實(shí)現(xiàn)無處理，無變形，一次性通過檢驗(yàn)。如此可見抗剪力板的定位方式及控制焊接變形的處理方法是非常有效且實(shí)用的。