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内容摘要：船舶建造过程中的变形是一种常见现象，主要是由于船体结构在焊接后产生的局部和整体变形所导致。如不及时采取有效措施，会造成尺寸偏差、结构失稳、强度降低等后果，给下一阶段的焊接和装配工作带来很大困难，不仅导致工期延长，甚至无法达到规范要求。因此，研究焊接变形产生的原因，采取正确的控制措施，合理地对变形进行矫正，对缩短船舶建造周期，提高船舶建造质量具有重要意义。
关键词：国有企业；安全；安全管理
引言
焊接技术是一门重要的金属加工技术，应用广泛，在船舶制造、机械加工等领域都能用到。尽管焊接技术在造船行业发展很快，自动化程度也越来越高，然而，焊接过程中的焊接结构残余变形是避免不了的。船舶建造过程中的变形是一种常见现象，主要是由于船体结构在焊接后产生的局部和整体变形所导致。如不及时采取有效措施，会造成尺寸偏差、结构失稳、强度降低等后果，给下一阶段的焊接和装配工作带来很大困难，不仅导致工期延长，甚至无法达到规范要求。因此，研究焊接变形产生的原因，采取正确的控制措施，合理地对变形进行矫正，对缩短船舶建造周期，提高船舶建造质量具有重要意义。
1船体结构变形原因及形式
船舶建造过程中的变形是一种常见现象，主要是由于船体结构在焊接后产生的局部和整体变形所导致。产生焊接变形最基本和最本质的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件的刚性条件，在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形。
船体变形可大致分为：发生于焊接结构某部位的构件局部变形，除此之外，还有体变形，即整个结构形状和尺寸发生了变化。
2船体焊接变形的相关因素
在焊接时产生变形主要是由于热应变和塑性应变造成的。在进行低碳钢的焊接操作过程中,发生形变的温度高于弹性丧失温度,因此几乎不会出现变形的情况。但是在进行低合金高强钢的焊接过程中,发生固态相变的温度一般低于弹性丧失温度,这时我们要对相变时膨胀造成的热应变进行考虑。所以,船体焊接产生的形变主要是由于塑性应变、热应变和相变应变共同造成的。焊接变形的产生涉及到的因素很多,我们主要从建造工艺方面来进行分析。
第一,焊接工艺参数和焊接方法焊接方法的不同导致焊接时的收缩量产生差异。在焊件的厚度没有差别的情况下, 在纵向收缩方面, 多层焊要比单层焊小,造成这种结果的原因是,在进行多层焊时,先进行焊接的地方在冷却之后有效的阻止了后焊接区域的收缩。直接退焊的收缩程度要大于分布退焊,在进行分步退焊时,焊接区域的受热较为均衡,从而没有集中的形成压缩塑性变形。焊接工艺参数对焊接变形产生影响主要是由于线能量的缘故。在通常情况下,线能量越大其压缩塑性变形就越大,使得部件的收缩程度也较大。
第二,焊缝的截面面积及其长度通常来讲, 焊缝的长度越大其在纵向的收缩程度也就越大,焊缝的宽度越大,其在横向的收缩程度也越大。同时,其横向收缩程度还受钢板的厚度以及坡口和接头的形式的影响。在进行手弧焊的过程中,钢板的厚度越大其收缩程度就越大,对于厚度相同的钢板,相比于V 形的坡口,X形的坡口收缩程度较小,相比于对接焊缝,比角焊缝的横向收缩程度较小。
第三,焊缝所处的位置
焊缝位置的不同对焊接变形程度造成着较大的影响。在一般情况下,若焊缝的位置与构件的重心线相对称,则焊接时的形变较为单一,基本上只存在横向和纵向的收缩,反之,若二者不对称,将会产生较为复杂的弯曲形变,这是由于当二者的距离较远时,产生的收缩力与部件中心轴之间的力矩变大,从而导致较大幅度的弯曲形变。这就要求我们要尽可能的将焊缝置于中心轴附近,避免弯曲形变的产生。
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第四,焊接装配步骤
焊接装配步骤的不同会导致部件重心发生位移,其刚性发生变化,从而较大程度的影响焊接变形。所以对整个结构来说有两种焊接装配的方式,分别是在装配的过程中焊接,装备完毕后进行焊接。如果其结构较为简单,我们通常在装配完毕后再进行焊接,对于较为复杂的结构,使用在装配的过程中进行焊接。这样能够针对具体情况,有效的较少弯曲变形的产生。
3如何对船体焊接变形进行有效控制
导致焊接变形的因素有很多种, 进行船体焊接时造成变形的最主要的原因就是塑性应变和热应变,所以,不论从哪种角度而言,船体焊接变形都是很难避免的。但是我们要在实际的工作中对变形进行有效的控制,使变形程度降到最低。通常,我们从结构、材料和工艺等方面采取有效的办法,来减少变形的程度。
3.1改进船体设计
要想有效的减少船体焊接中的变形,要从对船体的设计入手,采取有效的措施。在设计时,应当确保各部分的强度达到要求,在此基础上,在最大程度上缩短焊缝长度,根据需要,选择适合的坡口类型,将焊缝与部件的中心轴对称,合理的使用冲压件,以达到缩短焊缝的目的,为了确保装配的质量,尽量在装配时使用相应的器具。
3.2保证施工工艺的良好
3.2.1科学的选择装配焊接程序
(1)预留一定的伸缩量。当船体的结构较大时,在焊接的过程中要从中心向四周进行均匀的焊接。例如在焊接工字梁的过程中,由于不论采取哪种先后顺序,其产生的横向收缩都会在 导致焊缝处的较大应力,严重时还会出现裂缝。因此我们要想办法让其能够进行自由的收缩。在实际的施工中,我们通常在不对角焊缝处进行一次性的焊接,留出一部分的缝隙,确保其能自由收缩。
(2)优先焊接收缩量大的部分。在对存在筋板的工字梁进行焊接时,如果对其腹板和面板处进行优先焊接,会造成角焊缝区域较大的横向收缩,从而使其承受很大的焊接应力,所以在这种情况下我们要对筋板的角焊缝出进行优先焊接。(3)合理使用对称焊接。在对截面较为对称且刚性很强的部件进行焊接时,可以使用对称焊接的方式,这样能够有效的减小弯曲形变。当焊缝成对称结构时,可以让两名焊工在对称位置同时进行焊接工作。(4)对于不同的焊缝使用不同的焊接方法。当焊缝的长度大于一米时可以使用交替焊接法或者分段退焊法。当焊接长度在半米到一米之间时,可以使用分中对称焊法。
3.2.2.反变形法。反变形法是指对变形状况进行提前的预判,在焊接前,留有一个等量的反方向的形变,这样就会在焊接结束后不会出现变形的情况,实现接口的完美融合。
3.2.3.刚性固定法。部件的刚性越大,焊接后发生的变形越小。我们可以利用这个特点在焊接前,提高部件的刚性,使得焊接产生的形变减小。这种方法是对产生的形变进行限制,适用于波浪变形和对角变形的情况。
3.2.4.预热法。导致焊接变形的原因是受热的不均衡,因此,对部件进行适当的预热,能够有效的避免焊接变形的产生。在进行预热温度的选取时,主要依据部件的材料和厚度。
3.2.5.冷却法。在焊接区域放置冷却物,在焊接结束后迅速对其进行冷却,使受热面积减小,有效的较少焊接变形。
4结语
综上所述，在船舶建造过程中，焊接变形是不可避免的，只要采取有效的方法和措施，如选择合适的材料，优化焊接工艺等，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。另外，也让参与船舶建造者更好地认识焊接变形，从而针对船体构件建造过程中各个阶段的特点，采取不同的措施进行处理，以达到降低或消除焊接变形的目的，提高船舶建造的质量。
参考文献：
[1]王洪光．实用焊接工艺手册[M]．北京：化学工业出版社，2010．
[2]曾平.船舶材料与焊接[M].哈尔滨工程大学出版社，2006.
论文作者:张,广
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/27
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