船体焊接变形及矫正

船体焊接变形及矫正

张品龙 ,夏梓玲

长春工程学院 吉林省长春市 130103

摘要：现代造船中焊接工作量在整个船体建造总工作量中占相当大的比例，如不能很好地控制焊接变形，将会给船体装配、主辅机系统的安装带来极大困难，甚至达不到检验要求，本文针对船舶焊接变形的控制与矫正问题，首先分析了焊接变形的基本形式，然后探讨了减少焊接变形的方法。

关键词：船体焊接；变形；矫正；控制

1.焊接变形的基本形式

焊接工件变形是在焊接加工过程中被使用焊工件由于受到不均匀场和温度场的相互作用而运动产生的焊接形状、尺寸等的变化等也称为焊接工件变形。随工作温度不断变化而发生变化的变形称为连续焊接瞬时连续变形；被连接焊工件完全加热冷却后达到初始工作温度时的变形改变，称为连续焊接工件残余瞬时变形，但其对结构影响的大小可分为以下两种。

1.1整体变形

整体焊缝的变形主要是由于整个焊缝在各种运动方式上的整体焊缝松动而导致的，包括整体纵向收缩的整体变形，弯曲整体的变形以及横向扭曲整体的变形。收缩后的变形主要是由于整个焊缝的两条纵向和焊缝之间的横向弯曲收缩变形所致造成整个焊接结构的两条焊缝长度增大减小缩短和两条焊缝宽度增大变窄；弯曲和横向扭曲后的变形主要是在整个结构中两条焊缝之间的焊接布置不对称而在一定程度上焊接下来所造成的，也很有可能是在一定程度上是由于两条焊缝之间的装配式焊接质量差，焊件的焊接放置搁置不正确，焊接施工过程中的操作程序及接缝焊接布置的方向错误而导致焊接。

1.2局部的相关变形

角位移变形，即由于各层焊后的钢筋板材主体构件在焊后基础上的厚度材料和钢筋焊缝平面上所围绕的厚度材料轴线围绕着各层厚度的钢筋焊缝主体构件的轴线不同而产生了相应的角位移；由于各层焊缝主体沿着厚度材料沿着的厚度材料在轴线不同方向上的主体材料进行加热不均匀以及各层厚度材料在围绕着焊缝的主体板材在厚度轴线上的收缩不一致，都会直接导致造成了焊后主体的板材在各层主体焊缝沿着的厚度材料在轴线不同方向上旋转一个小型的变形和角度，这种产生变形角的现象又被我们称为角边形。

厚板材进行焊接时，由于其焊接面另一面点焊的温度较高，另一面点焊的温度较低。因此，温度高的一面点焊接所产生的冷热和压缩塑性变形较大，而且温度低的一面则较小。而当冷却时则由于在板的各层连接焊缝厚度上易出现收缩和各层连接焊缝厚度的收缩不均匀和角化的现象，焊接过程一面各层厚度的收胀较大，另一面各层连接焊缝的厚度收胀较小且压缩较小，所以容易造成焊接过程中产生的各层连接焊缝的收缩和角化及其焊接变形。

波浪状的变形：构件焊后后在接缝构件上会再次出现一种类似波浪状的整体形状，这种类型波浪状的变形在各类类型薄板材料接缝构件焊接时最容易再次出现使其发生；这种类型波浪状在形状下的变形主要是适见于经常出现在各种类型薄板材料接缝构件焊接过程中的构件结构，产生的变形原因一种变形是由于薄板焊缝的中间纵向长度缩短对应在薄板焊缝边缘焊接造成的薄板压力角应力；另一种种则是由于薄板焊缝间的横向长度缩短所焊接造成的薄板角应力变形。

2.船体焊接变形的矫正

2.1机械矫正

冷矫正手术应该认为是和冷型火焰机械矫正相直接对应的另一种矫正手术方法，又可以称为冷型机械火焰矫正。

机械性的矫正容易导致造成金属材料冷作塑性硬化，消耗了金属材料冷作塑性硬化储备，只一定是能够同时允许适用于一种材料冷作塑性良好的其他金属材料，不一定是能够同时允许对其他金属材料冷作塑性硬化储备的性能相对较差和其他金属脆性较大的其他金属材料或部件本身做高度具有机械性的矫正。在实际的各种敲打机械工业的生产中，机械手动操作敲打小锤矫正器也很有可能被广泛应用扩展为各种专门的工业和专用大型敲打机械如油压机、水压机、顶床或者是直接使用到一些可以通过手动进行人工操作敲打大锤的小型机器。

2.2火焰矫正

火焰矫正技术是通过利用火焰对可塑性变形构件的凹部进行加热，使得凹部的金属在加热中由于膨胀不易受阻而对其进行压缩应力，当其压缩应力大于其在加热中的可塑性屈服点，凸部的可塑性金属纤维就有机会对构件进行可塑性变形，从而实现矫正。

方法：（1）采用线状线形加热的方法；（2）采用点状线形加热的方法；（3）采用三角形形状加热的方法。

2.2.1线状加热法

当快速高温方向轴上各类金属零件弯曲后，用快速高温高冷金属热的火焰在方向轴上各类金属零件的一侧金属方向凸面一侧金属方向轴上进行快速温度高温高冷加热，受热一侧迅速被温度高温加热膨胀，零件弯曲进一步幅度地快速增加，而与其温度相应的未快速温度高温高冷加热的高速金属轴类零件一侧则一直持续保持温度处于相对冷态，将有效地用于防止在快速高温下以及受热一侧区域内高温金属的快速温度高温加热膨胀，产生与其温度对应的金属部件的热压缩力和快速高温膨胀应力。当完全加热冷却和自动加热系统工作时间停止后，加热工作区内部的非金属部件会自然而然地开始出现完全冷却，开始快速收缩，与此同时，冷区内部金属开始压缩时的应力也会开始快速释放，热区内部金属开始产生塑性变形，待完全加热冷却后，零件即时就会开始出现与原弯曲角度方向完全相反的塑性变形，使零件原有的弯曲方向得到完全矫直。

线状加热的矫正主要指在加热中由于火焰沿垂直线的相对位置左右移动或同时沿加热宽度位置的横向摇晃而摆动，所以形成的各种带状加热，均被统称之为线状加热，在进行线状加热的矫正过程中，由于加热线的相对横向收缩比远远大于加热线纵向收缩，加热线的相对宽度也就越大，横向收缩的数量也就相对越多，所以需要尽量地发挥了加热线路的横向收缩。钢板式加热电缆的宽度通常应该是采用钢板式加热电缆连接宽度的0.5-2倍。这类矫正技术多适合于变形较大或者是刚性不足的建筑物结构，有时还使用十式矫正型钢板。

2.2.2点状加热法

点状加热矫正的工艺是指直径一般不可能大于15mm：点与残留点的距离，应随着其残留变形个数的增多而发生变化，残留点的长度越大，距离就可能越小，一般都是在50~100之间发生变动。为了大大提高模具矫正效率和避免模具在冷却后出现的小气泡，往往我们需要先将模具中的零件加热至一个零点后，马上使用木槌猛烈地敲击一个零件加热点周围，然后再对其进行大量的浇水和冷却。此种方式常被广泛应用来纠偏8mm以下焊件的波浪变形。

2.2.3三角形加热

三角形经过加热后的纠正区域是义泛指经过加热纠正区域所呈现的三角形。加热的顶点部位一般指的是在弯曲和容易发生变形的三角型钢结构件底部的凸缘，三角型钢结构件顶部的底边是在被加热后矫正件底部的边缘，顶点朝内。由于整个三角形的加热区域内的整体加热和收缩的面积相对较大，所以整体的加热和收缩的数量也较多。可用两个或几个柔性的焊炬共同进行一次加热。根据机体结构的各种具体情况，还原也可同时加以排除外力或采用水冷等处理方法。

参考文献：

[1]王宏斌.船舶焊接工艺[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]叶家玮.现代造船技术概论[M].广州：华南理工大学出版社，2001.