周桥
江南造船（集团）有限责任公司
摘要：本文首先阐述了焊接变形的原因，接着分析了影响船体焊接变形的主要因素，最后对焊接变形的控制措施进行了探讨。
关键词：船舶建造；焊接变形
引言：
在船舶建造过程中，焊接变形经常发生，而且是不可避免的，焊接部件一旦变形，后果非常严重，无法预料。所以在控制方面，要从结构设计、施工工艺等方面深入分析研究，焊工应掌握焊接技能，及时检查焊接构件的使用是否有问题。只有这样，才能在施工过程中有效控制船舶的焊接变形，应采取积极有效的措施减少焊接变形，以满足船舶强度和强度的要求。
1焊接变形的原因分析
在造船工程中，它主要是由冷轧和热轧钢板、型钢和这两种构件焊接在一起而成。从结构制造技术的角度来看，船体结构变形的主要原因主要来自三个方面:焊接热应力、外部干涉和残余应力。焊接热载荷引起的变形主要发生在实际焊接操作中。金属材料热引起的冷却会导致焊缝及其周围零件变形。焊接时，热源主要是由高温弧、焊缝位置的高金属和热影响引起的。但是，金属受周围温度条件金属的控制和阻挡，导致压缩变形。机身结构中焊缝变形的程度与焊接过程中从热源导出的能量成正比。残余应力变形的主要原因是焊接残余应力和成形应力。零件焊接完成后，焊缝处的金属区域受到热胀冷缩的影响，但同时也受到常温下周围金属的影响，此时会产生焊后残余应力。船体成型后的残余应力主要是由加工的外力引起的，如工件自由弯曲过程的形式、钢板平压次数不符合要求等。外力引起的变形主要是指船体在装配和焊接过程中，由于碰撞、挤压等人为因素引起的焊接部位的异常变形。
2影响船体焊接变形的主要因素
2.1焊接方式与焊接工艺参数分析
不同的焊接方法会导致不同类型的收缩。当机身熔接件厚度几乎相同时，单一平面的垂直收缩比横向收缩大，主要是因为多层熔接冷却后防止后续熔接段收缩。与直焊缝方法相比，分段焊缝方法会导致较小的收缩，因为它使焊缝温度相对均匀，并且生成的压缩变形相对不均匀。焊接工艺参数的影响主要是线性的，通常表现为压缩变形随能量的增加而增大。因此，实际收缩率较高。
2.2焊缝长度以及截面积
焊缝的长度和宽度对焊接有很大影响。焊缝的长度和宽度越大，纵向和横向收缩越大，它对手工焊接和自动焊接时的横向收缩有很大影响。
2.3焊缝所处的位置
在焊接过程中，相关焊接位置不固定，并且可能出现在机身结构的任何部分。例如，在分割结构重心的位置，变形更容易。如果结构出现在非对称位置，则不仅可以发生垂直和水平缩短，还可以发生曲线变化。如果焊缝位置不同于中心，则焊接时收缩力会增加，弯曲变形也会增加。
2.4装配和焊接程序
安装和焊接船体组件需要多个过程。在此过程中，每个操作中的不规则性可能导致组件的不同变形。为此，考虑到船舶的整体性能，应更好地考虑焊接和装配作业的顺序。已确定装配后将焊缝装配在一起可以减少弯曲变形。但是，对于某些元件，只能继承已由组件更改为焊缝的工艺。
3焊接变形的控制措施
3.1提升制造工艺
(1)船体在无装配应力的强迫下装配；(2)采用自动埋弧焊等相关气体保护焊工艺；(3)装配时选择科学合理的焊接规范参数和焊接顺序。在焊接过程中，尽可能选择科学上合理的刚性或塑性变形。保留部分收缩率，并使用刚性、固定和变形方法处理焊接过程中的变形。某些收缩的目的是补偿生产中焊接后尺寸的减小，并提前考虑实际收缩。精确的尺寸可以用经验公式来估计。
船舶公司采用固定的焊接变形控制方法，主要将部件固定在足够刚性的平台或支架上，在拆卸外轮胎之前冷却待焊接部件的焊接接头。可以有效地控制自由状态下产生的变形。在焊接组装过程中，船体经常会遇到各种刚性固定方式，如临时固定肋、临时点焊钢筋、分段周围定位焊接、船体分段钢筋、地脚螺栓连接等。
3.2焊接变形的预测
焊接变形预测最常用和最重要的方法是热弹塑性有限元法，它不仅具有同时分析各种影响因素的优点，而且可以计算复杂的大规模数据，基于力学行为模拟大型焊接结构。对于焊缝变形，重要的是分析微观组织的变化，固定相的变化是否会影响热过程、变形场等，需要综合分析几何、材料、状态等非线性属性。固有应变法不同于热弹塑性模拟，它基于完整的焊接结构和合理的焊接变形模拟计算方法，集热应变、塑性应变和相变应变于一体。一般来说，固有应变是塑性应变和相变应变的残余量之和，即分散在焊缝及其影响区的焊接残余应力源和焊接变形源。焊缝变形优化设计是研究基于有限元素的焊缝变形相关方法的重要方法。它也是考虑焊缝变形优化目标和焊缝变形设计变量影响的重要手段。焊缝变形的优化设计目前是焊缝顺序和焊接工艺的优化。熔接顺序会直接影响薄壁板的结构，从而使熔接变形。学术界对焊接顺序的优化主要基于接头刚度法，对焊接热过程的优化主要基于有限元分析、灵敏度分析和非线性规划理论，可以实现焊接热过程中的瞬态焊接优化，如设计焊缝加热区、优化其尺寸、减少焊接变形的发生。
3.3结构设计方面
船体的结构必须与船舶的强度和投产后的整体性能相符。同时，必须满足航运业的要求，最大限度地减少焊接变形，最大限度地减少劳动成本。工作时充分注重焊接特点，实现船舶整体设计，可以有效降低焊接变形。为此，航运业经过多年的发现和总结，制定了以下有效控制措施:(1)采用船体分段制造法，可以有效降低船体的工作量，控制船体整体焊接变形的影响因素；(2)要尽可能保证焊缝的对称性，或者靠近结构构件的中心轴线，防止完全变形；(3)在充分保证船体整体结构强度的基础上，减小焊缝的尺寸和面积，这样可以减少收缩变形；(4)优化造船工艺，减少焊接工作量，减少整体焊接接头数量。
3.4提高焊接方法的科学性和规范性
焊接时，一方面要根据薄板结构的焊接要求选择相应的焊接工艺；另一方面，要注意科学规范的操作，保证焊接质量。选择焊接方法时，应注意以下三点:(1)焊接方法的能量密度应较高，以减少焊接变形；(2)应限制焊接线能量，以有效控制焊接变量；(3)薄板结构对称性差时，应改变焊接参数和焊接夹具的选择，焊接参数的设置和选择应以有效控制焊接弯曲变形为基础。严格控制焊缝数量非常重要。大部分变形发生在焊缝处。所以在设置焊缝数量时，要遵循少焊的原则，减少不必要的焊缝；在选择焊接件时，应优先选择冲压件和型钢件。在焊缝缺陷的矫正中，应采用相应的矫正方法。常用的校正方法有两种:(1)火焰加热法。该方法是指用气体火焰对薄板焊接构件进行热处理，并对塑性变形和冷却变形进行修正；(2)机械矫正。这种方法中使用的校正机器有锤子、滚筒等。通过向薄板结构施加外力，减小了变形程度。需要注意的是，无论采用哪种矫正方法，都要结合焊接环境、工具、薄板结构温度等因素来提高矫正质量。
结束语：
通过对船舶焊接变形的原因和焊接变形影响因素的控制措施的分析，可以看出，船舶焊接接头的变形对焊接界面的稳定性和船体的整体质量有很大的影响，导致船体零件的实际强度和韧性大大降低，焊接变形的发生对船舶制造的有效控制精度有很大的影响，进而对整个造船工程产生不稳定的影响。因此，做好焊接变形对我国造船业的发展起到了支撑作用。
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