摘要：船舶建造中船体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，研究船体变形产生的原因，采取正确的控制措施，合理地对船体变形进行矫正，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：船舶建造；预防与矫正；船体结构
1前言
进入新世纪以来，世界经济稳定增长，航运业持续发展，世界造船业正在并将继续经历30年不遇的市场高峰期，世界造船市场呈现兴旺势头。我国已经提出了要在新世纪建成造船强国的奋斗目标。船舶制造是一项繁琐的工作，每个环节都要控制，这样才能保证整条船的质量和寿命。在船舶建造过程中精度控制是保证船舶建造质量非常重要的一方面，而影响船舶建造精度的重要因素之一就是船体变形。船体的变形会直接影响船舶的各项性能及美观程度，因此该问题一直是船舶建造过程中无法避免，是一直被人们所探讨的。本文将研究船舶建造中船体变形产生的原因以及变形的预防及矫正，以提高船舶的建造质量。
2变形产生的原因
电弧焊是一个极不均匀的陕速加热和冷却过程，焊接过程中及焊后，焊接构件都将产生变形。影响焊接变形最根本的因素是在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，也就是焊接残余变形。
2.1热变形因素
1）焊接工艺方法。不同的焊接方法，将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。—般来说自动焊比手工焊加热集中，受热区窄，变形较小。CO2气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小，比手工焊更适合于薄板结构的焊接。
2）焊接参数，即焊接电流、电弧电压和焊接速度。线能量越大，焊接变形愈大。焊接变形随焊接电流和电弧电压的增大而增大，随焊接速度增大而减小。在这三个参数中，电弧电压的作用明显，因此低电压高速大电流密度的自动焊变形较小。
3）焊缝数量和断面大小。焊缝数量越多，截面尺寸越大，焊接变形愈大。
4）施焊方法。连续焊、断续焊的温度场不同，产生的热变形也不同。通常连续焊变形较大。
2.2刚性条件因素
1）构件的尺寸和形状。随着构件冈十l生的增加，焊接变形愈小。
2）胎夹具的应用。采用胎夹具，增加了构件的刚性，进而影响到焊接变形。
3）装配焊接程序。装配焊接程序能引起构件在不同装配阶段刚性的变化和重心位置的改变，对控制构件的焊接变形有很大的影响。般来说，焊接构件在拘束小的条件下，焊接变形大，反之，则变形小。
3船体变形的预防措施
由于焊接变形有可能造成的严重后果，我们在船舶建造过程中必须做好对船体变形的控制，尽量减少变形，预防超标准的变形情况出现。由于焊接变形有可能造成的严重后果，我们在船舶建造过程中必须做好对船体变形的控制，尽量减少变形，预防超标准的变形情况出现。目前在实际生产中，主要应用以下四种办法控制变形。
3.1正确的焊接结构设计
设计薄板结构时，应校核和提高构件的稳定性，防止波浪变形。优先考虑型钢代替钢板，想方设法提高钢材的利用率，尽可能减少焊缝数量。尽可能选取小的焊缝尺寸，在保证结构承载能力条件下，综合施工工艺的可能性。(为避免焊接后产生扭曲或较大弯曲变形，应尽可能使焊缝对称于截面中性轴，选用对称截面的结构。
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3.2合理的装配焊接工艺
合理的装配焊接法是另外一种控制总体和结构变形的重要方法。船体装配应尽可能地在无装配应力强制下进行。若装配应力过大，则有可能在未焊接B,-j'l~p产生波浪变形，对薄板构件的焊接装配尤其需要注意。焊接电流、焊接速度、焊接方向、焊接顺序、焊接方法等都会对结构变形产生影响。针对不同的板材及焊接方法，可选取不同的焊接电流与焊接速度，但焊接顺序和焊接方向一般来说具有一定的原则性，且对整个船体的变形影响显著。
3.3反变形措施
反变形措施又称为变形补偿控制，即船体装配焊接前，预先给船体分段或构件一个反变形值，其大小应等于或大于船体分段焊后变形，但方向相反。目前主要采取的措施是在线型放样中及胎架上施放反变形量，反变形量一般根据计算或经验数据决定。反变形量的确定与焊件的大小及材料厚度、焊接方法、焊接规范、焊工操作水平等有一定的关系。
3.4适当运用刚性固定措施
刚性固定法是造船企业施工中常采用的一种控制变形的手段，它利用各种装配夹具或临时性支撑加强，将焊接构件固定，待焊接构件上所有焊缝冷却到室温时再去掉刚性固定，采用这种方法焊接构件产生的变形将大大小于在自由状态下焊接的变形。船体装配焊接中使用的刚性固定的方法很多，如临时点焊加强角铁、临时加筋板、分段四周定位焊、船体分段和胎架连接、各种直线弧形拉马等。采用刚性固定法应考虑到有时在撤除固定后，构件还会有少许的变形。同时会增加焊接应力，材料容易产生裂纹。一般地讲，低碳钢和塑性良好的钢比较适用。
当然，除了上述预防措施以外，应尽量采用分段建造法，减少船台工作量，可以使船体总焊接变形得到控制；在结构设计上，尽可能减少焊缝数量，严格按照工艺要求完成装配，采用自动、半自动焊、气体保护焊等焊接工艺，提高焊缝质量，减少焊缝返修量等，这些都可以有效减少船体变形。
4船体变形的矫正方法
虽然在船体建造过程中，采取了以上措施，但仍无法完全消除船体构件的焊接变形，甚至会出现变形超差的情况。此时，需要对变形超出公差要求的部位进行矫正，使其满足规范和标准的要求。矫正变形的基本方法包括机械矫正和水火矫正两种。
4.1机械矫正法
机械矫正法也称做冷加工法，其原理是：在室温条件下，对焊接结构施加外力，使构件压缩塑性变形区金属伸展，减少或消除焊缝区的塑性变形，达到矫正变形的目的。由于这种方法需要消耗掉一部分材料本身的塑性储备，不宜用于脆性或塑性较差的材料，因此在实际生产中受到一定的限制，仅用于备料过程和成批生产的小型焊接构件。
4.2水火矫正法
水火矫正法也称做热加工法，其原理是：通过对变形构件伸长部分金属进行有规则的火焰集中加热再冷却，使该部分金属获得不可逆的压缩塑性变形，达到矫正变形的目的。这种方法同样要消耗一部分材料的塑性，但同时也是利用了材料在高温时所形成的塑性变形，塑性变形越大，范围越广，矫正率也越高。但该方法也会使船体钢材的金相组织发生变化，使理化性能受到损害，不宜同一部位多次重复使用，否则即使涂装以后也很容易产生剥蚀。水火矫正法在船体建造过程中已得到了广泛的应用，也取得了公认的良好效果，其理论研究尚不够完善，矫正效果主要还是依靠技工本人的经验和技术，缺乏体制式的操作规范。
5结语
综上所述，船体变形时在船舶建造过程中的一种常见现象，特别是由于焊接造成的变形总是不可避免的。为提高船舶建造质量，保证船舶性能，缩短船舶建造周期，必须采取积极有效的预防措施及矫正方法来减少、矫正各种变形，从而达到既能满足船舶强度和使用性能，又能满足经济性的要求。因而本文合理地对变形做出预防和矫正，对缩短船舶的建造周期，提高船舶的建造质量有着重大的意义。
参考文献
[1]范大帅.浅述船体变形矫正工艺[J].黑龙江科技信息,2011(31):10.
[2]林昱.船体建造中的分段变形及处理措施研讨[J].福建农机,2014(04):36-38.
论文作者:吴优1,杨福强2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
标签：船体论文; 构件论文; 船舶论文; 塑性论文; 刚性论文; 过程中论文; 方法论文; 《基层建设》2019年第12期论文;