陳紹兵++胡正瑞

[摘 要]隨著我國社會經(jīng)濟水平不斷提高，在船舶設(shè)計方面的關(guān)注度也逐漸提高，對于船舶設(shè)計過程中出現(xiàn)的焊接變形情況也相當(dāng)關(guān)注，并不斷提高對船舶建造質(zhì)量要求?；诖?，本文先后介紹了焊接工藝特點，流程，材料，問題和解決措施等，來概述船舶設(shè)計的焊接變形。

[關(guān)鍵詞]船舶設(shè)計；焊接變形；工藝流程；特點；材料；問題；措施

中圖分類號：V563 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）11-0038-01

1 船舶焊接工藝數(shù)據(jù)特點

對于焊接工藝而言，指的是焊接流程和焊接技術(shù)等要求，包括焊前預(yù)熱、焊接方法、焊接材料、焊接設(shè)備、工藝參數(shù)以及焊后熱處理等，焊接工藝制作之所以復(fù)雜，是因為環(huán)境和人為不確定等因素造成的，船舶焊接工藝有其特殊性，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：船舶材料種類繁多；船舶焊接結(jié)構(gòu)件形狀多；船舶焊接有其的特殊性，需要進行組裝定位、焊前和焊后處理，這些都關(guān)系到船舶焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。

2 船舶焊接工藝設(shè)計流程

首先，船廠的生產(chǎn)設(shè)計部門根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)部件的焊縫信息，焊材，母材類型，厚度，坡口，焊角高，焊接形式，焊接姿態(tài)等，船廠的新進材料以及新的焊接工藝，進行工藝評定判斷。如果不需進行評定，根據(jù)此焊縫的焊接工藝要求的焊接工藝評定報告，編制WPS焊接工藝指導(dǎo)書，從而可以編制船舶現(xiàn)場的焊接工藝流程，有助于船廠現(xiàn)場的焊接操作。如果需進行評定，船廠的生產(chǎn)設(shè)計部需提供焊接試驗申請單給焊接工藝部。焊接工藝部收到焊接試驗申請單后，編寫相關(guān)的焊接試驗計劃書，安排試驗樣品，并將計劃書和樣品清單下發(fā)到船廠的焊接現(xiàn)場，現(xiàn)場的焊工根據(jù)焊接計劃書和樣品清單進行現(xiàn)場焊接試驗，試驗后的數(shù)據(jù)要反饋給焊接工藝部。數(shù)據(jù)合格，則可得到焊接工藝部的焊接工藝評定報告，現(xiàn)場生產(chǎn)車間就可以按照焊接工藝指導(dǎo)書中的焊接流程進行現(xiàn)場的焊接操作。如果試驗不合格，則需要重新編寫計劃書重新進行焊接試驗，直到焊接試驗數(shù)據(jù)合格。

3 船用焊接材料

船舶建造的過程中主要運用低碳鋼，高強度鋼，有時也會涉及到鋁合金、銅合金、鈦合金、不銹鋼和低合金鋼。目前我國的船用焊接材料主要使用國產(chǎn)品牌焊材，例如：雙絲MAG焊的焊絲，埋弧焊焊絲和焊劑，氣電垂直自動焊的藥芯焊絲等等。只有較高的韌性和合適屈強比的船舶焊接材料才能保證船舶的安全性。

3.1 焊條

船舶建造過程中采用的焊條主要有普通手工焊條、高效鐵粉焊條以及重力焊條，一般強度和高強度船體結(jié)構(gòu)采用的是普通手工焊條，基本上屬于低氫堿性焊條，例如：E4315、E5015。船舶建造過程中部件較短的角焊縫焊接時大多采用的是高效鐵粉焊條，為了提高船舶焊接的效率可以通過添加鐵粉在焊條藥皮中，從而達到提高焊接的熔敷效率的目的。在平角和角焊縫較短且集中船舶焊接位置使用重力焊條。

3.2 焊絲

焊絲主要分為實芯焊絲和藥芯焊絲，CO2氣體保護焊用的藥芯焊絲占到我國大型船廠焊絲的五分之四，按照生產(chǎn)用途，可以將CO2氣體保護焊用的藥芯焊絲分為以下幾類：普通藥芯焊絲（大多為碳鋼有縫鈦型焊絲）、垂直氣電焊焊絲、金屬粉芯藥芯焊絲還有一些焊絲專門針對某些特殊焊接方式。

3.3 埋弧焊材

制作埋弧焊材的焊絲的工藝是比較簡單的，焊劑對埋弧焊的質(zhì)量和其焊接性能影響程度較大。船廠使用的主要焊接方法中就包含埋弧焊，在平直對接和較長的焊縫焊接中常用，目前我國船用埋弧焊的焊劑主要為熔煉和燒結(jié)型這兩種，因為燒結(jié)型焊劑具有以下特點：無煙、無毒、無味、比重輕，與熔煉型焊劑比較其大大節(jié)約成本，所以目前燒結(jié)型逐漸代替熔煉型焊劑。

4 船舶在設(shè)計過程中焊接變形的原因

4.1 由外力引起的焊接變形

外力引起的焊接變形是指在船舶組裝、焊接過程中由于過載、撞、碰、摔、磕等引起的異常變形。外力引起的變形是常常發(fā)生的焊接變形，而且這種變形可以進行控制，即在焊接過程中應(yīng)小心保護便可避免。

4.2 殘余應(yīng)力變形

焊接應(yīng)力是焊接構(gòu)件在焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，主要是焊接過程中相關(guān)部位或構(gòu)件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力與焊接加熱過程引起相關(guān)部位或構(gòu)件形狀、尺寸的變化。產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因是焊接過程中溫度場不均勻及由其引起的局部塑性變形。當(dāng)焊接溫度場消失后其變形與應(yīng)力便稱為殘余焊接應(yīng)力和變形。在船舶建造過程中，主要是由于殘余焊接應(yīng)力影響相關(guān)構(gòu)件導(dǎo)致出現(xiàn)板材變形，例如，鋼板校平碾壓次數(shù)不足而致使焊接后產(chǎn)生殘余應(yīng)力而引起的變形。

4.3 焊接熱力變形

焊接熱力變形是船舶在建造過程焊接變形中較難以控制的變形。焊接熱力變形是由于船舶建造時所用的金屬材料在焊接過程中因冷熱不均而形成的。金屬材料焊接時采用移動的高溫電弧作為加熱熱源，而金屬溫度最高的部位是熱影響區(qū)與焊縫，這些部分金屬受熱膨脹，但其它部分金屬僅受常溫影響，因此兩種熱度不均的情況下形成了壓縮塑性變形，同時焊接構(gòu)件變形的程度與焊接時焊接熱輸入量成正比關(guān)系，因此，焊接時熱輸入量越大金屬材料變形越明顯。

5 控制船舶在設(shè)計過程中焊接變形的對策

5.1 合理的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計和建造工藝

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要滿足船舶使用性能與強度，還應(yīng)滿足船舶建造過程中使用的焊接材料最少、勞動工時最低、焊接變形最小等要求。同時還應(yīng)根據(jù)焊接特點設(shè)計船舶以減少焊接變形。具體要求如下：

確保結(jié)構(gòu)強度的基礎(chǔ)上，將焊縫截面積尺寸縮小，以達到減少收縮變形的目的；裝配過程中應(yīng)使用簡單方便的裝配焊接臺架；船體分段劃分過程中要充分考慮散裝件的數(shù)量和大小，盡可能減少船臺焊接工作量，以便控制好船體局部焊接變形；盡量將焊縫數(shù)量減到最少，焊縫應(yīng)靠近結(jié)構(gòu)中心線，或者應(yīng)以對稱性為主，這樣可以有效地避免出現(xiàn)彎曲變形。

5.2 保證焊接參數(shù)準(zhǔn)確

保證焊接參數(shù)的準(zhǔn)確性可以確保焊接質(zhì)量，焊接參數(shù)一般包括焊接電流量、焊接速度、焊接電壓量等數(shù)值，因此應(yīng)控制好相關(guān)焊接參數(shù)。如在焊接電流量參數(shù)控制方面，根據(jù)焊接WPS要求設(shè)置好電流量參數(shù)，要充分考慮焊接部件厚度、焊接接頭、焊接層次、焊條大小、焊接位置等等因素，同時又應(yīng)著重對焊接位置、焊條大小及焊接層次的參數(shù)控制，因為這三種參數(shù)對焊接變形具有直接影響作用，因此，只有將焊接參數(shù)控制在一定的規(guī)格范圍內(nèi)，才能有效地降低焊接變形的范圍。另外焊接施工人員對焊接速度的控制也很重要，既不能過慢也不能過快，若焊接速度過慢則將會擴大焊接受熱區(qū)域，而致使此區(qū)域內(nèi)的變形量增大；若焊接速度過快，則會導(dǎo)致焊接縫焊接與熔合不完全或焊接縫成型差等現(xiàn)象問題，影響船舶質(zhì)量。

5.3 散熱法與回火法

可以通過在焊接部位周圍放置散熱物體進而迅速冷卻焊接部件以達到減小熱影響區(qū)域的效果，熱影響區(qū)減小同時也縮小船體變形的范圍，這便是散熱法，亦稱為強迫冷卻法，使用該方法時應(yīng)注意避免淬火傾向大的情況，以防止因冷淬而出現(xiàn)裂紋?；鼗鸱ㄊ侵笇⒑附雍玫牟考w放置爐內(nèi)以小于或等于20至60℃的升溫速度進行加熱，隨后進行一定時間的保溫，出爐時空制其溫度，使溫度同時降至50至60℃，這種方法有效地防止焊接變形或開裂。

6 結(jié)語

綜上所述，為了降低船舶建造過程中焊接變形，應(yīng)在設(shè)計初期充分考慮焊接變形產(chǎn)生的因素，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和建造工藝；船舶建造過程中使用正確的焊接工藝，以及焊接后使用適當(dāng)?shù)纳峁に嚧胧瑴p少船舶建造過程中產(chǎn)生焊接變形，從而提高船舶的質(zhì)量與美觀。

參考文獻

[1] 馮志強.船舶焊接智能系統(tǒng)知識建模與推理方法研究[D].上海交通大學(xué)，2012.

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