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船体整体建造中应力集中的消除技术探析

发表时间：2021/5/6 来源：《中国科技信息》2021年6月作者：李传利

[导读] 焊接工艺参数可以直接影响船体整体建造质量，一旦当焊接部位存在应力集中现象，则势必会导致船体强度受到影响，因而必须掌握船体整体建造中应力集中的消除技术。本文从多个方面分析论述船体整体建造中应力集中的消除技术，包括运用合理的焊接顺序与方法、选择合理的焊接工艺参数、预留变形余量、控制好焊接电流电压、防止焊缝缺陷产生。

上海东真船舶工程有限公司李传利 200940

摘要：焊接工艺参数可以直接影响船体整体建造质量，一旦当焊接部位存在应力集中现象，则势必会导致船体强度受到影响，因而必须掌握船体整体建造中应力集中的消除技术。本文从多个方面分析论述船体整体建造中应力集中的消除技术，包括运用合理的焊接顺序与方法、选择合理的焊接工艺参数、预留变形余量、控制好焊接电流电压、防止焊缝缺陷产生。
关键词：船体整体建造；应力集中；焊接工艺
        目前来看，船舶建造过程中最常用的方式是整体建造法，这种方法可以很好的保证建造质量，但因为各类受力构件极易受到外界因素的影响，导致局部位置更易产生应力集中的情况，严重时会直接导致结构发生变形，对船体整体建造质量会产生直接的影响[1]。因此，在船体整体建造过程中，必须有针对性的去解决应力集中这一问题，尤其是避免焊接部位出现应力集中，以此充分保证船体建造质量。本文从多个方面分析探讨了船体整体建造中应力集中的消除技术，现作如下的论述。
        1.运用合理的焊接顺序与方法
        合理的焊接顺序与方法是降低应力集中风险的基本措施，要给予高度的重视。具体来说，在焊接顺序与方法确定时，需要重点把握以下六方面的要点：
        ①无论是焊缝还是钢板，均需要确保一侧有着良好的自由收缩性。
        ②在焊接过程中要对焊缝性质作全面的分析，合理处理焊缝。若焊缝刚性拘束较小，则要优先加以处理。
        ③若在焊接过程中发生板接缝和构架相交的问题，势必会形成对接缝和角接缝，因而在焊接时要优先处理对接缝。
        ④若构件处于同一个断面内，则要结合实际情况来确定焊接工序。先处理大接头对接缝，然后处理其余构件的对接缝，最后再着手处理大接头角焊缝的残余拉应力。
        ⑤技术人员要对焊接部位开展分段处理，在焊接操作时先进行中部的焊接工作，而后再向左右两端同时延展，这样可以有效提升整个结构的均匀性[2]。
        ⑥如果在焊接过程中发现角接缝的位置与大接头肋骨处较为接近，则要优先开展大接头部位的焊接工作，最后再去开展角接缝的焊接工作。
        2.选择合理的焊接工艺参数
        在进行焊接时，应根据不同的焊接结构，选择不同的焊接手段，在条件允许的情况下，要先使用小焊接电流，比如手工电弧焊，再使用中焊接线电流，相比较于快速焊接，使用小焊接线电流可以减少受热，从而减小残余应力。需要严格遵循一点原则，即要充分确保焊接质量，并在此基础上最大限度减小焊接线能量。对于手工电弧焊方式来说，为确保所选定的焊接工艺参数合理准确，在焊接过程中要保证焊接电流始终稳定在下限状态。实践研究发现，通过这种方式可以非常有效的缓解焊接的受热程度，焊接的残余应力也可以因此而削弱，应用效果显著。
        3.预留变形余量
        在船舶建设过程中，由于没有提前预留出焊缝宽度，可能会出现应力现象，为避免应力现象的产生，应该在焊缝预留出变形余量，这样可以减小应力现象，并利用应力现象将钢板拉直。如果焊缝较窄，可能会出现应力现象，使焊缝凸起。对于装焊补板作业来说，因为会受到结构特殊性质的影响，导致焊接工作无法有效的自由收缩，最终引发应力集中的问题，严重时还会导致整个结构发生裂纹。为有效防止这种问题的发生，在焊缝焊接作业时，可以设置一个较大的拉力，借助这一拉力可以确保结构板出现拉平现象，以此来实现减小焊接残余应力的目的。

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        4.控制好焊接电流电压
        船体整体建造过程中非常注重焊接工艺的应用，最为常用的焊接工艺是手工电弧焊接技术。在使用手工电弧焊接技术时，虽然可以取得很高的焊接效果，但也会存在一定的问题。比如手工电弧焊接技术非常依赖焊接电流，一旦焊接电流值超出正常范围内，则极易出现焊缝熔深现象，这会导致结构凸起的问题。而当焊接电流值低于正常范围时，极易出现难以起弧的问题，这对焊接进度和质量均会造成很大的影响。具体来说，在焊接电流值控制方面，药皮等材料会对电流造成很大的影响，即便是将焊接电流控制的足够大，当受到药皮高度导电的影响时，必然会导致木材发生过热催化。另外，熔池凝固所需要的时间较长时，焊接宽度也会有所增加，一旦焊接时的速度超出了规定的正常范围，熔池冷却时间会随之缩短。因此，在船体整体建造过程中，要充分考虑到焊接的直径，将焊接直径作为焊接电流值的参考依据。在确定焊接时的速度时，技术人员要对焊接运条方式开展全面性的分析。目前来看，船体整体建造过程中所采用的运条方式多为横向摆动式。鉴于船体整体建造对焊缝的晶粒密度有很高的要求，因而在实际操作过程中要严格遵循多层、多道的焊接方式，充分保证焊接质量。
        5.防止焊缝缺陷产生
        船体整体建造具有复杂性和专业性的显著特点，焊缝缺陷会直接威胁船体整体建造质量，但因为焊缝缺陷的类型多样，导致预防工作会遇到较大的难度。为此，必须结合焊缝的具体性质来制定针对性的处理方案。总的来说，为防止焊缝缺陷问题的发生，一方面要根据所选的构件来确定合适的焊接速度，在焊接过程中设置监测点，及时测定数据，开展数据对比工作。以此来明确船体结构的变形状况，最大限度避免应力集中问题的发生。就船体焊接过程中经常发生的焊接缺陷来说，主要包括气孔缺陷、夹渣缺陷、未焊透缺陷、表面波纹粗缺陷、焊瘤缺陷、咬边缺陷、焊缝表面凸起太大、焊宽太大。
        ①气孔缺陷：在防止气孔缺陷时，可以对焊条开展烘干处理，同时使用钢丝刷等多种工具来完成清洁。
        ②夹渣缺陷：在防止夹渣缺陷时，最为直接且有效的方式是根据实际情况来提升电流值。
        ③未焊透缺陷：在防止未焊透缺陷时，施工人员要加大焊接电流。
        ④表面波纹粗缺陷：出现表面波纹粗缺陷的根本原因是焊速过快，实际防止时可以降低焊接速度。
        ⑤焊瘤缺陷：焊瘤缺陷出现的原因是电流低于正常范围，实际防止时可采取加大焊接电流的做法。
        ⑥咬边缺陷：当电流超出正常范围时便会发生咬边缺陷，实际防止时要适量降低焊接电流。
        ⑦焊缝表面凸起太大：焊缝表面凸起太大与焊速偏慢、焊接电流超出正常范围有很大的关系，实际防止时最有效的方式是提升焊接速度[3]。
        ⑧焊宽太大：当电流超出正常范围时会发生焊宽太大的问题，可以通过降低焊接电流来防止。
        6.结语
        应力集中问题会对船体结构质量造成很大的影响，为有效防止应力集中问题，要重点从焊接顺序与方法确定、焊接工艺参数确定、预留变形余量、焊接电流电压控制等方面来着手。在焊接过程中要对一些典型缺陷制定针对性的防止策略，做好监测工作，充分消除船体焊接结构件残余应力，保证船体整体制造质量。
参考文献
[1]赵健.影响船体焊接结构件残余应力的因素及消除方法研究[J].无线互联科技,2020,17(01):139-140.
[2]陈乐.船体结构应力监测及健康评估系统[J].机电设备,2020,37(02):9-13+19.
[3]赖道洪.对船体建造中典型质量缺陷的探讨[J].船舶物资与市场,2020,177(11):53-54.