甄詠鵬，鄒濤

（南通泰勝藍(lán)島海洋工程有限公司，江蘇 南通 226200）

船舶生產(chǎn)制造階段，不難發(fā)現(xiàn)船體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，故而施工實(shí)踐中出現(xiàn)變形情況也在所難免，且變形表現(xiàn)出多樣化特征，但是細(xì)致分析后也是有一定規(guī)律可以遵循的，具體是參照其變形特征進(jìn)行歸類。這樣工作人員就可以參照不同變形特征，選擇相適宜的火工矯正技術(shù)方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)修整變形問題，優(yōu)化船舶鋼結(jié)構(gòu)的制造效果，為我國船舶行業(yè)健康、快速發(fā)展創(chuàng)造更優(yōu)良的基礎(chǔ)。

1 火工矯正的概述

（1）火工矯正等同于利用火焰加熱作用，誘導(dǎo)鋼材偏短位置的纖維延長或者使較短部位的纖維發(fā)生短縮，最后使鋼材發(fā)生反變形，這樣構(gòu)件便能達(dá)到平直及某一幾何形狀提出的要求，和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提出的工藝方法相吻合。

（2）矯正方法的技術(shù)原理可以做出如下闡述：利用鋼材持有的塑性、熱脹冷縮屬性，在外力或者內(nèi)應(yīng)力的作用下使其出現(xiàn)反變形，剔除鋼結(jié)構(gòu)的彎曲、翹曲、外觀凹凸不平整等質(zhì)量問題，最后實(shí)現(xiàn)預(yù)期的矯正目標(biāo)。

（3）校直、校平、矯形等是火工矯正工藝的常見形式。

（4）點(diǎn)狀、線狀及三角形加熱是火工矯正經(jīng)常采用的加熱方法。點(diǎn)狀加熱即參照鋼結(jié)構(gòu)特征與變形狀況，能夠加熱一點(diǎn)或多點(diǎn)；線狀加熱階段，火焰順沿直線自身位置發(fā)生偏移或者在寬度方向同時(shí)進(jìn)行橫向擺動(dòng)，通常會(huì)將寬度控制未是鋼結(jié)構(gòu)厚度的0.5～2倍，適用于變形程度或剛性較大的結(jié)構(gòu)矯正領(lǐng)域中；三角形加熱階段會(huì)出現(xiàn)加大收縮量，多用于矯正厚度偏大、剛性較強(qiáng)的鋼材出現(xiàn)的彎曲變形問題。

（5）溫度控制：針對(duì)低碳鋼與普通低合金鋼的熱矯正，通常將其控制在600～900℃中，熱塑性變形的理想溫度區(qū)間是800～900℃，但要≤900℃。若進(jìn)一步提升加熱溫度，則會(huì)造成鋼材內(nèi)部組織出現(xiàn)一定改變，晶粒延長，鋼材品質(zhì)降低。

2 船舶鋼結(jié)構(gòu)常見變形及矯正方法

2.1 “瘦馬”變形

可以采用線形加熱法處理該類變形問題，推薦應(yīng)用水火矯正。將加熱線設(shè)置在骨架背部，業(yè)內(nèi)將其叫做“背燒”。若通過檢測發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形較為嚴(yán)重，則可改用雙條加熱線，具體是施加在骨材背部兩個(gè)側(cè)端的焊腳處；而如果形變量較小，可直接應(yīng)用單條加熱線，將其設(shè)置在骨材背部的中心?！笆蓠R”變形矯正過程中應(yīng)加強(qiáng)溫度的控制，不可過高，工人可采用加熱溫度的下限。若船體鋼材變形較嚴(yán)重時(shí)，可以利用跳格方法實(shí)現(xiàn)“背燒”。

2.2 波浪變形

該種缺陷問題矯正時(shí)采用的方法和“瘦馬”變形矯正有較大相似點(diǎn)，采用線形加熱法進(jìn)行，兩者唯一的不同是實(shí)踐操作時(shí)需要細(xì)分為兩個(gè)階段推進(jìn)。同樣要求變形矯正時(shí)溫度不可過高，應(yīng)參照變形量具體檢出值，酌情選用水火矯正工法，矯正操作時(shí)，應(yīng)注意如下問題：第一階段推進(jìn)時(shí)，工人最好不要先焚燒外凸的一面，特別是外凸面的中間位置，以規(guī)避出現(xiàn)應(yīng)力集中問題而引起塑性變形情況。

2.3 失穩(wěn)變形

鋼構(gòu)件薄板開孔處經(jīng)常出現(xiàn)該種變形問題，矯正過程中先矯正的目標(biāo)對(duì)象是開孔區(qū)的“瘦馬”與波浪變形，而后參照開孔周邊的變形實(shí)況，配合使用線形加熱法依照?qǐng)D1所示次序進(jìn)行處理。矯正修復(fù)開孔的失穩(wěn)變形情況時(shí)，若加熱區(qū)僅設(shè)置在變形的中間部位或開孔邊界，則通常很難取得較理想的矯正效果。通常狀況下，加熱線由開孔周邊朝中心緩緩移動(dòng)，終末點(diǎn)務(wù)必抵達(dá)開孔邊界。

圖1 失穩(wěn)變形火工矯正的圖示

2.4 他類變形

鑒于船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的現(xiàn)狀，其施工生產(chǎn)階段出現(xiàn)的變形類型也不唯一，表現(xiàn)出多樣化特征，除了以上闡述的幾種較典型的變形缺陷矯正工藝外，利用火工矯正法處理其他變形問題，配合使用適宜的輔助工具，通常能取得滿意的矯正效果。這就預(yù)示著在具體施工操作前，相關(guān)人員一定要全面分析影響焊接質(zhì)量、引起變形問題的各項(xiàng)因素，并且遵照有助于提升工效、維護(hù)高品質(zhì)與降低勞動(dòng)強(qiáng)度的原則，選用適宜的工具落實(shí)矯正任務(wù)。這里筆者需重點(diǎn)提及的內(nèi)容是，采用輔助工具變形量是1.8641mm,和焊接4塊三角板階段變形量最大值-2.6209mm做比較，變形量會(huì)減少0.8mm左右，取得的成效是顯而易見的。

統(tǒng)計(jì)并觀察以上兩種方案實(shí)施后成果產(chǎn)出情況，發(fā)現(xiàn)Z方向上的變形量大小和三角板數(shù)目多少之間有正比例關(guān)系；但如果三角板用量過少，那么，在現(xiàn)實(shí)焊接施工時(shí)，很可能無法精準(zhǔn)控制腹板在Y方向的變形過程而出現(xiàn)明顯偏移，增加了傾斜、彎曲等不良情況發(fā)生的概率。并且焊接構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度與承載力均可能下降而和設(shè)計(jì)要求間存在出入，因此，要確保投用三角板數(shù)目的適宜性。

3 板單元件火工矯正技術(shù)

3.1 確定結(jié)構(gòu)局部凸顯變形部位

（1）把板單元結(jié)構(gòu)側(cè)朝向上方，縱向結(jié)構(gòu)平穩(wěn)安放在矯正平臺(tái)胎架模板上部。

（2）把板單元橫截表面板邊界的波浪變形凹陷處設(shè)定未主要參照憑據(jù)，細(xì)致觀察縱向結(jié)構(gòu)與板邊波浪變形外凸處，比較變形量大小以及方位，確定構(gòu)件發(fā)生外凸變形的大體部位。

（3）在大致確定構(gòu)件的變形部位后，按序觀測角焊縫以及其周邊鋼板、U肋轉(zhuǎn)角部位及U肋上表面鋼板。若局部位置發(fā)生外凸，通過腳踩、手觸感受碰到尖狀物體時(shí)，便能夠進(jìn)一步確定具體部位。對(duì)該處進(jìn)行敲擊處理，如果產(chǎn)生實(shí)音，那么，該部位就是應(yīng)力凸顯處。相比之下，角焊縫邊界鋼板的外凸變形最顯著。

3.2 矯正參數(shù)

（1）加熱次序：其直接影響著構(gòu)件的火工矯正效果。矯正處理時(shí)，橫向角變形問題矯正在前，縱向結(jié)構(gòu)彎曲變形矯正在后，橫向角、縱向彎曲變形的加熱次序、方向等參數(shù)也存在一定差異。

圖2 背向U肋結(jié)構(gòu)面角變形

（2）加熱部位：在確定加熱部位前，相關(guān)人員要綜合多方面因素，分析焊接時(shí)收縮應(yīng)力的作用部位，選用與之相適應(yīng)的方法進(jìn)行加熱處理，實(shí)現(xiàn)反向收縮，構(gòu)建火焰矯正和焊接收縮變形兩者的平衡關(guān)系，最后實(shí)現(xiàn)復(fù)原構(gòu)件焊接前幾何樣態(tài)的目標(biāo)。在采用線狀加熱法矯正橫向角變形加熱部位時(shí)，若圖2是其變心表現(xiàn)，則選取板單元角焊縫熱影響區(qū)域鋼板位置作為加熱部位，加熱線段與角焊縫長一致。

縱向彎曲變形缺陷矯正處理前，一定要認(rèn)真觀察板面邊緣變形特性，在橫向角變形平面平整度符合要求以后，再對(duì)縱向彎曲行矯正處理。若選用線狀加熱法處理U肋結(jié)構(gòu)時(shí)，則將起火部位選定在焊縫熱影響區(qū)，抵達(dá)另一側(cè)角焊縫位置熄火，且于U肋轉(zhuǎn)彎部位略作停滯，借此方式形成溫度梯度。

（3）加熱溫度：在具體施工實(shí)踐中，加熱溫度和加熱區(qū)域形狀共同決定著鋼結(jié)構(gòu)矯正收縮的變形量。在加熱次序、部位均準(zhǔn)確的工況下，保證加熱溫度均勻、加熱區(qū)形狀準(zhǔn)確，有益于提升構(gòu)件變形問題矯正處理的成功率?？蛇x用中性焰加熱矯正鋼箱梁內(nèi)δ≥10mm的板單元件，在和焰心相距2～4mm位置將中性焰的最高溫度控制在3050～3150℃，加熱時(shí)聯(lián)合采用點(diǎn)溫計(jì)精確調(diào)控加熱溫度。為了規(guī)避鋼板局部過燒的情況，明確要求火焰在單點(diǎn)上停滯時(shí)間不可過長，具體是參照被矯正鋼板厚度所需的加熱溫度去設(shè)計(jì)停留時(shí)間，利用點(diǎn)溫計(jì)控制加熱溫度，嚴(yán)禁出現(xiàn)＞900℃的情況。橫向角變形問題矯正階段，通常將其首次加熱溫度控制在600℃上線，于長度1000mm范圍中進(jìn)行試驗(yàn)檢測，首次加熱自然冷卻后，若檢測到其收縮變形量沒有抵達(dá)設(shè)計(jì)要求，那么，可以在同個(gè)部位重復(fù)進(jìn)行第2次加熱過程,同個(gè)部位的加熱次數(shù)要≤3次。

4 結(jié)語

目前，在國內(nèi)外船舶制造企業(yè)中，火工矯正技術(shù)方法有較廣泛應(yīng)用，其實(shí)質(zhì)上就是通過熱處理過程糾正鋼結(jié)構(gòu)的變形問題，這種操作能提高結(jié)構(gòu)的自體應(yīng)力，對(duì)其結(jié)構(gòu)性能形成不同程度影響。另外，火工矯正僅能實(shí)現(xiàn)修整結(jié)構(gòu)變形問題，并不能控制變形過程。為減少或規(guī)避船體鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生變形情況，實(shí)踐中應(yīng)合理采用防變形、預(yù)加反變形量及選用適宜的焊接工藝等技法。