船体焊接变形及矫正方法探讨

孙久智 杨晓军 佟俊民 王为 焦立雯

摘要：在现代造船中焊接占了举足轻重的作用，焊接的好坏直接影响船体质量。本文主要探讨焊接变形的影响，形式及产生因素，提出控制及矫正焊接变形的方法。

关键词：船体焊接;变形;矫正

1.引言

在现代造船中，焊接是一项很关键的工艺，焊接工时和成本在整个船体建造过程中占了40%左右，研究改进焊接技术对提高造船生产率有很大的意义。焊接质量好坏在很大程度决定船体建造周期和建造成本，因此，研究船体焊接变形的问题及控制矫正方法具有重要意义。

2.焊接变形的影响

在船体建造过程中，焊接构件大量的应用于各个制造工序。焊接接头变形对接头的性能有着较大影响，使得船体构件的强度、韧性下降。此外，焊接变形不利于船体制造精度的控制，从而最终影响到船舶的建造质量。

3.焊接变形基本形式

由于热胀冷缩的原理，在焊接过程中，由于焊接热源热循环的作用，使焊件受热不均匀。因此，金属各部分受热时的膨胀与冷却时的收缩也不同。这样，就在焊件中产生了变形。整体变形是由于焊接在各个方向收缩所引起的。局部变形是指构件的某部分发生变形，包括角变形和波浪变形两种。

4.船体焊接变形的控制方法

焊接过程中的热变形和施焊时焊件构件的刚性条件是影响焊接残余变形的两个主要因素。本文提出以下有几种方法可以控制变形。

4.1 反变形法

根据理论计算和实践经验，预先估计结构焊接变形的方向和大小，然而在焊接装配时给予一个方向相反、大小相等的预置变形，以抵消焊后产生的变形。

4.2合理的焊接工艺方法

采用焊接热源比较集中的焊接方法进行焊接可降低焊接变形。

4.3 选择合理的焊接顺序

尽量使焊缝自由收缩。焊接焊缝较多的结构件时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹。

4.4刚性固定法

焊接时将焊件加以刚性固定，焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定，可有效防角变形和波浪变形。此方法会增大焊接应力，只适用于塑性较好的低碳钢结构。

4.5锤击焊缝法

在焊接的冷却过程中，用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝，使金属产生塑性延伸变形抵消一部分焊接收缩变形，从而减小焊接应力和变形。锤击可以用圆头手锤或气锤进行。

4.6焊前预热

焊件在焊前加热能减少焊件的温度差，并减少焊后的冷却速度，从而减小焊接应力预热。焊件焊前预热可根据焊件的大小和施工条件，采取局部预热和整体预热。

5.船体焊接变形的矫正

船体建造过程中，虽然在船体结构设计和施工工艺上采取措施来控制施工中所产生的焊接变形，但由于焊接过程的特点和船体施工工艺的复杂性，产生焊接变形是不可避免的，对出现的超过设计要求的焊接变形必须进行矫正。

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下料或装配时预放余量来补偿。矫正变形的方法有两种，即机械矫正法和火焰矫正法。

5.1机械矫正

机械矫正是在室温条件下，对焊接构件施加外力，使构件压缩塑性变形区的金属伸展，减少或消除焊缝区的塑性变形，达到矫正变形的目的。

5.2火焰矫正

火焰矫正是一门较难操作的工艺，方法掌握、温度控制不当会造成构件新的更大变形。  火焰加热方式有三种，即点状加热、线状加热和三角行加热。

5.2.1点状加热

根据结构特点和变形情况，可以一点或多点加热。厚板加热加热直径d要大些，薄板要小一些，一般不小于15mm。变形量越大，点与点之间的距离应小些，一般在50-100mm之间，点的距离在100mm左右加热时，由变形最小处开始，顺次向变形大处移动，第二次加热需待第一次后冷却后进行。

5.2.2线状加热

火焰沿直线方向移动，或同时沿宽度方向摆动，从而形成带状加热的现象。线状加热时，横向收缩一般大于纵向收缩，因此应尽量发挥横向收缩的作用。在一般范围内，横向收缩随加热宽度的增加而增加，加热线宽度一般为1.5-30mm。

5.2.3三角形加热

三角形的底边在钢板边缘，顶角朝内。三角形加热面积较大，所以收缩量也大，多用于矫正T形构件、工型钢以及其他型材的弯曲变形，也可用于矫正分段自由边缘的变形。三角形加热时，加热区应施于弯曲凸起的一边，由两端向中间进行。加热要充分，保证使整个厚度烧透，以免造成平面内的弯曲。

6.结论

我国的造船工业的不断发展，我国现焊接技术已取得很大进步，部分产品技术已达到或接近国外先进水平，但是，焊接技术还需不断改进和提高，本文只是针对焊接变形提出一些改进和矫正方法，随着技术的不断发展完善，针对焊接变形和矫正会有更好方法提出来提高焊接质量。

参考文献：

[1]王宏斌.船舶焊接工艺[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]黄浩.船体工艺手册[M].北京：国防工业出版社。1986

[3]王承权.船体结构的焊接变形[M].北京：国防工业出版社，1978

作者简介：

孙久智（1987.1—），男，职称：助理工程师，研究方向：船舶结构设计。