船舶鋼結構變形火工矯正方法分析

甄詠鵬，鄒濤

（南通泰勝藍島海洋工程有限公司，江蘇 南通 226200）

船舶生產制造階段，不難發現船體結構十分復雜，故而施工實踐中出現變形情況也在所難免，且變形表現出多樣化特征，但是細致分析后也是有一定規律可以遵循的，具體是參照其變形特征進行歸類。這樣工作人員就可以參照不同變形特征，選擇相適宜的火工矯正技術方法，進而實現修整變形問題，優化船舶鋼結構的制造效果，為我國船舶行業健康、快速發展創造更優良的基礎。

1 火工矯正的概述

（1）火工矯正等同于利用火焰加熱作用，誘導鋼材偏短位置的纖維延長或者使較短部位的纖維發生短縮，最后使鋼材發生反變形，這樣構件便能達到平直及某一幾何形狀提出的要求，和技術標準提出的工藝方法相吻合。

（2）矯正方法的技術原理可以做出如下闡述：利用鋼材持有的塑性、熱脹冷縮屬性，在外力或者內應力的作用下使其出現反變形，剔除鋼結構的彎曲、翹曲、外觀凹凸不平整等質量問題，最后實現預期的矯正目標。

（3）校直、校平、矯形等是火工矯正工藝的常見形式。

（4）點狀、線狀及三角形加熱是火工矯正經常采用的加熱方法。點狀加熱即參照鋼結構特征與變形狀況，能夠加熱一點或多點；線狀加熱階段，火焰順沿直線自身位置發生偏移或者在寬度方向同時進行橫向擺動，通常會將寬度控制未是鋼結構厚度的0.5～2倍，適用于變形程度或剛性較大的結構矯正領域中；三角形加熱階段會出現加大收縮量，多用于矯正厚度偏大、剛性較強的鋼材出現的彎曲變形問題。

（5）溫度控制：針對低碳鋼與普通低合金鋼的熱矯正，通常將其控制在600～900℃中，熱塑性變形的理想溫度區間是800～900℃，但要≤900℃。若進一步提升加熱溫度，則會造成鋼材內部組織出現一定改變，晶粒延長，鋼材品質降低。

2 船舶鋼結構常見變形及矯正方法

2.1 “瘦馬”變形

可以采用線形加熱法處理該類變形問題，推薦應用水火矯正。將加熱線設置在骨架背部，業內將其叫做“背燒”。若通過檢測發現結構變形較為嚴重，則可改用雙條加熱線，具體是施加在骨材背部兩個側端的焊腳處；而如果形變量較小，可直接應用單條加熱線，將其設置在骨材背部的中心。“瘦馬”變形矯正過程中應加強溫度的控制，不可過高，工人可采用加熱溫度的下限。若船體鋼材變形較嚴重時，可以利用跳格方法實現“背燒”。

2.2 波浪變形

該種缺陷問題矯正時采用的方法和“瘦馬”變形矯正有較大相似點，采用線形加熱法進行，兩者唯一的不同是實踐操作時需要細分為兩個階段推進。同樣要求變形矯正時溫度不可過高，應參照變形量具體檢出值，酌情選用水火矯正工法，矯正操作時，應注意如下問題：第一階段推進時，工人最好不要先焚燒外凸的一面，特別是外凸面的中間位置，以規避出現應力集中問題而引起塑性變形情況。

2.3 失穩變形

鋼構件薄板開孔處經常出現該種變形問題，矯正過程中先矯正的目標對象是開孔區的“瘦馬”與波浪變形，而后參照開孔周邊的變形實況，配合使用線形加熱法依照圖1所示次序進行處理。矯正修復開孔的失穩變形情況時，若加熱區僅設置在變形的中間部位或開孔邊界，則通常很難取得較理想的矯正效果。通常狀況下，加熱線由開孔周邊朝中心緩緩移動，終末點務必抵達開孔邊界。

圖1 失穩變形火工矯正的圖示

2.4 他類變形

鑒于船體結構復雜的現狀，其施工生產階段出現的變形類型也不唯一，表現出多樣化特征，除了以上闡述的幾種較典型的變形缺陷矯正工藝外，利用火工矯正法處理其他變形問題，配合使用適宜的輔助工具，通常能取得滿意的矯正效果。這就預示著在具體施工操作前，相關人員一定要全面分析影響焊接質量、引起變形問題的各項因素，并且遵照有助于提升工效、維護高品質與降低勞動強度的原則，選用適宜的工具落實矯正任務。這里筆者需重點提及的內容是，采用輔助工具變形量是1.8641mm,和焊接4塊三角板階段變形量最大值-2.6209mm做比較，變形量會減少0.8mm左右，取得的成效是顯而易見的。

統計并觀察以上兩種方案實施后成果產出情況，發現Z方向上的變形量大小和三角板數目多少之間有正比例關系；但如果三角板用量過少，那么，在現實焊接施工時，很可能無法精準控制腹板在Y方向的變形過程而出現明顯偏移，增加了傾斜、彎曲等不良情況發生的概率。并且焊接構件的強度、剛度與承載力均可能下降而和設計要求間存在出入，因此，要確保投用三角板數目的適宜性。

3 板單元件火工矯正技術

3.1 確定結構局部凸顯變形部位

（1）把板單元結構側朝向上方，縱向結構平穩安放在矯正平臺胎架模板上部。

（2）把板單元橫截表面板邊界的波浪變形凹陷處設定未主要參照憑據，細致觀察縱向結構與板邊波浪變形外凸處，比較變形量大小以及方位，確定構件發生外凸變形的大體部位。

（3）在大致確定構件的變形部位后，按序觀測角焊縫以及其周邊鋼板、U肋轉角部位及U肋上表面鋼板。若局部位置發生外凸，通過腳踩、手觸感受碰到尖狀物體時，便能夠進一步確定具體部位。對該處進行敲擊處理，如果產生實音，那么，該部位就是應力凸顯處。相比之下，角焊縫邊界鋼板的外凸變形最顯著。

3.2 矯正參數

（1）加熱次序：其直接影響著構件的火工矯正效果。矯正處理時，橫向角變形問題矯正在前，縱向結構彎曲變形矯正在后，橫向角、縱向彎曲變形的加熱次序、方向等參數也存在一定差異。

圖2 背向U肋結構面角變形

（2）加熱部位：在確定加熱部位前，相關人員要綜合多方面因素，分析焊接時收縮應力的作用部位，選用與之相適應的方法進行加熱處理，實現反向收縮，構建火焰矯正和焊接收縮變形兩者的平衡關系，最后實現復原構件焊接前幾何樣態的目標。在采用線狀加熱法矯正橫向角變形加熱部位時，若圖2是其變心表現，則選取板單元角焊縫熱影響區域鋼板位置作為加熱部位，加熱線段與角焊縫長一致。

縱向彎曲變形缺陷矯正處理前，一定要認真觀察板面邊緣變形特性，在橫向角變形平面平整度符合要求以后，再對縱向彎曲行矯正處理。若選用線狀加熱法處理U肋結構時，則將起火部位選定在焊縫熱影響區，抵達另一側角焊縫位置熄火，且于U肋轉彎部位略作停滯，借此方式形成溫度梯度。

（3）加熱溫度：在具體施工實踐中，加熱溫度和加熱區域形狀共同決定著鋼結構矯正收縮的變形量。在加熱次序、部位均準確的工況下，保證加熱溫度均勻、加熱區形狀準確，有益于提升構件變形問題矯正處理的成功率。可選用中性焰加熱矯正鋼箱梁內δ≥10mm的板單元件，在和焰心相距2～4mm位置將中性焰的最高溫度控制在3050～3150℃，加熱時聯合采用點溫計精確調控加熱溫度。為了規避鋼板局部過燒的情況，明確要求火焰在單點上停滯時間不可過長，具體是參照被矯正鋼板厚度所需的加熱溫度去設計停留時間，利用點溫計控制加熱溫度，嚴禁出現＞900℃的情況。橫向角變形問題矯正階段，通常將其首次加熱溫度控制在600℃上線，于長度1000mm范圍中進行試驗檢測，首次加熱自然冷卻后，若檢測到其收縮變形量沒有抵達設計要求，那么，可以在同個部位重復進行第2次加熱過程,同個部位的加熱次數要≤3次。

4 結語

目前，在國內外船舶制造企業中，火工矯正技術方法有較廣泛應用，其實質上就是通過熱處理過程糾正鋼結構的變形問題，這種操作能提高結構的自體應力，對其結構性能形成不同程度影響。另外，火工矯正僅能實現修整結構變形問題，并不能控制變形過程。為減少或規避船體鋼結構發生變形情況，實踐中應合理采用防變形、預加反變形量及選用適宜的焊接工藝等技法。