大连中远海运重工有限公司 辽宁大连 116113
摘要：邮轮以其内装设计的考究、布局的陆上化和娱乐的多样化著称，这座“海上的移动城市”不仅仅要有奢华的内在美，更要有庄重的外在美。顾名思义，其外在美就是船舶的外表面，邮轮的外表由较薄的钢板焊接而成，因板材较薄，焊接时极易变形。因此对薄板分段制造的生产线设备、设施的配置，必须在邮轮的制造过程中进行分析和研究。
关键词：薄板焊接；设施设备研究；研究方案及关键技术
1总体设计研究目标
随着现代化造船理念的不断更新，美观造船逐渐成为当代造船的主流，如何快速、高质量的造船是每个工厂的目标和宗旨。在船舶制造业中，板厚6mm以下的船板(薄板)焊接变形大，成为各船厂技术攻关的难点，本文阐述了薄板分段焊接变形的原因以及如何控制薄板分段变形等方面进行研究分析，同时控制并预防变形，对薄板分段焊接变形控制提出切实可行的方法。
2薄板焊接变形原因分析
电弧焊是不均匀、快速加热和冷却的过程，焊接时温度变化范围较大，在焊缝区最高温度可达材料的沸点，而离开焊缝区，温度急剧下降，直至室温。因此，焊接过程中及焊后结构都将产生变形和应力。而变形与应力的最基本因素是焊接过程的热变形和结构件的刚性。在焊接过程中热变形受到构件刚性条件的约束，会出现压缩塑性变形，这就是产生各种残余变形与应力的根本原因。
3设施设备研究
3.1焊接设备的设置研究
不同的焊接方法，如手工焊、埋弧焊、C02气体保护焊等，将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说，自动焊比手工焊加热集中，受热区窄，变形较小。C02气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小，比气焊和手工焊更适于薄板结构的焊接。影响电弧线能量的主要参数是焊接电流、电弧电压和焊接速度三个方面。线能量愈大，焊接变形亦愈大。焊接变形随焊接电流I和电弧电压U的增大而增大，随焊接速度V增大而减小。在三个参数中，电弧电压作用是明显的，因此低电压高速大电流密度的自动焊变形小。焊缝数量愈多，断面尺寸愈大，焊接变形愈大。不同的材料，导热系数、比热和膨胀系数等均不相同，产生的热变形也不相同，产生的焊接变形与应力也不相同。
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（1）焊接方式的选用。
（2）焊接设备设施人员培训及前期应用。
（3）焊接材料的选用。
（4）设备设施工效提升数据比对。
（5）焊接设备的使用指标及其性能要求。
（6）优化焊接设备的使用范围。
3.2薄板的坡口的设置研究
薄板装焊时对焊缝坡口间隙要求严格，为了保证焊缝坡口质量，钢板下料后焊缝坡口应由机器切割成形。由于板材薄，施焊后焊缝余高相对厚板焊接而言较为明显，影响外观成形，因此在薄板对接焊缝施焊前，应注意对板材边缘加工坡口，以减小施焊后的余高大小。对于使用不同的焊接方法，坡口需开设在不同的方向，甲板面的坡口开在结构面，以便于非结构面实施埋弧自动焊盖面；其他侧壁、端壁及内围壁的坡口开在非结构面，以便于在非结构面使用自动小车实施焊接。主要研究内容如下：
坡口切割设备的检验评估。
（2）坡口方向的设定。
（3）破口角度和间隙的检验和校核。
（4）对焊工进行培训考试和评估。
3.3加工设备的配置研究
船舶外板的形状随着船舶的线型变化不断的变化，特别是船舶艏艉区域，线型变化非常大，所以外板的加工是分段装配的重要组成部分，外板加工的质量和精度直接影响分段外板的美观。
在现行船舶制造过程中，外板的加工主要分为冷加工和热加工，而且冷热加工配合才能完成外板的加工，冷加工就是用机器进行辗轧将外板加工成一定的形状，加工设备应按加工零件的类型进行配置，机器加工时外板的加工设备主要有油压机和三辊卷板机。
3.3.1油压机
油压机按胎膜和胎具的设定可以加工各类零件，如样板外、样箱外板加工、折边肘板的加工、圆形零件、以及R类型零件的加工，加工胎具应按照加工件的加工类型对应的板厚、加工范围选择加工胎具，要求选择曲度与加工件曲度最接近的一对加工胎具，以保证零件加工质量和精度。
3.3.2三辊卷板机
对称液压上调式微控三辊卷板机，是将金属板材弯卷成弧形或筒形工件的通用设备，并要借助于辅助设备卷制一定范围内的锥形工件，三辊卷板机适用于屈服极限不大于245MPa（的材料，最大卷制板厚20mm，最大板宽2000mm，最大规格时最小卷筒直径700mm。主要研究内容如下：
加工设备技术参数的设定。
加工设备的工作范围和能力分析。
加工流程图的制定。
加工零件类型分类。
（5）加工设备分工明确。
4初步研究方案及关键技术
4.1课题总体研究方案
4.1.1控制薄板变形的措施分析
薄板焊接变形的控制首先要从设计阶段来控制。在设计所设计薄板结构时，就应当校核和提高构件稳定性。船体上层建筑或舾装构件的失稳变形大多是薄板板列和构架的焊接以及板列上构架间焊接所引起的。为了提高薄板结构的稳定性，必须根据实际情况增加薄板的厚度，降低骨架焊缝焊脚尺寸和减小骨架间距。并且，骨架间距的减小也能降低板列对接缝引起的角变形。
薄板结构装焊有其不同于厚板结构装焊的特殊工艺性，主要原则是采取一系列措施减少焊接过程中的热量输入，尽可能提高施工的自动化程度，减少手工操作工作量，同时，采取工艺措施对刚性较小的薄板结构进行结构加强，增大其刚性。
5课题技术路线
5.1正确选用焊接方法和焊接材料
不同的焊接方法对构件产生的塑性变形区是不相等的。根据应力变形原理：当板材焊接塑性变形区宽度明显地减少时，按内应力平衡原则，正应力减少的同时也意味着压应力将减少，从而降低了薄板产生波浪变形的可能性。C02气体保护焊产生的塑性变形区宽度要比手工焊和气焊小得多，电阻点焊要比熔化焊的塑性变形区更小，断续焊比连续焊的塑性变形区小得多，跳焊法要比直通焊的塑性变形区小得多。因此根据施工具体条件，正确选择焊接方法和焊接工艺可使薄板变形降低。在焊接工艺中，根据实际使用的情况，我们基本上全部采用C02气体保护焊，从最初的工艺试验到最终的产品成型，都取得了较好的效果。
5.2正确选用良好的焊接设备
焊接设备是焊接的必备工具，也是决定焊接内外在质量的前提条件。焊接设备的好坏及参数选择都直接关系到焊接参数的有效控制。
5.3制定合理可操作的焊接规范
薄板装焊相对于厚板装焊，在整个焊接过程中均应采用更小的焊接规范进行焊接，以减少热输入，减小焊接变形。为防止产生焊接缺陷、保证薄板焊接的内在质量，装配好的平面组合件应于当天立即施焊。另外，为减少组合件不均匀受热而产生的角变形，焊接时采用双数焊工由中间向两侧对称施焊，使工件均匀受热。焊接角焊缝时严格控制焊角高度，在满足焊接规格的要求下，应采用较小的焊角进行施工，以减小焊接变形。
6技术指标及初步研究成果
6.1技术指标
（1）薄板分段整条船的变形率达到3%以下。
（2）举行焊工比赛，对焊工技能水平进行检验，并对焊工进行定级。
（3）基于现有设备设施的性能，模拟出邮轮需要配置的设备数量。
（4）提高焊工的技术水平，培训和考试，使得较高焊工数量达到80%以上。
（5）控制设备设施的使用效率问题。
6.2研究成果
（1）形成一整套邮轮薄板分段建造、焊接制作流程及要领。
（2）制定出邮轮薄板分段相关技术质量跟踪文件。
（3）基于邮轮的性能设计设备设施的使用指南。
（4）提出并实施一套邮轮设备设施配置工程。
（5）申请邮轮设备设施相关技术发明专利2-3项。
参考文献：
[1]张为峰.我国船舶制造企业技术创新模式研究[D].哈尔滨工程大学，2013.
论文作者:敖健,王彬
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/18
标签：薄板论文; 加工论文; 邮轮论文; 塑性论文; 结构论文; 焊工论文; 应力论文; 《防护工程》2019年第5期论文;