浅析船舶制造过程中的拼板焊接工艺

摘 要：船舶焊接变形控制是船舶制造过程中的重要技术难点之一，而拼板焊接在船舶焊接占据了很大比例，如何在拼板过程中控制焊接变形、提高焊接效率已成为国内外造船企业共同的研究课题。基于此，本文主要对船舶拼板焊接过程中的工艺要求及变形控制等进行分析。

关键词：拼板焊接工艺;变形控制;薄板焊接

1 工艺流程：

拼板焊接指分段制作中，将船体各层甲板、平直内外底板、平台板、横纵舱壁等大面积平直钢板预先拼制焊接成型的过程。一般材质、板厚的拼板施工多采用埋弧自动焊，其工艺流程如下：

1）对照拼板施工图纸，核对每块零件名及正反面，检查材料坡口是否正确，检查每块零件尺寸是否在精度要求内;

2）在拼板胎架上进行预铺，胎架水平需满足±2mm的精度要求，将基准板边对齐，确认基准板边直线度标准误差范围≤1mm，允许误差范围≤2mm，两条基准板边开角尺，确保两条基准板边为90°。将拼板的基准边校对平齐之后使用工装固定，可使用卡边式工装，尽量减少使用马板进行焊接定位，以节约打磨马脚的时间;基准边校平之后铺设其他钢板，厚板较重可使用油泵进行定位，而薄板可使用撬杠撬紧;

3）所有零件铺设好之后，根据基准板边定位主板板缝，利用油泵、手拉葫芦等将存在错位的位置进行调整，将非基准板边的端差处理光顺，保证所有板缝和自由边的直线度和垂直度;

4）装配完成后进行精控测量，自主检测所拼主板的长、宽尺寸及对角差，确认与拼板图纸尺寸一致，数据有问题时及时整改调整，要求长、宽尺寸标准误差范围±2mm，允许误差范围±3mm，对角差值标准误差范围≤2mm，允许误差范围≤3mm;长宽无法检测的异形板拼板时检测对角线长度，要求对角线尺寸标准误差范围±2mm，允许误差范围±3mm。

5）拼板时主板错位偏差≤1mm，自动焊板缝间隙为0～1mm，定位焊长度为30mm～50mm，间距为300mm～500mm。

6）根据WPS要求，选用合适的焊材、焊剂进行焊接，在板缝两端设置引弧板、熄弧板，厚度与所拼钢板相同，其规格常为100*100mm，焊接完正面后需进行翻身碳刨;

7）翻身过程中需注意，尽量沿着板缝方向翻身，降低焊缝撕裂风险;板厚差较大时，从厚板向薄板翻身，减少薄板变形;

8）翻身碳刨后焊接反面，焊接完成后进行焊后精度控制，合格后方可吊离拼板工位进行后续施工。

2 焊接变形：

拼板施工过程中，焊接变形对结构的性能影响较大，会导致船体的强度及韧性下降，最终影响船舶的建造质量。因此我们需要针对拼板过程中产生的各种变形，采取不同的措施进行处理，分析原因，提前预防，以达到减少变形的目的。

2.1焊接变形的分类

1）纵向变形：焊缝纵向收缩而引起的拼板纵向尺寸缩短，被称为纵向变形，纵向收缩量一般随焊缝长度的增加而增加。

2）横向变形：焊接后产生的横向变形主要是横向尺寸减少，被称为横向变形，横向变形一般钢板越厚、坡口角度越大，横向收缩量也越大。

3）波浪变形：一般出现在薄板拼板焊接过程中，主要是因为焊缝纵向缩短对钢板边缘产生的作用力，使板边出现波浪形式的变形。

4）其他变形

2.2焊接变形的影响因素：

不同材料的导热系数、比热和膨胀系数是主要因素，而焊缝位置，焊接方法，焊接方向等都是拼板焊接产生变形的原因。拼板焊接变形都是各种因素综合作用下产生的结果。

2.3焊接变形的控制：

1）在设计时根据材料特性，预先留出收缩量，计算出下料尺寸，这样基本可以解决板缝纵向变形;

2）根据不同的板厚，设计选用合适的坡口形式，可以减少横向变形;

3）拼板时尽量选用大尺寸钢板，减少焊缝长度及数量;

4）合理设计板缝位置，尽量对称布置，减少弯曲变形;

5）合理选择焊接顺序，比如：先焊接收缩量大的焊缝、尽量从中间向四周对称焊接等;

2.4焊接变形的校正：

拼板过程中，虽然在设计及施工工艺基础上可以采取措施控制变形，但由于焊接本身的特点，产生变形是不可避免的，对超出精度要求的必须进行校正。变形校正最常用的方法有火焰校正及机械校正两种。机械校正适用于塑性良好的材料，利用外力使构件产生反方向的塑性变形，达到校正变形的目的。火焰校正是利用火焰局部加热时产生的塑性变形，冷却后收缩，来达到校正变形的目的，为了缩短校正时间，船厂常采用边加热边浇水的方法，提高效率。

3 薄板焊接工艺：

以上为常用钢板的拼板焊接工艺及变形控制方法，而厚度小于8mm的薄板拼板焊接工艺及变形控制如下：

3.1焊前准备：

薄板板材在拼板之前应在校平机进行表面校平，尽可能减少其变形和应力，确保板面平整，焊缝两侧打磨除锈，以保证装配间隙均匀。

3.2裝配工艺：

1）拼板需要在正规拼板胎架上进行，薄板焊接需要刚性固定，在拼板边缘使用直角卡码固定，每个卡码间距200mm-300mm，若是大面积的拼板则还需在板缝两边使用压码固定，压码数量根据焊缝长度来定;

2）板缝间隙控制在0.5mm以内，板口边缘要整齐，上下错边应小于0.15倍板厚;

3）定位焊使用二氧焊，采用小电流输出，定位焊长度20mm，间距100mm-120mm，十字交叉对接缝中的定位焊不能焊接在交叉点上，错开交叉点50mm;

4）焊接完第一面之后，待板缝冷却平复，才能吊开压铁，翻身焊接另一面。

3.3焊接工艺：

薄板埋弧焊时，尽可能采用小参数电流，焊接参数应在试板上调试好，并在引弧板上起弧焊接，焊接时严格控制对接缝的焊缝宽度和余高。

焊接顺序一般遵循以下原则：

1）先焊接不对其他焊缝产生刚性约束的焊缝;

2）每条焊缝焊接时需要保证其一端能够自由收缩

3）交叉拼板缝：T型交叉时，先焊接端缝后焊边缝;十字交叉时，先焊纵缝后焊横缝，见下图1;

4）对于较长的焊缝，可以采用分段焊法，将连续焊缝改为断续焊缝，避免在一个区域施焊，造成热量集中，形成塑性变形;分段焊法包括分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法，具体形式见下图2;

4 结语：

拼板焊接是现代造船重要工序之一，而焊接变形是船舶建造过程中难以回避的问题。本文浅要分析了焊接变形的形成原因与控制方法，尤其是薄板的拼板焊接，研究薄板焊接工艺有利于提高船舶建造的质量。

参考文献：

[1]陈倩清，《船舶焊接工艺学》 哈尔滨工程大学出版社，2008.

[2]明瑞云，《薄板焊接变形分析及控制》 焊接技术杂志，2010

作者简介：

李洋 （1992-），男，江苏南通人，助理工程师，现任职于启东中远海运海洋工程有限公司，主要从事船舶工艺工法方面工作.