摘要：本文主要对船体结构焊接变形控制方法进一步分析。船体结构的焊接变形控制在造船工程中是非常重要的一个环节，这项工作对于船舰质量以及造船周期的控制都有着十分积极的意义，所以我们一定要采取有效的措施对传统结构焊接变形加以严格的控制。
关键词：船体结构；焊接变形；控制方法；现状；因素；矫正
引言：
船舶精度建造技术就是通过科学的管理与先进的工艺手段对船体建造进行全过程的精度分析与控制，最大限度地减少现场修正工作量，提高工作效率缩短建造周期，降低建造成本，保证产品质量。影响船舶建造精度的因素很多，如下料、成型、吊装、焊接等。其中，焊接变形是精度控制的关键因素。由于焊接变形对船舶建造质量、成本和周期都具有重要影响，工业界一直对其非常重视，对焊接变形从实验和理论上都进行了大量研究，期望能够对焊接过程进行有效预测和控制。
一、焊接变形控制发展现状
焊接变形是焊接过程中被焊工件受到不均匀温度场的作用而产生的形状、尺寸变化称为焊接变形。随温度变化而变化的称为焊接瞬时变形；被焊工件完全冷却到初始温度时的改变，称为焊接残余变形；焊接变形对结构安装精度有很大影响，过大的变形将显著降低结构的承载能力。我国的某些研究人员在借鉴了国外研究成果的前提下对船体的焊接变形预测控制进行了全面的研究，同时还有一些研究人员采用固有的应变发对船体分段的焊接变形状况进行了预测，甚至还有一些研究人员他一出了移动热源的方式和自使用有限元网络划分的方法，这对解决结构焊接中变形和应力数值的计算有着十分积极的作用。
二、影响焊接变形的因素
1.焊接顺序。焊接顺序主要是焊接约束力和结构刚性，这种方式是一种直接影响的方式。
2.焊接方法。焊接方法主要有手工焊接、自动焊接以及气体保护焊接三种。三种焊接方法的温度场均各不相同，因此其造成的变形情况也势必会存在较大不同。但是，通常情况下，自动焊接的变形率比较小，原因是因为自动焊接加热比较集中，整个受热区被严格控制，远比手工焊接受热窄，所以在焊接时也就能够很好的控制变形率。而气体保护汗同样具有加热较为集中的特点，相比于手工焊接而言变形率更小。这种焊接常适合在薄板结构中使用。
3.焊接量和焊接面积。一般而言焊接量和焊接面积大小与焊接变形率呈正相关，也就是说数量越多且面积越大，那么焊接受热面则越加分散，变形率更高。
4.焊接形式。所谓焊接形式指的是施焊时是采用连续焊接还是断续焊接的方式，通常情况下，断续焊接由于中途有时间给热量输入缓冲，因此一般变形都比较小。但是连续焊接由于是持续进行，高热量不断影响结构，造成结构受热过度，最后造成严重变形。
5.焊接工艺参数。所谓工艺参数也就是指电压、电流以及焊接速度等这些指标。一般而言，焊接变形与电流和电压呈正相关，与焊接速度呈负相关。所以，为了减少焊接变形幅度应该减少电压和电流参数，同时加快焊接速度。
6.材料性能。由于不同材料均有各自不同的导热和比热系数，有些材料耐高温性能比较差，有些材料内高温性能比较高，所以在焊接时就会出现不同材料变形度不同的现象。
三、船体结构焊接变形控制方法分析
1.船体设计方面
为了控制船体焊接变形，设计院、船厂在设计中采取了各种措施，首先在设计方面，在保证结构有足够强度的前提下，尽量减少焊缝的长度，合理选择坡口形式；对称布置焊缝；适当采用冲压件，以减少焊缝的长度；使用装卡器具装配，以提高装配质量。
2.焊接方法
船体结构的焊接一般用移动的电弧来进行，常用的焊接方式包括手工焊、二氧化碳保护焊、自动埋弧焊等方式。一般情况下，手工焊的热量分布较分散，热强度较小，引起的焊接变形和残余应力较大。因此，在船体结合焊接时，应减少手工焊，积极扩大二氧化碳保护焊和自动埋弧焊。
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3.热弹塑性有限元分析方法
热弹塑性有限元分析法考虑了焊接材料的非线性，能够动态跟踪应力应变过程以及焊后的残余应力与变形，研究覆盖了焊接过程的各个方面，包括焊接方法、焊接材料、焊接接头形式和焊接参数等信息，可以较准确地仿真整个焊接过程。
4.固有应变法
这种方法主要采用的是弹性有限元的计算方法，计算过程中，其计算量并不是很大，所以，这种方法比较适合使用在规模较大，结构相对也比较复杂的焊接变形预测工作中。为了保证这种方法在船体结构焊接变形预测中的应用效果，我们在实际的工作中可以针对典型的船舶产品的一些比较具备典型性的制造工艺建立焊接应变数据库，在建立数据库时，要充分的结合焊接材料、焊接工艺和接头的具体形式等等，这样能够非常好的解决分段制造和总段组装以及总段合拢过程中所产生的焊接变形预测方面的问题，同时它也为焊接变形的控制提供了非常好的理论基础。
5.系统综合分析
船舶产品的焊接变形涉及许多因素，一些因素具有不确定性，因此，任意单一方法都较难完全控制焊接变形。在工程中，以焊接变形预测为依据，从焊接参数选择、焊接工艺方案设计等多个方面同时开展，将可以较好的控制船体结构变形，提高船舶产品的建造精度。
6.反变形法
反变形法是根据实验或理论计算预测焊接变形的大小和方向，在焊接前对船体构件或胎架施加与焊接变形方向相反的预变形，以此抵消焊接变形。反变形法可以控制焊接变形，降低残余应力，且方法简单易行，在船舶行业有广泛的应用。例如，在船体分段的胎架制作时，对胎架的结构进行反变形，有效地降低焊接变形。
7.结构设计
船体结构设计过程中是否能够依照结构焊接变形现象采取有效的控制和应对方法，对于焊接变形的控制有极大作用。通常在船体结构变形设计时采取的控制变形方法有：选择合理的施工工艺按照船体结构特点选择合适的工艺；将船体进行分段，分散焊接变形力度；焊缝时尽量选择短的焊缝；选用能够减少焊接次数的结构类型等。
8.散热法
散热法又称强迫冷却法，是将散热物体放置在焊接区域的周围，使焊件迅速冷却借以减小焊接受热区域，使变形减小。但是，这种方法对淬火倾向较大的材料易产生冷淬而出现焊接裂纹。如图5分别为水浸法散热、喷水法散热和散热垫法散热。
四、焊接变形的矫正方法
1.机械矫正法
采用压力机、矫正机或手工捶击等机械方法产生新的塑性变形，以使原开缩短的部分得以延伸，达到矫正变形的目的。其中多辊平板机适用于薄板拼焊件的矫正。利用窄轮碾压焊缝及其两侧使之延伸来消除变形，用于焊缝比较规范的薄壳结构。机械矫正法对塑性差的高强钢应慎用。
2.圆正法
此法是在板材产生变形的地方，用氧-乙炔焰圆环游动，使之均匀地加热成圆点状。火圈温度到800℃呈淡红色时，用冷水直吹圆点中心位置使其冷却，当火圈呈暗红色时冷水暂停继续加热呈红色在用水冷却，直至变形区域调平结束。用此法矫正板材时，不能将火圈直接布置在变形最高点，不然的话会使矫正质量受到影响。必须从变形小的地方开始向变形大的地方进行，这样就可逐步将变形最高处的扰度减小。
结束语：
综上所述，在船舶建造过程中，焊接变形是不可避免的，要采取有效的方法和措施，从而控制焊接变形，满足船舶强度和使用性能要求，达到良好的经济效益。但是在研究的过程中依然存在着很多不足，需要研究人员对其进行进一步的研究和探索，只有这样才能更好的保证船体的质量和性能。
参考文献：
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[3]大型复杂结构焊接变形热弹塑性有限元分析[J].陈建波，罗宇，龙哲.焊接学报.2008（04）
论文作者:陈德龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/25
标签：船体论文; 结构论文; 方法论文; 船舶论文; 塑性论文; 材料论文; 应力论文; 《基层建设》2019年第18期论文;