船舶裝配技師論文(船體分段變形的預(yù)防控制與焊后矯正)

船體分段變形的預(yù)防控制與焊后矯正

南通小風(fēng)

隨著當(dāng)今船舶行業(yè)不斷的發(fā)展和進(jìn)步，無(wú)論是船舶的排水量還是在其建造材質(zhì)上都發(fā)生了質(zhì)的變化。船舶的大量使用鋼質(zhì)建造材料的同時(shí)，船舶新的船型也在不斷的被開(kāi)發(fā)運(yùn)用，在船舶運(yùn)載噸位不斷擴(kuò)大的同時(shí)，船舶建造的質(zhì)量問(wèn)題也擺在了我們?cè)齑�人的面前。怎樣提高船舶建造精度，我認(rèn)為從船舶建造之處（包括鋼板處理，劃線，下料，小組拼裝，到分段組裝等）就應(yīng)該加以預(yù)防控制，特別是船體分段的變形預(yù)防與焊后矯正控制得當(dāng)，那必將使船舶的整體建造精度控制得到一個(gè)質(zhì)的飛躍！

船體分段的總體精控由于數(shù)控激光的劃線和下料的普及，及小組拼裝構(gòu)件簡(jiǎn)單，便于控制和矯正。我們這則著重從分段拼裝，焊接控制和焊后矯正這幾方面入手。一分段的裝配精度控制

在船舶建造過(guò)程當(dāng)中，無(wú)論放樣、材料加工、零部件裝配、焊接或其他工序，不論手工操作還是機(jī)械作業(yè)，都不可避免的產(chǎn)生尺寸之間的偏差，即生產(chǎn)誤差。按照造船業(yè)的特點(diǎn)，造船的生產(chǎn)誤差有草率性、規(guī)律性以及隨機(jī)性三類誤差。

1）草率性誤差、在造船過(guò)程中，由于操作人員的粗心大意，思想上不重視，不認(rèn)真，如看錯(cuò)尺寸、符號(hào)、不按施工要求操作、使用失修的設(shè)備加工，測(cè)量等，所產(chǎn)生的生產(chǎn)誤差、叫做草率性誤差。在貫徹實(shí)行新工藝的過(guò)程中必須予以消除。

2）規(guī)律性誤差、在一定的生產(chǎn)工藝條件下存在著一定規(guī)律的固定誤差，他是被人們所掌握的一種具有一定確定性關(guān)系的誤差。如用一定粗細(xì)的石筆進(jìn)行樣板號(hào)料，其誤差是比樣板尺寸大的誤差，其數(shù)值的大小與粗細(xì)有關(guān)。又如肋板的拼裝焊接成整塊肋板的寬度尺寸，因?yàn)楹附拥氖湛s將產(chǎn)生負(fù)誤差（即焊接后的整塊肋板的尺寸要�。┱`差的大小則與肋板拼裝時(shí)的數(shù)量、焊接長(zhǎng)度與施焊范圍大小有關(guān)，即在一定的焊接條件下，一定規(guī)律的板材經(jīng)過(guò)拼裝焊接后，將產(chǎn)生確定數(shù)值的規(guī)律性誤差，這種有確定性關(guān)系生產(chǎn)誤差，叫做規(guī)律性誤差。3)隨機(jī)性誤差、在造船的生產(chǎn)過(guò)程中，由于受到不可控因素的影響，即使在同一生產(chǎn)的工藝條件下，每到工序、每臺(tái)設(shè)備總要生產(chǎn)大小不定，，正負(fù)不定的誤差，這是一種有一定范圍限制的偶然性的生產(chǎn)誤差。如按照號(hào)料的線際進(jìn)行氣割，不管是手工氣割還是自動(dòng)氣割，不管任何人操作，都要產(chǎn)生大小不一，正負(fù)不一的誤差，這種有偶然性的隨機(jī)變化的誤差，叫做相關(guān)關(guān)系的隨機(jī)誤差或偶然性誤差。

上述三種誤差某種程度上是制約提高船體分段建造精度的絆腳石，我們只有正確的嚴(yán)格按照施工圖紙、施工工藝要求、施工規(guī)范把好每道工序的質(zhì)量關(guān)才能有合格的產(chǎn)品流向下道工序。使分段變形與誤差控制在最小值，同時(shí)也為焊后測(cè)量對(duì)比和矯正提供依據(jù)。如胎架每點(diǎn)高度值是焊后矯正的重要依據(jù)。二分段變形及預(yù)防控制

分段在焊接過(guò)程當(dāng)中由于各部件存在的誤差（如焊縫間隙大小，焊縫坡口大小等）都會(huì)不可避免的產(chǎn)生焊后變形的差異。這些變形會(huì)直接影響船舶的強(qiáng)度，增加船舶的航行阻力以

及整船的美觀等一系列的性能等問(wèn)題。為防止變形，一方面采取預(yù)防措施，控制變形，另一方面則在焊后進(jìn)行矯正。

1變形的原因

以船體底部分段為例，其正裝雙層底變形的主要原因：

1、外底板從橫對(duì)接焊引起分段縱橫方向的收縮。2、縱橫構(gòu)架與外板的角焊縫引起的分段縱橫方向收縮。

3、縱橫構(gòu)架間垂直向角焊縫引起的分段縱橫向收縮的上翹變形。

4、分段建造中因裝配間隙，焊接大坡口角度偏大或焊縫尺寸過(guò)大以及不正確的焊接順序引起分段的變形。

分段翻身后，縱橫構(gòu)架與內(nèi)底板的角焊縫引起向分段內(nèi)的變形。由于分段吊離胎架，分段總體的變形以這一種變形影響最大。倒裝的雙層底分段，其總變形與正裝的雙層底分段相反，主要是由于外底縱橫方向引起的。另外由于構(gòu)架間相互連接的垂直焊縫，也是分段產(chǎn)生收縮及上翹，顧分段底部外板向上、向外變形，對(duì)某些剛性較差的分段還易引起扭曲變形。

2分段變形的預(yù)防

在分段的建造過(guò)程中，預(yù)防焊接變形是工藝的固有特點(diǎn)。分段在裝焊時(shí)不可避免地會(huì)

產(chǎn)生縱橫方向及翹曲變形，這些變形將會(huì)給總段裝配及船臺(tái)合攏工作帶來(lái)很大困難。為此，采取一定的措施，控制或減少分段變形減輕火工矯正的工作量和保證分段完工尺寸的準(zhǔn)確性。應(yīng)采取的措施有以下幾種；1、反變形法

底部、眩側(cè)，甲板等分段在裝配焊接后脫離胎架時(shí)總是有一定的變形，這種變形在施工工藝條件相同時(shí)總總是遵照一定規(guī)律產(chǎn)生的。因此、可以在胎架制造中，事先根據(jù)分段變形的趨勢(shì)將胎架模板放出一定數(shù)值的方向相反，大小相等的反變形量，用以補(bǔ)償由于焊接所引起的變形。反變形量可以根據(jù)過(guò)去所制造的分段變形情況和經(jīng)驗(yàn)判斷確定，也可以用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出。反變形計(jì)算公式

例如：當(dāng)雙層底半寬B950mm時(shí)，則X.Y值可取為上述公式計(jì)算數(shù)值的0.8倍。

雙層底分段的縱向反變形，當(dāng)分段長(zhǎng)度L

斜變形。對(duì)于甲板較薄，寬度較大的內(nèi)河客船，在構(gòu)架焊前可在一定的肋距中加裝臨時(shí)寬梁及縱桁，一增加分段的剛性。對(duì)于在建造底部分段時(shí)，一般加裝壓排。

另外，分段吊運(yùn)及翻身過(guò)程中，為防止發(fā)生變形對(duì)分段也要采取臨時(shí)加強(qiáng)措施，特別是甲板分段往往尺寸較大且剛性差，更應(yīng)加裝臨時(shí)加強(qiáng)材。3、正確的選擇和嚴(yán)格遵守焊接規(guī)程

船體結(jié)構(gòu)的焊接變形和內(nèi)應(yīng)力的減小時(shí)與焊接程序密切相關(guān)的，因?yàn)楹侠淼暮附映绦蚰苁购附訜崃糠植嫉玫接行Э刂啤Ｓ捎诖�體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種類型的船體結(jié)構(gòu)也不一樣，故其焊接程序也有差異。船體結(jié)構(gòu)焊接程序應(yīng)遵循下列基本原則:

1)對(duì)于船體外板，甲板的對(duì)接焊縫，當(dāng)各橫縫是錯(cuò)開(kāi)時(shí)先焊橫向焊縫，后焊縱向焊縫，當(dāng)各橫縫是并列對(duì)齊時(shí)，則先焊縱向焊縫后焊橫向焊縫。

2）構(gòu)件中同時(shí)存在對(duì)接和角焊縫時(shí)，先焊對(duì)接焊縫后焊角焊縫。

3)整體建造船舶或平面分段和立體分段建造時(shí)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)的中央向左右和前后放射式的對(duì)稱地進(jìn)行焊接。

4)具有對(duì)稱中心線的構(gòu)件要有雙數(shù)焊工對(duì)構(gòu)件進(jìn)行焊接。

5）手工電弧焊時(shí)凡超過(guò)500mm的長(zhǎng)焊縫，應(yīng)采用分段退焊法或分中退焊法進(jìn)行焊接。6）構(gòu)件中焊縫同時(shí)存在單層焊接和多層焊接時(shí)先焊接收縮變形較大的多層焊縫，后焊接單層焊縫。多層焊時(shí)，在條件允許下的情況下，各層焊縫的方向相反，焊縫接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。7）分段或總段縱向構(gòu)件與外板的角焊縫合攏處，其兩端應(yīng)留200mm~300mm暫不焊，以利船臺(tái)裝配合攏時(shí)對(duì)接。

8）肋骨，艙壁等結(jié)構(gòu)靠近總裝大接縫一邊的角焊縫，以及雙層底分段中內(nèi)底板與外板地上下部角焊縫，一般應(yīng)在合攏大接縫焊后進(jìn)行焊接。

9）應(yīng)力較大的接縫，如總段大接頭焊縫。焊縫焊接過(guò)程中不間斷、要求連續(xù)完成。在船舶分段建造時(shí)，一般多采用從分段中間向前后左右同時(shí)施焊，并采用逐步退焊，跳躍焊等方法。必須指出，還應(yīng)合理的安排裝配與焊接階段的交替程序，對(duì)減少焊接變形有非常重要的意義和影響。分段結(jié)構(gòu)應(yīng)裝配到足夠的剛性后才可以開(kāi)始焊接，對(duì)于容易產(chǎn)生總體變形的分段結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)尤為突出重要。4、正選擇焊接規(guī)范

焊接規(guī)范正確與焊接變形有很大關(guān)系。所謂焊接規(guī)范在手工電弧焊中主要指焊接過(guò)程中的一些基本參數(shù)、即焊條直徑、焊接電流強(qiáng)度、電弧電壓、焊接速度、焊縫層數(shù)、電流種類、焊接極性等方面的選擇。一般來(lái)說(shuō)，焊條直徑小，采用焊接電流也小及輸入分段的熱量也較小，因而分段的焊接變形也小。而焊件輸入熱量不僅取決于焊接規(guī)范，也取決于焊件的焊縫規(guī)格必須指出，在焊接過(guò)程中應(yīng)使焊縫規(guī)格符合實(shí)際要求。不適當(dāng)?shù)倪^(guò)大的焊腳，不僅浪費(fèi)焊材，還增加焊接熱量，擴(kuò)大了熱影響區(qū)域。從而加大焊接應(yīng)力變形。同時(shí)采用更先進(jìn)的焊接方法也可減少焊接應(yīng)力變形。如CO2氣體保護(hù)焊。三分段焊后矯正

船體建造過(guò)程中，雖然在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝上采取措施來(lái)控制施工中所產(chǎn)生的焊接變形，但由于焊接過(guò)程的特點(diǎn)和船體施工工藝的復(fù)雜性，一般來(lái)講，產(chǎn)生焊接變形是不可避免的，對(duì)出現(xiàn)的超過(guò)設(shè)計(jì)要求的焊接變形必須進(jìn)行矯正。

矯正工藝只限于矯正焊接構(gòu)件的局部變形，如角變形，彎曲變形，波浪變形等等，對(duì)于船體結(jié)構(gòu)的整體變形如縱向和橫向收縮(總尺寸縮短)只能通過(guò)下料或裝配時(shí)預(yù)放余量來(lái)補(bǔ)償。矯正變形的方法有兩種，即機(jī)械矯正法和火焰矯正法。機(jī)械矯正法是在室溫條件下，對(duì)焊接構(gòu)件施加外力，使構(gòu)件壓縮塑性變形區(qū)的金屬伸展，減少或消除焊縫區(qū)的塑性變形，達(dá)到矯正變形的目的。機(jī)械矯正變形法容易引起金屬冷作硬化，消耗材料一定數(shù)量的塑性儲(chǔ)備，因此，只能用于塑性良好的材料，不允許對(duì)塑性較差或脆性材料進(jìn)行機(jī)械矯正。實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)械矯正法矯正過(guò)程中可以使用專用的大型油壓機(jī)、水壓機(jī)、頂床或人工利用大錘矯正�；鹧娉C正法是通過(guò)對(duì)變形構(gòu)件伸長(zhǎng)部分金屬進(jìn)行有規(guī)則的火焰集中加熱。冷卻后，焊接構(gòu)件這部分金屬獲得不可逆的壓縮塑性變形，使整個(gè)焊接構(gòu)件變形得到矯正�；鹧娉C正法同樣要消耗材料一部分塑性，對(duì)于脆性材料或塑性差的材料要謹(jǐn)慎使用。要適當(dāng)控制火焰加熱的溫度，溫度過(guò)高材料機(jī)械性能降低，溫度過(guò)低使矯正效率降低。由于冷卻速度對(duì)矯正效果不產(chǎn)生任何影響，船廠多采用邊加熱邊噴水冷卻的方法，既提高了工作效率，又提高了矯正效果。

火焰加工的熱源一般是采用氧氣與乙炔，因?yàn)檠鯕?乙炔焰產(chǎn)生的溫度高，加熱快。火焰矯正是在鋼材彎曲變形不平處用火焰局部加熱的方法并且在需要的條件下輔助用水冷卻進(jìn)行矯正的�，F(xiàn)以一般強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼A級(jí)鋼（C≤0.25si≤0.50Mn≥2.5p≤0.035s≤0.035）為例；

火焰矯正的原理就是利用金屬材料熱脹冷縮的特性。當(dāng)局部加熱時(shí)，被加熱處鋼材受熱從而膨脹，但由于鋼材周?chē)�的溫度較之其受熱處要低，并且在火焰矯正實(shí)施過(guò)程中如果需要的情況下可以輔助加以水，使其冷卻反差加劇促進(jìn)冷卻效率，因而受熱處膨脹受到阻礙變大，加熱處材料受反變形壓縮壓力，當(dāng)火焰加熱溫度達(dá)到600~800℃是，壓縮應(yīng)力超過(guò)材料屈服極限，產(chǎn)生壓縮塑性變形，停止加熱后，材料驟然冷卻，結(jié)果引起材料新的變形以抵消原來(lái)的材料變形，這就是火焰矯正。

1.火焰加熱時(shí)的位置與是火焰矯正成功的主要條件。加熱位置選擇的正確與否直接關(guān)系著矯正效果，如果加熱位置選擇錯(cuò)誤不但不能起到預(yù)期的矯正效果，而且會(huì)產(chǎn)生新的變形使材料的變形進(jìn)一步加大。同時(shí)也因該注意火焰能率：

以下為火焰矯正時(shí)的加熱溫度（材質(zhì)為一般強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼）

低溫矯正???500度～600度火焰顏色為深褐紅色冷卻方式：空氣和水（低溫矯正盡量少用，控制不好容易使鋼材產(chǎn)生脆裂）

中溫矯正???600度～700度火焰顏色為暗櫻紅色冷卻方式：空氣和水高溫矯正???700度～800度火焰顏色為櫻紅色冷卻方式：空氣和水2,加熱方式的作用也不可小窺1）線狀加熱法

加熱時(shí)火焰沿直線方向移動(dòng)或同事在寬度方向做一定的橫向擺動(dòng)，稱之為現(xiàn)狀加熱。它有直線加熱、鏈狀加熱、帶狀加熱三種。2)點(diǎn)狀加熱法

加熱區(qū)域?yàn)橐欢ㄖ睆降膱A圈狀的點(diǎn)，稱之為點(diǎn)狀加熱。根據(jù)材料的變形情況可加熱一點(diǎn)或者多點(diǎn)。多點(diǎn)加熱常用梅花式，各點(diǎn)的直徑通常為1.5cm,對(duì)材料的厚薄情況也要情況適當(dāng)加減加熱點(diǎn)的直徑大小。變形量越大，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離應(yīng)該小些，一般為5~10cm之間。加熱線的橫向收縮一般大于縱向收縮，其收縮量隨著加熱線寬度的增加而增加。加熱線寬度一般為材料厚度的0.5~2倍左右。線狀加熱一般用于變形較大的結(jié)構(gòu)，如分段板架變形、板架的起伏波浪變形等。3）三角形加熱法

加熱區(qū)域是三角形的稱之為三角形加熱法。由于加熱面積較大，所以收縮量也比較大，并由于沿三角形高度方向加熱寬度不等，所以收縮量也不等。因而常用于剛性較大構(gòu)建彎曲變形的校正。

以上就是火焰矯正比較常用的三種方法，在此基礎(chǔ)上摸清火焰溫度掌握火焰局部受熱和冷卻時(shí)所引起的材料變形規(guī)律，是火焰矯正成功的關(guān)鍵。

綜上所述，船舶建造過(guò)程中，焊接變形是不可避免的，只能采取有效的方法、措施分段裝配預(yù)防、控制焊接變形，并對(duì)超出公差要求的焊接變形進(jìn)行矯正，從而既滿足船舶強(qiáng)度和使用性能，又滿足經(jīng)濟(jì)性要求。

201*年3月28日

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船體結(jié)構(gòu)焊接變形的控制與矯正

摘要：船舶建造過(guò)程中的變形是一種常見(jiàn)現(xiàn)象，主要是由于船體結(jié)構(gòu)在焊接后產(chǎn)生的局部和整體變形所導(dǎo)致。如不及時(shí)采取有效措施，會(huì)造成尺寸偏差、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、強(qiáng)度降低等后果，給下一階段的焊接和裝配工作帶來(lái)很大困難，不僅導(dǎo)致工期延長(zhǎng)，甚至無(wú)法達(dá)到規(guī)范要求。因此，研究焊接變形產(chǎn)生的原因，采取正確的控制措施，合理地對(duì)變形進(jìn)行矯正，對(duì)縮短船舶建造周期，提高船舶建造質(zhì)量具有重要意義。

關(guān)鍵詞：火工矯正控制變形船體結(jié)構(gòu)1概述

隨著世界造船業(yè)的不斷發(fā)展，船舶現(xiàn)代化程度越來(lái)越高，在船舶的建造過(guò)程中，新技術(shù)、新工藝不斷得到應(yīng)用，我國(guó)已經(jīng)成為世界造船大國(guó)之一。船體本身是特殊的，其外形是個(gè)空間曲面，在船舶建造和修理過(guò)程中為了修正其結(jié)構(gòu)的變形，船體主要是由焊接的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，船廠通常采用火工矯正的工藝方法。2船體結(jié)構(gòu)變形原因及形式

船舶建造過(guò)程中的變形是一種常見(jiàn)現(xiàn)象，主要是由于船體結(jié)構(gòu)在焊接后產(chǎn)生的局部和整體變形所導(dǎo)致。產(chǎn)生焊接變形最基本和最本質(zhì)的因素是焊接過(guò)程中的熱變形和焊接構(gòu)件的剛性條件，在焊接過(guò)程中的熱變形受到了構(gòu)件剛性條件的約束，出現(xiàn)了壓縮塑性變形。船體變形可大致分為：發(fā)生于焊接結(jié)構(gòu)某部位的構(gòu)件局部變形，除此之外，還有體變形，即整個(gè)結(jié)構(gòu)形狀和尺寸發(fā)生了變化。3焊接變形的預(yù)防與控制

由于焊接變形有可能造成的嚴(yán)重后果，我們?cè)诖�舶建造過(guò)程中必須做好對(duì)船體變形的控制，盡量減少變形，預(yù)防超標(biāo)準(zhǔn)的變形情況出現(xiàn)。

由于焊接變形有可能造成的嚴(yán)重后果，我們?cè)诖�舶建造過(guò)程中必須做好對(duì)船體變形的控制，盡量減少變形，預(yù)防超標(biāo)準(zhǔn)的變形情況出現(xiàn)。目前在實(shí)際生產(chǎn)中，主要應(yīng)用以下四種辦法控制變形。3.1正確的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

①設(shè)計(jì)薄板結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)校核和提高構(gòu)件的穩(wěn)定性，防止波浪變形。②優(yōu)先考慮型鋼代替鋼板，想方設(shè)法提高鋼材的利用率，盡可能減少焊縫數(shù)量。③盡可能選取小的焊縫尺寸，在保證結(jié)構(gòu)承載能力條件下，綜合施工工藝的可能性。④為避免焊接后產(chǎn)生扭曲或較大彎曲變形，應(yīng)盡可能使焊縫對(duì)稱于截面中性軸，選用對(duì)稱截面的結(jié)構(gòu)。3.2合理的裝配焊接工藝

合理的裝配焊接法是另外一種控制總體和結(jié)構(gòu)變形的重要方法。船體裝配應(yīng)盡可能地在無(wú)裝配應(yīng)力強(qiáng)制下進(jìn)行。若裝配應(yīng)力過(guò)大，則有可能在未焊接時(shí)即產(chǎn)生波浪變形，對(duì)薄板構(gòu)件的焊接裝配尤其需要注意。焊接電流、焊接速度、焊接方向、焊接順序、焊接方法等都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生影響。針對(duì)不同的板材及焊接方法，可選取不同的焊接電流與焊接速度，但焊接順序和焊接方向一般來(lái)說(shuō)具有一定的原則性，且對(duì)整個(gè)船體的變形影響顯著。3.3反變形措施

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