论船舶焊接工艺的发展现状及焊接变形的研究

刘林　张弛

摘 要：焊接工艺在船舶行业中起着十分重要的作用，随着科学技术的不断发展进步，应不断优化焊接工艺。文章在分析船舶焊接工艺应用现状的基础上，对其未来发展前景作了展望。同时为了有效控制钢结构焊件的不均匀膨胀和收缩而引起的焊接变形，文章就一些主要原因进行了讨论，并在如何控制及矫正上给了一些建议。

关键词：焊接工艺；优化；机械自动化；应力；变形；矫正

1船舶焊接工艺的现状与展望

1.1 船舶焊接工艺的现状

近十年来，我国船舶工业进入了高速发展期，船舶焊接工艺也取得了较大进步，焊接工艺在船舶工业中的应用得以广泛普及，伴随着的是焊接材料、焊接设备以及焊接方法的不断更新优化。

1.1.1 焊接新工艺的使用与普及。我国一些大型船厂采用了一些新的焊接工艺，比如焊接自动化、单面焊双面成型，焊接效率得以提高。在船台或船坞进行大合拢时，为保证焊接质量及缩短了船台及船坞周期，一些平直对接缝也使用了CO2气电垂直自动焊工艺。

1.1.2 焊接设备逐步机械化和自动化。随着焊接工艺的进步，焊接设备也与时俱进。国内很多船厂都在使用CO2气保护焊机，因为这种设备可以降低焊材的用量，人工成本也有所减少，对提高焊接效率，焊接工艺的进步有着深远影响。

1.1.3 焊材的高质量化。船舶工业中焊接工艺的不断发展，对焊材的要求也更高。目前，船舶建造中主要使用的焊材包括普通焊条、CO2气体保护焊丝以及埋弧焊材等。

1.1.4 焊接方法不断优化。焊接工艺以及焊接设备和焊材的不断提高、优化，促使焊接方法需要更新，从实践来看，CO2气体保护自动焊正是一种比较优良的焊接方法。

1.2 船舶焊接工艺的展望

纵观各大船厂，焊接工艺向自动化方向发展是一个主流趋势，这种模式更加高效、节能。

1.2.1 焊接工艺的机械自动化。目前，对焊接工艺采用机械自动化仅在一些造船业发达的国家普及，而我国的造船业也正朝这一趋势发展。

1.2.2 焊接材料的发展将不断促进焊接工艺进步。焊接工艺中一项重要的因素就是焊材，如果能提升焊接材料的整体品质和性能，那必然能推动焊接工艺的发展。

1.2.3 焊接方法不断更新发展。焊接方法在船舶建造中，也需要不断发展。例如，单面焊双面成型的焊接方法，因经过实践的检验，具有效率高、成本低、工时短等特点，将被继续推广使用。科学技术的日新月异，也影响着焊接工艺，在未来发展中，可以尝试研发更高端的、具有较高智能的机械人来代替人工，降低人工成本。

2 焊接變形的产生及矫正措施

2.1 影响焊接变形的主要因素

焊接是焊件一个受热再冷却的过程，因此，当温度变化时，会直接导致焊件膨胀和收缩，而这过程中，变化值的不同就会产生应力，从而引起变形。通过大量的实践证明，应力和变形产生的主要因素有包括以下几种。

2.1.1 焊件焊接处截面积的影响。焊件在焊接时，截面积的大小直接影响变形量，截面积越大，变形量越大。

2.1.2 接头形式的影响。在其他条件等同时，焊接采用的不同接头形式会产生不同的变形量。例如：角焊、对接焊等。

2.1.3 焊接方法的影响。如果焊接电流较大，焊件受热区域就会增大，随着冷却速度变缓，就会产生较大的变形区域，因此不同的焊接方法差别比较大。

2.2 焊接应力及变形的控制

2.2.1 焊接应力的控制措施。为了减少焊接应力，必须加以控制，以下介绍了几种可行的方法：（1）减小焊缝尺寸。（2）采用合理的焊接顺序。应尽量采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；两道甚至多道焊缝同时对称焊接的原则。（3）在焊接过程中，对刚焊接完的焊件进行敲击，去除其内部应力也是一种比较实用的方法。

2.2.2 焊接变形的控制措施。（1）采用合理的坡口型式，不要太大的坡口角度，间隙也不能太大。（2）在焊接电流的选择上，尽量不要用较高的电流。（3）对焊件采取对称同时焊接的方式。（4）为焊件添加焊接收缩补偿量，如大型船舶中每档纵、横间距可预留0.5mm左右。

2.3 焊接变形的矫正

焊接变形在船舶建造过程中是不可避免的，那么就需要在焊后采取一些措施来矫正变形，下面介绍一种在各个船厂都在使用的方法，即火焰矫正法。

2.3.1 火焰温度的选择比较重要，根据一些经验及数据大致可以分成低温、中温以及高温矫正。

2.3.2 火焰矫正针对不同位置需要区别对待。（1）角变形。可在构件面板上进行纵向线状加热，温度不能超过650℃。（2）板架上拱与下挠：a.面板变形可参照角变形方式来矫正。b.对于腹板，需要进行三角形加热，否则会对面板产生影响。c.矫正波浪变形需要特别注意，不能采取线状及三角形加热，只能进行单点加热，呈带状即可。

2.3.3 火工注意事项。火工矫正虽能有效矫正焊接变形，但火工矫正同样会引起应力，所以一般在火工时，以下几点需要注意：（1）焊缝处避免加热。（2）矫正处要多选几个烤点，不能使单一烤点处的烤火面积过大。（3）尽量使用单点加热的方法。（4）火工的温度不能太高。

3 结束语

焊接工艺队船舶建造有着很重要的影响，对焊件工艺投入精力去研究是造船业必须要面对的现实，我国造船业对焊件工艺的使用虽然日趋成熟，但是在先进工艺的研究上还有差距于其他造船业发达的国家，因此我们必须认清形势，做好发展规划，投入必要的精力去研究更先进的焊接工艺，同时对造成焊件变形的因素加以研究，才能使我国造船业成为不仅规模大，而且技术先进的行业。

参考文献

[1]赵欣，孔丹丹，骆中钊.钢结构[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]戴为志，刘景凤.建筑钢结构焊接技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[3]张永达，孙成文，于小虎，等.船舶高效焊接工艺及存在的问题[J].造船技术，2009.

作者简介：刘林（1983，12-），男，江苏省淮安市人，本科，现职称：助理工程师，研究方向：船舶制造。