船体结构焊接变形分析

李景佳 1 苏丽超 2

身份证号码： 21122419870217****

身份证号码：21142119881013****

　　【摘要】在许多技术中，重要的金属加工技术是焊接技术，其应用范围很广。在使用过程中，焊接技术可以用于机械加工和造船。然而，虽然焊接技术在造船行业发展迅速，自动化程度逐步提高，但焊接过程中也存在许多无法避免的问题。例如，焊接结构在焊接过程中不可避免地会发生变形。焊接结构的变形仪降低了尺寸精度的水平，也导致焊接结构和形状不一致，从而导致传播增加，促进船舶故障的原因，传播结构的疲劳和强度也会因焊接变形而降低。焊接结构中焊接变形的分类非常复杂。对于变形来说，焊接结构的影响因素有整体变形和局部变形，如果通过外观，可以分为曲线变形、波浪变形、脚变形、变形变形和收缩变形。

【关键词】船体结构；焊接变形；分析

1.船体结构焊接变形的原因及分类

船体结构的焊接变形可分为两类，一类是局部变形，另一类是整体变形。局部变形的含义是发生在船体小区域的变形，包括弯曲变形、波浪变形、足部变形和错位变形。对于整体变形，整个船体都有很大程度的变形，包括弯曲变形、收缩变形和扭转变形。与船体结构相比，焊接变形不是由某个因素造成的，而是由不同的因素造成的，但总结这些因素，原因只有三个。主要有焊接残余应力、外力和焊接热应力。对于焊接参与力来说，意味着在焊接结束的过程中，常温金属的固定效果和汉风金属的收缩一起被检查。外力是指焊接过程中一些相对较大的力产生的力。焊接热应力是指金属在焊接过程中受热不均匀，变形程度的增加也会导致施热时输入量的增加。焊接残余应力是由常温金属的刚性固定和焊缝金属的收缩引起的。

2.影响船体结构焊接变形的原因

2.1焊接方法

焊接方法包括自动焊接、手工焊接和气体保护焊。不同的方法有不同的焊接效果。一般来说，气体保护焊和自动焊的加热区域在加热过程中相对集中，所以变形率的差异相对较小，但对于手工焊来说，加热不是很集中，所以变形率相对不同。

2.2结构刚度

结构刚度的约束会影响焊缝的纵向收缩和横向收缩。刚度较小的结构对应的变形程度较大，但刚度较大的结构如果再次使用焊缝的收缩力，变形程度会较小。所以结构刚度较小的方向是焊接变形的预期结果。

2.3焊接数量和焊接表面积

一般来说，焊接量会影响焊接变形率，焊接面面积也会影响焊接变形率。面积和数量的增加会导致变形率的增加。

2.4焊接程序和组装

一般来说，整个组装完成后，焊接会形成较小的变形率，但如果组装和焊接同时进行，变形绿色会增强。更合理的焊接工艺会导致大规模的变形坯影响，而不合理的焊接工艺会增加许多焊接变形率。

2.5焊接顺序和方向

焊接顺序和方向也会影响焊接变形。在焊接过程中，采用从中间开始的方法会降低变形程度，长时间焊接会直接增加焊接变形的可能性。

2.6焊接位置

面对焊接量小的刚性结构时，焊缝不对称会导致变形，对称焊缝会纵向和横向缩短。

3.船体焊接变形的解决策略

焊接变形不是一个因素造成的，而是不同因素共同作用的结果。在船体焊接过程中，焊接变形是由两个基本原因引起的，一个是塑性应变，另一个是热应变，因此船体焊接过程中焊接变形是不可避免的，无论是在实际操作中还是基于教科书理论。因此，船体焊接变形应得到控制。在船体结构的实际生产过程中，控制船体结构焊接变形的措施可以从工艺、结构和材料入手。焊接设备的发展也促进了船体结构焊接变形控制的发展。

3.1船体设计

为了控制船体结构的焊接变形，在船体设计过程中增加了许多控制措施。在涉及的方面，需要减少焊接面积，选择更合理的坡口形式，但这些措施只有在结构尺寸很强的情况下才能实施。焊缝的布局也应保持对称。冲压可以用来减少焊缝的长度。如果你想提高装配的效率，你可以使用夹紧装置的装配。　　

3.2高效的施工工艺技术 
　　对于大型的船体结构的焊接工作，可以采用由中间向四周进行的方式。横向收缩会对焊缝产生不小的用力共生的会产生裂缝，因此要通过一些方法对裂缝进行收缩。对于收缩量大的焊缝要进行焊接技术，因此，在腹板的角焊缝和面板间会形成较大的焊接应力。为了实现有盖板的结构的焊接顺序，因此在焊盖板的过程中，对于对接焊缝和角焊缝要采取有序的顺序。对于刚性强且具有对称性的物件，在焊接过程中可以利用对称的焊接方法，这样有利于构建到弯曲风险达到最小。通过焊缝的不同焊接方法，在焊接中可以利用交替焊法。对于不同的长度的焊缝可以采用不同的焊缝方法。这个方法的含义是将焊缝后变形的情况作为基础，预先设定一个大小相同且方向相反的变形情况，这样可以在构建焊接之后的变形风险降至最低。在使用方法时要确定反变形的数值情况，从而达到最终的目的。对于一些刚性较大的船体构件的方法，则采用刚性固定法。这种方法有利于对脚变形和波浪变形。 

　　3.3船体焊接变形的矫正方法 
　　（1）带状加热矫正法。该方法又被称之为线状加热或条状加热法，主要是用氧-乙炔焰呈波形向前游动以及作直线往返游动，以确保加热形状呈条状或带状。该方法的主要特点是横向收缩量大于纵向收缩量3倍，可以用较小的加热面来达到理想的纠正效果;（2）圆点加热矫正法。在板材产生变形的位置，圆点加热矫正法得到广泛应用，其主要是用氧-乙炔焰圆环游动来确保其能够均匀地加热成圆点状，该过程中火圈温度达到800℃时呈现淡红色，并借助铁锤锤击周围，然后在火圈温度不断下降的时候捶击也渐轻缓。由火圈附近逐渐将捶击位置移至火圈中央部位，最好选择方榔头衬好以免敲瘪火圈。待冷却至40-50℃时还需要复行捶击，从而使其内应力得到有效消除。该方法在板材矫正过程中，严禁直接将火圈布置在变形最高点，避免对矫正质量产生不利影响。最好选择从变形小的地方开始逐渐向变形大的地方推进，从而有效降低变形最高处的扰度。在圆点加热矫正法中，火圈直径不宜过小或过大，过小有可能导致周围刚性过大，而诱发龟裂，过大易使火圈表面出现皱褶现象;（3）螺旋带状火圈加热矫正法。其主要特点是加热带成螺旋状，一般是以螺旋式用氧-乙炔焰在骨架的背面游动加热，并一边加热以便用磅铁锤轻敲，从而达到预期的矫正效果。 
　　4.总结 
　　在传播建造中，不可避免的问题就是焊接变形，但是对于焊接变形，可以采取有效的控制方法，通过有效的举措，可以选用适当的材料和焊接方法，从而对焊接变形进行，有效地控制，既可以满足性能的要求，也能达到控制焊接变形的问题，并且也能获得良好的收益。本文针对船体结构焊接变形的分析，对不同的措施进行了处理，从而降低焊接变形的风险，提高船舶建造的有效性。 
　　参考文献： 
　　[1]史雄华，牛业兴，向生，等.船体结构焊接变形的预测与控制研究进展[J].造船技术，2019，（1）：1-6，13. 
　　[2]王江超，易斌，周宏.加强筋薄板船体结构的焊接失稳变形预测与控制[J].船舶与海洋工程，2019，35（1）：58-63. 
　　[3]李海洋，刘洋，马远征.大型复杂船体结构焊接变形分析方法的研究及应用[J].农家科技（下旬刊），2018，（3）：255. 
　　[4]王江超.薄板船体结构焊接失稳变形的数值分析进展[J].造船技术，2017，（2）：73-78，83. 
　　[5]刘 勇，王兴华，戚伟忠.改善船体企口结构焊接变形的实践[J].建筑工程技术与设计，2018，（22）：5799. 
　　[6]石金雷，鞠理扬，周宏，等.三角板扶强材对船体结构焊接变形的影响和控制研究[J].船舶标准化与质量，2020，（2）：33-41.