船舶薄板焊接防变形

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1、船舶薄板焊接防变形技术钢船体由铆接改为焊接是一个划时代的变革，但同时又带来一个焊接变形问题，特别是厚度为2-4毫米的薄钢板焊接变形尤为严重，如何防止和控制薄板焊接变形是一个世界性问题。为解决这个问题各船厂都在不断探索，但到目前为止都还没有一套有效、完整的措施。薄板船体焊接变形主要表现为：一根根肋骨构架印形于表的所谓“瘦马现象”；在纵向呈较大面积高低不平的“波浪变形”；在板格范围内局部高低不平的“凹凸变形”；由火工和敲打造成的“橘子皮效应”。这些不同形式的焊后变形严重地影响了船体的外观质量。船舶为了航速的需要尽量减轻船体重量，采用了高强度或较高强度

2、的薄钢板，如上层建筑采用δ=2.5-4毫米较高强度的903钢板，加工、装配后有较大的内应力，焊接后会比普通钢板产生更大的变形；同时，上层建筑在设计中不参与总强度计算。这样对上层建筑的建造来说，防止薄板焊接变形便成了主要的质量问题。导致薄板焊接变形的影响因素很多，目前对薄板焊接防变形技术的研究，主要侧重于工艺技术的研究。在进行了大量的调查研究和工艺试验后，在生产中摸索出一套行之有效的控制方法，主要措施如下。优化板缝布置，精确控制余量优化板缝布置在施工设计图纸上，板缝的布置是根据船舶结构设计和板材的规格来决定的。实际采购的板材规格往往与设计的规格有所

3、不同，需要重新布置板缝；同时设计图纸中的板缝布置往往对工艺性考虑不周，容易引起焊接变形。所以开工前必须仔细分析板缝布置情况，将实际的数据进行优化排列，以减少焊接引起的弯曲变形。优化板缝布置的四个原则为：尽量把焊缝布置成与中心轴相对称；在满足规范的前提下，把板缝设置在结构件附近，借助结构件的刚性来减少焊缝变形；在多板组成的壁板和平台尽量使用大板，减少焊缝数量；在焊缝相交中尽量布置成“十”字接头，避免“T”字接头的出现。讲究余量分布，提高无余量下料装配率为了保证薄板结构装配的尺寸，在传统的施工工艺中，一般结构都留有一定的余量，留待装配时再进行切割。这

4、样的施工方法，虽然能保证分段尺寸的质量，但由于在装配过程中的二次切割，增加了受热的变形和内应力，对分段变形的控制和后续工序的施工都带来了不利的影响。经分析确定，改变传统做法，采取在分段接头处单边留有余量，其它位置一律改为不留下料余量，使大部分板材下料剪切一次成功。采取这样的措施，在施工中可减少加热次数和加热量，有效控制装配过程薄板的变形。实行焊后滚平和无码焊接技术板缝焊后滚平薄板焊接无论事前采取何种预防措施都只能减少变形量而不能消除变形，焊接后变形是难免的。按传统工序拼板焊后安装构架，这样板部位变形很难处理，靠火工校正，一方面很难收到理想效果，另

5、一方面火工多了又会出现橘子皮现象。采取构架安装前先消除拼板焊接变形的措施，把切割好的薄板放在固定平台上装焊，焊后用十三星滚平机滚压消除焊接变形。由于用机械的方法消除焊缝的焊接变形，减少了火工工作量，也为构架安装和最终减少总体变形打下了基础。推行无码焊接在以往的造船中，焊了许多拉码把钢板固定于胎架上是保证线型和防止变形的主要工艺，这种方法给薄板带来的码脚印和弧坑，需进行大量的割、批、补、磨等工作。既增加了变形又损伤了钢板，为改变这一状况，采用无码焊接技术，可有效控制薄板焊接变形。现行施工工艺采用的无码焊接工艺是：使用磁吸码，用磁力把钢板固定于胎架上

6、，不至损伤钢板，也避免了繁杂的修补工作。以压代拉，在平台或胎架上安装板材时采用压铁压紧来实现线型吻合和防止变形。先装构架后焊板缝，确实需要在胎架上焊接的板缝，也要改变传统的先焊板缝后装构架的做法，采用拼板后先进行构架安装，装好构架后一起烧焊，利用构架来限制板的焊接变形。限制使用工艺拉条，在上层建筑分段、总段装配中不轻易采用焊拉条和支撑，尽量利用纵横壁板自身相互的支持来实现定位，必须要焊支撑或拉条时也只能焊在构架上，绝不允许焊在板中。实施全方位CO2气体保护焊薄板的焊接变形是因为板材受到不均匀的局部加热和冷却的影响，内部产生了不均衡应力所引起的，变

7、形的大小与输入的热量有密切的关系，减少热量的输入是控制变形的有效措施。采用下面公式计算手工焊和CO2保护焊的能量输入，分析对比发现，采用CO2气体保护焊可大大地减少热量的输入。Q=0.2ηUI/V式中：Q为焊缝焊接线能量；η为电弧热利用系数；U为电弧电压；I为焊接电流；V焊接速度。经计算对2-4毫米的薄板采用CO2气体保护焊的线能量仅为手工焊的30-40%，可见用CO2气体保护焊对控制焊接变形是十分有效的。根据理论和试验研究成果，自行改造MZ-400型自动焊机控制箱，改进电压负反馈电路，减少车间电网波动对焊接的影响，解决埋弧自动焊在4毫米板的平对

8、接焊，达到美观平整，熔深达到焊接规定。改造CO2焊机解决小于3毫米板的平对接和平角焊，也达到理想的效果。选用KS—1型（日产）CO2全方