李江 翟青占 张聪
新大洋造船有限公司，江苏 扬州 225107
摘要：作为一类较为常见的质量问题，船体结构焊接过程中的变形时有发生。如果对这样的问题不能第一时间进行处理，就会对后续的焊接产生较大的影响，继而影响到装配工作的开展。故此，针对船体结构焊接变形技术进行优化，能够保证焊接结构的高效制造与应用。本文主要从船体专业的角度出发，对船体焊接变形产生的原因进行了阐述，并分析了控制船体焊接变形的一些举措。
关键词：船体结构；焊接变形；技术
在船舶制造的过程中，几乎每一道建造工序，都会有大量的焊接结构件应用其间。焊接接头变形，会严重损坏接头的功能，影响船体构件的韧性与强度。焊接变形的发生，还会影响建造的精度，从而降低船舶建造的质量。有鉴于此，针对船体结构焊接变形进行相关的研究，是非常有必要的。
1、船体结构焊接变形的影响因素
1.1焊接工艺及其参数
在焊接工艺开展的过程中，应当尽可能地让焊缝实现自由收缩，以最大程度上降低应力对大型焊接结构之影响。焊接的过程中，基本上要从中间向四周进行，而后对称化地操作。对于收缩量较大的焊缝，要首先进行焊接。对接焊缝收缩量比角焊缝大，因此相同结构中此两种焊缝都存在的时候，要尽量首先焊接对接缝。要按照焊缝结构的不同情况，确保工艺参数数值尽可能小，使用小电流，使用半径较小的焊条。如果焊接电流的数值比较大，焊接速度就要尽可能快，以减少焊件的受热区域，规避焊接应力的产生，减少焊接变形。
1.2焊缝位置
比如说，弯曲变形的发生，一般都是由于焊缝的布置不够对称引起的。一些较为繁密的船体焊接构件，焊缝的数量是非常多的，距中和轴的距离亦是长短不一，弯曲变形极易发生。鉴于此况，应当尽量使焊缝的分布对称舯剖面的中和轴，尽量避免焊缝分布于应力较集中的位置或者易产生变形的方向。一般来讲，焊缝与中和轴之间的距离越大，产生的力矩就会越大，弯曲变形也就会越大。所以，焊缝要布置在中和轴上或尽量接近中和轴，以使弯曲变形减少。
1.3焊缝长度及截面积
一般而言，焊缝的长度数值越大，其纵向收缩量数值就会愈大。焊缝的宽度数值增加，其横向收缩量也会随之增加。横向收缩量，还受到接头方法、坡口方式、板子厚度等因素的影响。在手弧焊操作的时候，增加板厚，增大收缩量。在自动焊操作的时候，同行的板厚状况下，V形坡口比X形坡口收缩量大，对接焊缝的横向收缩量比角焊缝大。
1.4装配焊接流程
装配焊接流程，在不用的阶段，构件的重心位置不一样，而且刚性值也是不同的。这样一来，就会对焊接变形产生较大的影响。如果对比装配完成以后焊接以及一边装配一边焊接这两种形式，前者会使其弯曲变形减少。
2、船体结构焊接变形控制措施
2.1船体设计方面
在开展船体结构设计的进程中，需要严格依循结构焊接变形的实际情况，采取行之有效的措施，对焊接变形进行有效的控制。主要还是需要采取合理的施工方法，根据船体结构的实际情况，优化工艺工法。对船体进行分段，将焊接变形的力度予以分散。
将短焊缝作为首选。选用可以使焊接次数减少的结构种类等等。
2.2事先预测
实事求是地讲，船体结构的焊接变形，往往再怎么细心，也会发生。基于此种不可避免的情况，就需要未雨绸缪，提前以科学的理念，对变形进行相关的事先预测。按照预测结构，就变形处理技术进行全面的规划。常用的变形预测方法有很多，诸如数值分析法、实验法、等效载荷法等等。
2.3全面优化施工工艺
首先，在装配与焊接流程方面，要给予切实的优化；其次，在船体装配进行的过程中，应尽可能地避免装配应力存在的情况；再次，焊接工艺，应确保高效化，应尽可能地降低焊接的次数，减少双面焊接，控制受热面积。此外还可以采取预热法、刚性固定法等方法，以防止焊接出现变形。
3、船体结构的矫正
此类矫正，最常使用的是火焰矫正法。唯有在分段制造的时候，或者大合拢期间，才会使用机械矫正法。火焰矫正法，就是利用火焰对热钢材的局部进行加热处理，待其冷却以后，新的局部变形就会形成，而后对旧的变形进行抵消，以臻矫正之目标。此种方法作用的发挥，需要精准选好加热位置，控制好加热的温度，以及冷却所需要的时间，最终才能达到较好的效果。一般来说，加热温度数值越大，矫正能力数值就会越大。通常的温度范围是600-800℃之间，加热所用原料为氧乙炔。这种方法，在低碳钢结构与一些普通低合金钢结构中适用。
火焰加热的方式有很多种。一个是三角形加热。此种加热的范围是三角形，针对刚度大，厚度大的构造弯曲变形非常管用。具体的过程中，三角形的底边要确保位于被矫正构造的拱边上，顶端朝焊件的弯曲方向；二是点状加热。顾名思义，就是按照结构的实际特点，以及结构变形的实际情况，以点为基本单位，进行一点加热，或者多点加热。针对厚度较大的板子，加热半径也要大一些。针对厚度较小的板子，加热半径通常不小于7.5mm。变形量的数值越大，点与点之间的距离就要越小，通常在5-10cm之间，点的间距在10cm左右加热时，从变形值最小的地方开始，依次向变形值大的地方行进，第一次加热冷却以后，才能进行第二次加热；最后就是线状加热。此种方法，基本是以直线作为加热的路径，火焰同时沿宽度方向进行摆动，最终就会形成带状加热的局面。加热的过程中，横向收缩通常需要大于纵向收缩。在通常区域内，横向收缩随加热宽度的增加而增加，通常为1.5-30mm的数值范围。
火焰加热以后，可以水冷，亦可以空冷，冷却方式需要灵活选择。所谓水冷，即通过加热后紧接着浇注冷水实施冷却，其冷却速度比较快，可提升矫正效率。水冷又可以分为正面跟踪水冷与背面跟踪水冷两种。所谓空冷，即通过加热后在空气中进行自然冷却，其冷却速度比较慢，只在某些特殊要求的钢材情况下使用，或者在冬天施工的时候应用。
4、结论
综合来看，在船舶制造的过程中，引起船体结构焊接变形的因素是多样的。具体到每一个基本变形模式的控制原因，分析起来也是极为繁琐的。为了将船舶结构焊接变形控制在最小的范围以内，要不断优化施工工艺，不断创新船体设计，尽可能地减少焊接变形的发生频率，从而保证最终的工程质量，使其满足相关的标准要求。
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