船舶焊接變形的形成與控制分析

甄詠鵬，鄒濤

（南通泰勝藍島海洋工程有限公司，江蘇 南通 226200）

大量鋼結構被用于現代化的造船領域中，焊接是鋼結構拼裝時常用的工藝。焊接工藝用于船舶焊接中對其技術提出較高要求，若焊接接頭出現了變形問題，則會對船體構件的強度與韌性均形成不同程度的影響，最后造成整個船體制造質量跌落。從宏觀上，焊接變形包括橫縱向收縮、彎曲、角變形等幾種，為焊接構件生產制造活動中發(fā)生率最高的質量缺陷問題之一，多種因素影響船舶焊接質量，作用于焊接變形問題的產生過程，積極探究焊接變形問題成因及相關控制方法具有重要現實意義。

1 船舶焊接工藝的現狀分析

1.1 焊接新工藝

近些年，越來越多的新焊接工藝 被用于國內大型船廠內，單面焊雙面成型、焊接自動化等均是典范，其目的主要是提升焊接生產效率。在焊接船臺或船塢大合攏環(huán)節(jié)中，為使最后的焊接質量得到更大保障，推薦采用C02氣電垂直自動焊去處理部分平直接縫結構。

1.2 焊接設備

伴隨焊接工藝的發(fā)展進步，焊接設備裝置也有很大改善。很多船廠生產活動中積極采用C02氣保護焊機，其有助于減少焊材的投用量、壓縮人工成本及提升焊接工效，且對焊接工藝創(chuàng)新發(fā)展過程也起到一定促進作用。

1.3 焊材

在我國船舶工業(yè)持續(xù)發(fā)展過程中，其對焊材質量與性能等提出更多、更高的要求。當下船舶建造領域中常用的焊材有普通焊條、C02氣體保護焊絲、埋弧焊材等。

2 對船舶焊接變形形成影響的主要因素

2.1 焊接方式及工藝參數

在現實生產中，焊接方式不同時形成的收縮量也有差異。若船體焊件厚度大體等同時，單層焊接在縱向上形成的收縮量大于橫向，這主要是由于焊接操作時，先進行焊接處理的部位冷卻對后期焊接部位的收縮性形成一定抑制作用。和直通焊接相比較，逐步焊接下的收縮性偏下，主要是由于后種焊接方式能更好的維持焊接溫度的均勻性，故而其形成的壓縮性形更具分散化特征。焊接工藝參數的設置情況主要影響著線性的能量，大部分工況下伴隨能量增加過程壓縮性的形變量也出現增長，故而可能會形成加大的收縮量。

2.2 焊縫長度與橫截面積

一般狀況下，在構件縱向上伴隨焊縫現實長度的增加焊縫的收縮量會提升，在橫向上焊縫收縮量增減和焊縫寬度值大小存在正比例關系，橫向上焊接板厚、接口樣態(tài)等均影響著收縮性。在人工焊接階段，收縮量上升和鋼板厚度增加過程相伴隨，而在進行自動化焊接階段會形成顯著區(qū)別：在鋼板厚度等同時，和X型坡口相比較，V型坡口的收縮量相對較大。

2.3 焊縫的位置

焊縫設置的部位對焊接形變形成的影響偏大，若焊縫在結構中心線上對稱布設，那么此時其形成的形變較為單一，只是在縱、橫向上發(fā)生短縮；若焊縫的現實部位與結構中心發(fā)生不對稱情況時，不僅會在縱橫向發(fā)生短縮，也會發(fā)生彎曲變形情況。

3 控制船舶焊接變形的對策方法

3.1 完善結構設計

船體結構設計情況不僅要符合船舶使用性能和強度要求，還需要盡量滿足船舶制造階段焊材用量最小、耗用工時最短、焊接變形最小等要求。也要依照依照焊接特征去完善設計，進一步減少焊接變形，要求主要有：（1）在保證鋼構件強度達標基礎上，盡量縮小焊縫截面積；（2）采用簡易式裝配焊擻臺架完成裝配；（3）對船體采用分段建造法，一方面有助于減少船臺作業(yè)量，另一方面能更為準確的調控船體焊接變形整體狀況；（4）把焊縫設置數目降至最少；（5）焊縫應朝著結構中心線靠攏，或者對稱分布，有助于減少或規(guī)避彎曲變形問題。

3.2 確保焊接參數精確

焊接參數設置情況是影響鋼構件焊接質量的主要因素之一，焊接電流量、速度、電壓量等均是焊接施工階段的常見參數類型，均需加強對其的管理控制。比如，在控制焊接電流量參數時，應參照現實焊接狀況進行設置，需要考慮到的因素有焊接構件厚度、焊接接頭形狀、焊接層次規(guī)劃、焊條長度、焊接具體部位等諸多因素，其中后3個參數應被設定為重點控制對象，因其直接影響著焊接變形情況的發(fā)生、發(fā)展過程，因此，只有將焊接參數調控在適宜的范疇中，方能更有效的減少與規(guī)避焊接變形情況。針對焊接速度參數的控制，具體施工階段，工作人員的操作速度不能過快也不可過于緩慢，這主要是因為焊接過程慢速推進時，將會拓展焊料的受熱面積，造成相應晶粒體積擴增，最后增加變形范疇；而當焊接過于快速時，則很難確保焊縫焊接和熔合的完全性，焊縫的成型效果也很難得到保障。針對焊接電壓量的控制，確保其能準確設置即可。大部分船舶焊接實踐中，參數設置情況如下：電流≤600A時，電壓(20+0.04)V；如若電流＞600A時，電壓參數應位44V。

3.3 船舶的建造工藝

縱觀船舶的建造工藝，預留收縮余量、剛性固定與反變形法是業(yè)內控制焊接變形問題的常用方法。焊接變形控制階段經常采用如下兩種方法彌補設計方面存在的缺陷，即船體的彎曲反變形與尺寸變形。針對彎曲反變形，可以采用反變形量去消除，具體操作方法可以做出如下闡述：將反變形量施加到船體胎上方，各檔肋距以1.Omm左右為宜。針對船舶全尺寸收縮變形問題，通常應用加放焊接收縮量的方法便能順利處理，等同于使用預留收縮余量進行彌補。分段式生產制造階段，明確要求工作人員一定要科學設置預留收縮量，依照相關公式估算出量值具體大小，生產中通過合理設置余量能夠有效彌補焊以后尺寸收縮的問題，鋼構件橫向、縱向收縮量設置情況，每檔加放焊接收縮量通常分別以0.5mm、1.0mm為宜。積極落實以上兩種補償式控制設計方法，能夠較有效的抵除除船舶建造階段形成的變形情況。反變形及剛性固定法均是船舶制造工業(yè)中最佳的焊接工法過程中最佳焊接工藝，前種工法是指于船體正式裝配焊接前，賦予船體構件或者某個分段一個反變形值，施加的變形值要大于船體分段焊接以后形成的變形范疇，同時采用變形的逆向進行設置，以上操作遵照的原理是消除構件焊接以后形成的變形，從而間接抵消船體分段變形，或者把其分段變形程度降至最低。剛性固定法在船體裝配焊接領域中較高的適用性，近些年其應用范疇也有不斷拓展趨勢，是當下船舶施工階段控制變形問題的常用工法之一，把焊接構件全部焊縫（冷卻到室溫時）進行剛性固定形式剔除，借此方式去減縮自由狀態(tài)工況下焊接變形范疇。各種直線或弧線的拉馬、臨時性電焊加強角鐵、胎架螺栓銜接、分段周邊固定定位焊均是較為成熟的剛性固定法。在現實應用期間應予以如下幾點問題一定重視：一是選用適宜的焊接工藝，并科學設置焊接先后次序，小線能量焊接為主；二是用自動焊接將人工手動焊接取而代之；三是要在無裝配應力強制的工況下裝配船體。

3.4 散熱法與回火法

可以把散熱物體安放在焊接位置周邊，借此方式幫助被焊接部件能在較短時間內冷卻至室溫，進而削弱熱影響區(qū)形成的作用效果，同步減小了熱影響區(qū)與船體變形范圍，以上便是業(yè)內廣為人知的散熱法，也被叫做強迫冷卻法，采用該種工法控制焊接變形問題時，應聯合采用其他措施方法去規(guī)避淬火傾向偏大的狀況，這樣就不會因存有冷淬而出現裂紋。回火法實質上就是把焊接成型的部件整體安放到爐內，采用20～60℃升溫速度進行加熱處理，而后在適宜時間段內保溫，出爐時加強其溫度指標的控制，力爭使其溫度降到50～60℃區(qū)間內，該種方法在防止焊接變形或者裂痕問題方面表現出良好效能。

4 結語

船舶建造階段產生的焊接變形問題，是導致船舶運行階段出現故障、降低船舶制造精度的主要因素之一，對整個造船工程安穩(wěn)性形成的影響也是不可忽視的。因此，生產實踐中相關人員應高度重視焊接變形問題，積極分析其成因，采用適宜的方法加以控制，進而促進我國船舶制造工業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展。