船舶焊接变形的形成与控制

2022-09-11

前言:与古老的船舶建造不同, 在进行现代化的船舶建造时, 大量的钢结构应用在其中, 进行钢结构的拼装时自然而然的就需要用到焊接工艺。焊接工艺在应用到船舶焊接的工作中, 对于其技术要求是相当高的, 一旦出现焊接接头变形的情况, 对于船体的构件都会有很大影响, 会严重降低船舶构建的强度和韧性, 最终对船舶整体的建造质量都会有很大影响。

1 船体焊接结构件变形原因

要想知道船体结构件出现焊接变形的原因, 首先要对船体结构件的组成成分有一个清晰的认识。船舶工程的结构件包括冷热轧钢板、型钢以及成型件等构成, 所以对于焊接变形原因可以从结构件的制造流程来看, 经过研究可以分为三方面原因:焊接热应力、残余应力和外力。

首先, 焊接过程中出现的焊接热应力其概念是指在构件进行焊接作业时, 对金属材料的加热和冷却过程操作不均匀而产生的结果。在进行焊接工作时, 焊接所用的热源时一种高温电弧, 随着操作这的移动而移动, 在这个过程中金属材料被作业区域的温度极高, 金属材料会发生热胀的现象, 但是因为金属材料自身的未作业区域金属对于这种热胀作用具有抵制作用, 所以在两区域接触的地方便会出现压缩形变。构件的形变程度与作业区域的电弧温度具有正比例关系。

其次, 对于残余应力的解释可以从焊接以及成型加工两方面来说, 在进行这两项工作时, 都会产生残余应力。在进行某一构件的焊接工作时, 焊接结束后, 焊缝金属由热胀开始冷缩, 但是又会被其他未进行焊接作业的常温金属所抑制, 这时候在两接触区域便会产生残余应力。相对的成型加工所产生的残余应力则主要是由于外力作用而产生的, 再进行成型加工时, 需要依靠外力作用才能完成加工作业, 在此期间外力不仅仅是对加工产生有益作用, 还会对构件本身产生一些不必要的外力作用, 使已经焊接完成的构件产生残余应力。

最后就是外力作用, 外力作用可以从字面意义上来理解, 是指在进行焊接以及装配期间由于碰撞、摔打等导致的异常形变。

2 对于焊接作业的影响因素

在进行具体的焊接工作时, 并不是一帆风顺的, 期间会有很多因素对焊接工作产生影响, 使焊接工作的进度和质量受到影响。其中影响因素可以分为热应变以及塑性应变。可以清晰地感觉到两种因素分别从焊接作业过程中和焊接作业后产生影响。

大多数时候在进行低碳钢的焊接作业时焊接变形较小, 可以忽略不计。但在进行合金高强钢的焊接工作时, 其固态形变经常是发生在弹性丧失温度以下, 所以对于形变时膨胀所引起的应变变化, 要引起高度重视。经此分析, 可以将焊接变形的因素总结为热应变、塑性应变以及相变的综合影响。

2.1 焊接方法和工艺参数

对于不同的构件进行焊接所采用的焊接方法也不尽行相同, 其所引起的收缩量也不相同。比如当焊接的厚度相同时, 单层和多层焊接相比, 纵向收缩量较其大很多。焊接参数对于收缩量的影响体现在线能量, 线能量增加, 则对于塑性变形区的压缩力逐渐加大, 使得塑性变形区域不断扩大, 收缩量也就随之不断加大。

2.2 焊缝长度以及截面积

焊缝的长度和宽度对于焊接时的影响是极为巨大的, 焊缝的长度和宽度越大, 则相应的其纵向与横向收缩量便会越来越大。其次, 在手工焊接和自动焊接时对于横向收缩量的影响也很大。

2.3 焊缝所处的位置

在进行焊接作业时, 所涉及到的焊接作恶位置时不固定的, 可能会出现在船体结构的任意部位。例如在结构的重心分割位置的, 则产生的形变较为简单。若是出现在结构的不对称位置时, 除了产生纵向与横向的缩短问题外, 还会产生弯曲变化, 当焊接位置偏离中心位置越远, 则焊接时产生的收缩力越强, 随之而来的就是弯曲变形程度加大。

2.4 装配和焊接程序

对于船体的构件在进行装配以及焊接时, 需要分成很多的工序来进行, 在此过程中, 任何工序的不规范都会导致构件出现不同程度的变形, 有大有小。所以出于船体的整体性能来考虑, 在进行焊接以及装配的工序先后顺序上就要多加考虑, 经过研究发现先进行装配在进行焊接能够有效减少弯曲变形的情况出现, 但是对于有些构构件来说, 只能够采用变装配变焊接的工序。

3 焊接变形的控制措施

3.1 优化结构设计

在进行船体的结构设计时, 不仅仅要满足船舶的强度、硬度以及使用性能, 还要对船舶进行装配焊接时所需的减少焊接变形进行周密的设计。根据船舶的特点进行设计, 减少人工以及焊接的工作量和工作难度, 降低成本, 这是船舶设计时所必须要进行具体规划的。具体的可以分为:分段建造、焊接时对称焊缝、减少焊缝截面积和焊缝数量、装配焊接时采用简单装配焊接胎卡具。

3.2 优化建造工艺

首先是施工方面, 一是应该大量采用自动埋弧焊和以及其他的保护焊工艺, ;二是选择合理的焊接参数和装配工序;三是无装配应力进行船体的整体装配。其次就是焊接工艺方面了, 进行具体的焊接作业时可以采用刚性固定法和反变形法, 对于将要进行焊接的构件预先留出收缩余量。

刚性固定法的含义是将需要焊接的构件在刚性的平台或胎架上进行固定, 人后等到所有的焊接工作结束后待冷却之后将其从平台上解放, 能够有效避免焊接变形的程度。在进行具体的=刚性固定法选择是需要根据具体的焊接构建以及焊接方法进行选择, 所以就产生了许多的刚性固定法, 例如临时加筋板、临时点焊加强角铁、分段四周定位焊等多种方法, 这些方法对于船体的焊接工作提供了极为便利条件。

反变形发从名字上就可以看出其工作原理是什么, 其可以理解为根据焊接时产生的形变状况预先对其进行反向设置, 期大小可以正好抵消在进行焊接室内产生的形变程度, 将形变程度减小到最少。

预留收缩量则是在进行焊接工作之前对构件的焊接部位预留出一部分空间, 已满足焊接后构件进行形变所需的空间区域。将可能发生的形变程度降到最低。

4 结束语

综上就是对船舶焊接过程中出现的形变原因以及控制方法的论述, 对于船舶焊接产生形变的问题我们不能因为已经有了有效的解决方法就掉以轻心, 在进行传播的焊接以及装配过程中不仅仅要加强技术的改善, 还要加强监督与检测, 对船舶的质量进行严格把关。

摘要：在现代船舶航海过程中, 大部分船舶出现事故的原因是因为船舶在建造过程中进行整体或部分焊接时, 大量焊接结构的不规范, 导致了船体的精密程度不达标, 在后续的航海过程中一系列的问题慢慢显露出来, 最终导致各种事故的出现。所以, 对于船体的焊接工作务必要严格规范, 尽量减少出现焊接变形的情况, 以保证船舶能够正常进行海上运输工作。

关键词：船舶建造,焊接变形,控制