船体结构焊接变形预测与控制方法刘晶霞

船体结构焊接变形预测与控制方法刘晶霞

刘晶霞于涛

澳龙船艇科技有限公司广东中山528400

摘要：船舶的精度建造技术主要就是借助科学管理和先进的工艺对船舶制造的整个过程加以有效的控制，在制造的过程中要尽量减少现场修正工作所花费的时间和精力，从而也就使得工作的效率得到了非常显著的提高，造船的成本投入也大大的减少，船舶自身的质量和性能也在这一过程中得到了非常好的保证，而对船舶制造精度产生影响的因素具有非常明显的多样性，在众多的因素当中，焊接变形对船舶制造的质量会产生非常重大的影响。

关键词：船体结构焊接变形预测控制方法

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。焊接变形预测技术的发展与焊接变形控制技术的发展密切相关，深入研究焊接变形的机理有助于实现对焊接变形的精确控制。

1.船体结构焊接变形控制

1.1国外焊接变形控制

从20世纪30年代开始，很多苏联的学者就已经开始对环节变形计算与控制工作开始了研究工作。他们在研究的过程中对和生产因素和设计因素相关的系统都进行了全面的研究，并且在研究的基础上提出了避免翅曲和残余应力的有效方法，而在20世纪的50年代，国外的专家学者也在平面分段、半立体分段和立体分段当中的各种变形领域展开了非常全面的研究出，此外在这一过程中也充分的结合了相关的经验，提出了预防和减少焊接变形的具体手段和途径，在工程建设的过程中具有非常高的实用价值。

日本的科学家在同一时期也展开了对焊接变形的研究，在船体制造的过程中，2000年以来日本的造船厂在场内加工精度方面占据着非常大的优势，同时在工作中所采用的施工工艺也非常的先进，在精度上甚至能达到95%，但是在焊接变形的预测和控制工作中主要还是按照自身的实际经验和实测中所获得的数据加以确定。

1.2国内焊接变形控制发展现状

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。一些研究人员对5艘相同型号的船舶船体焊接变形进行了测量，同时还介绍了双层底分段装焊和船台合拢当中焊接变形的具体测量方法，对产生变形情况的原因进行了详细的分析，此外还采取了多种措施对其进行了控制，在船舶生产的过程中也不断的总结规律，这也为焊接变形控制和理论研究的完善提供了非常好的条件。船舶制造的质量也在这一过程中得到了非常显著的提升。

2.船体结构焊接变形控制研究的方法

2.1焊接方法

在船体结构焊接工作中，非常重要的一种工具就是移动电弧，最常使用的焊接方式主要有以下几种，一种是手工焊，一种是二氧化碳保护焊，一种是自动埋弧焊。通常，手工焊的热量集中度并不是很高，同时其在热强度方面也相对较弱，因此也会使得焊接中的变形情况和参与的应力不断的增大。所以在船体结合焊接的过程中，我们尽量不要使用手工焊接的形式，应该尽量使用二氧化碳保护焊和自动埋弧焊。

2.2控制焊接工艺方案

在船舶制造的过程中，选择科学合理的焊接工艺方案能够有效的减少焊接变形，它也是所有方法当中最为有效的一种方法，其中，焊接工艺的操作顺序也会对变形产生非常重大的影响，弯曲变形尤其明显。在船舶制造的过程中，选择更加完善的工艺顺序可以有效的减少弯曲变形的情况，比如说纵向构架的双层底结构就在选择方案的时候就应该选择正态建造方案，同时分段的最大挠度也应该是反态建造方案的50%。

2.3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。

2.4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。

3.船体结构焊接变形控制措施

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设计薄板结构

应校核和提高构件的稳定性，防止波浪变形。②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。③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。④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。

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，则有可能在未焊接时即产生波浪变形，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刚性固定法约束控制

刚性固定法是将构件固定在具有足够刚性平台或胎架上，待构件上所有焊缝冷却后再去掉刚性固定的方法，一般在无反变形的情况实施，多应用于各种船体构件的施焊过程。采取这种措施可使构件的变形远小于自由状态下焊接所产生的变形，特别用来防止角变形和波浪变形效果明显。

3.4变形的火工矫正

火工矫正工艺是一种行之有效的矫正变形与消除残余应力的方法。船体结构的火工矫正，就是利用金属局部受热后，所引起的新的变形去矫正原先的变形。当金属局部加热时，被加热处的材料受热而膨胀，但由于周围温度低，因此膨胀受到阻碍，此时加热处金属受压缩压力，当加热温度为600℃～700℃时，压缩应力超过屈服极限，产生压缩塑性变形。停止加热后，金属冷却缩短，结果加热处金属纤维要比原先的短，因而产生新的变形。

4.结论

当前，我国的焊接力学理论以及数值仿真技术得到了非常显著的发展，对复杂的焊接变形理论和相关的规律也有了更加全面和深入的了解，这也给船体结构焊接变形的控制工作提供了非常好的条件，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：

[1]张宁园，张绪旭.船体结构焊接变形的控制与矫正[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2013（07）.

[2]李婧.大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用[D].上海：上海交通大学，2011.