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1、船用钢板焊接变形及控制矫正摘 要 船体钢板在焊接过程中容易变形，且变形具有 复杂性，目前是国内外焊接领域的一项技术难题。焊接变形 问题严重影响焊接质量，只有对其进行合理科学的分析，找 到控制变形的方法，才能解决焊接变形的难题。本文主要讲 述了船体钢板焊接中常见的焊接变形、焊接变形产生的主要 原因及焊接变形控制的原则以及焊接变形矫正的办法，有效 解决钢板变形的问题。关键词 船用钢板；焊接变形；控制矫正中图分类号 U66 文献标识码 A 文章编号 1674-6708 （2011）56-0118-02在船体建造过程中，焊接接头变形对其性能有着较大影 响，使得船体构件的强度、 韧性下降 ,最终影响到船
2、舶的建造 质量。由于船体结构的尺寸较大、形状较复杂，因而不易采 取单项措施进行处理。因此须对焊接变形产生原因及影响因 素进行分析，针对船体建造中各阶段的特点，采取不同的措 施进行处理，以达到降低变形的目的。1 焊接变形分类 焊缝纵向收缩引起的结构尺寸的纵向缩短，称为纵向收 缩变形。焊缝纵向收缩量一般随焊缝长度的增加而增加。是 沿焊缝方向的收缩产生的，包括纵向收缩，纵向弯曲等；焊 后产生的横向变形主要是横向缩短。钢板越厚横向收缩量也 增加；板厚相同，坡口角度越大横向收缩量也越大。横向变 形是与焊缝方向垂直的收缩产生的，包括横向收缩、和角变 形等。波浪变形主要出现在薄板焊接结构中，主要是因为焊 缝
3、纵向缩短对钢板边缘的压力超过一定的数值时，板就会出 现波浪形式的变形，另一种是由于角焊缝横向收缩不均匀引 起的角变形造成的。构件焊接后产生的扭曲称为扭曲变形， 它是由于装配质量不好、工件搁置不当及焊接方向不合理引 起的。2 影响船体焊接变形的因素 焊接材料的线膨胀系数，焊接方法，焊接工艺参数，焊 接方向等都是影响焊接变形的原因。在保证焊透的情况下， 尽量用线能量较小的焊接工艺参数。影响焊接变形的因素不 是孤立作用的，而是各种因素综合作用的结果。2.1 焊接方法和工艺参数 尽可能让焊缝自由收缩最大限度减小应力对大型焊接 结构，焊接应从中间向四周对称进行。 先焊收缩量大的焊缝。 对接焊缝收缩量比角
4、焊缝大，所以同一结构中这两种焊缝并 存时，尽量先焊对接缝。根据焊接结构具体情况，尽量采用 较小的工艺参数，如采用小直径焊条和小电流；如果焊接电 流较大，那么焊接速度也要加快，以减少焊件受热范围，达 到减小焊接应力和变形的目的。2.2 焊缝在结构中的位置焊缝在结构中布置的不对称，是造成弯曲变形的主要因 素。对于复杂的船体焊接构件中和轴上下有许多焊缝，距中 和轴距离也不同，非常容易产生弯曲变形。所以应尽量使焊 缝的分布对称舯剖面的中和轴，避免在容易产生变形的方向 或应力集中的位置布置焊缝。焊缝距中和轴越远，焊接收缩 力对中和轴的力矩越大，焊接的弯曲变形也越大。所以焊缝 应布置在中和轴上或尽量靠近中
5、和轴，以减少弯曲变形。2.3 装配和焊接程序金属结构的刚性大小是影响变形的因素，刚性大的结构 焊后不易产生变形，刚性小的结构焊后容易产生变形。合理 的装配焊接程序是减小焊接变形的首要条件。先装配成整体 再进行焊接的顺序是合理的，有利于减小变形。装焊程序能 引起构件刚性变化和重心改变，对控制变形有很大影响。因 此就整个结构生长而言，这就有边装配边焊接和装配成整体 后再焊接两种方式可选。对于简单结构来说，采用后一种方 式，可减少弯曲变形。3 控制船体焊接变形的原则与方法 焊接过程中的刚性条件和热变形是影响变形的主要因 素。控制残余变形应从结构设计和施工工艺两个方面采取措 施。在船体结构设计方面，为
6、了控制船体焊接变形，船厂在 生产实践中总结出了许多措施，如对称布置焊缝，保证强度 的前提下减小焊缝尺寸和长度，在装配焊接时使用简单胎夹 具等。在施工工艺方面，为了控制船体焊接变形应做到：1）在没有强制应力下进行船体装配； 2）采用自动埋弧焊和气 体保护焊工艺； 3）合理选择焊接参数和装焊顺序。焊接工艺是船体施工中的重要工艺之一。合理的焊接工 艺是减少焊接变形，减少应力集中的有效方法。在焊接工艺 上尽可能合理运用刚性固定法，反变形法。刚性固定法和反 变形法是控制焊接变形的基本方法。刚性固定法是船厂施工 中常采用的一种控制变形的方法，是将构件固定在具有足够 刚性的平台上，待焊接构件上所有焊缝冷却到
7、室温时再去掉 刚性固定。船厂在生产过程中广泛使用各种形式刚性固定 法，如钢板对接时加马板，薄板对接时加压铁等。反变形法是根据结构焊后可能产生的变形，预先把焊件 人为地制成一个大小相等，方向相反的变形，使焊件焊后变 形很小，甚至消除。如放样时预放反变形量，反变形的大小 由经验确定，在焊接生产中得到了广泛应用，只要反变形值 恰当，就能得到较满意的形状。4 焊接变形的控制矫正 船舶建造中，虽然在结构设计和施工工艺上采取措施可 控制变形，因为焊接本身的特点，产生变形是不可避免的， 对超要求的必须进行矫正。矫正工艺只限于矫正焊接构件的 局部变形，对于船体结构的整体变形只能通过预放余量来补 偿。矫正焊接变
8、形的办法有两种， 即机械矫正和火焰矫正法。 机械矫正法是利用机械力的作用来矫正结构焊后变形一般 用压力机或矫平机。机械矫正只能用于塑性良好的材料。火焰矫正法是通过对变形构件伸长部分金属进行火焰 集中加热。冷却后，焊接构件部分金属获得不可逆的塑性变 形，使整个变形得到矫正。火焰矫正法对塑性差的材料要慎 用。要适当控制火焰温度，温度过高材料机械性能降低，温 度过低使矫正效率降低。冷却速度对矫正效果无影响，因此 船厂多采用边加热边喷水的方法，以提高效率。5 结论 总之，船舶建造过程中，焊接变形控制技术是焊接领域 的技术难题之一。焊接变形与材料、焊接工艺等因素有关， 只能通过控制焊接变形，并对焊接变形进行矫正，来满足船 舶强度和使用性能要求。参考文献1 陈倩清 .船舶焊接工艺学 M. 北京：哈尔滨工程大学出 版社， 2008.2 张建勋 .现代焊接生产与管理 M. 北京：机械工业出版 社， 2006.3 王鸿斌 .船舶焊接工艺 M. 北京：人民交通出版社，2006.