論船舶焊接工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及焊接變形的研究

劉林　張弛

摘 要：焊接工藝在船舶行業(yè)中起著十分重要的作用，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，應(yīng)不斷優(yōu)化焊接工藝。文章在分析船舶焊接工藝應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)其未來(lái)發(fā)展前景作了展望。同時(shí)為了有效控制鋼結(jié)構(gòu)焊件的不均勻膨脹和收縮而引起的焊接變形，文章就一些主要原因進(jìn)行了討論，并在如何控制及矯正上給了一些建議。

關(guān)鍵詞：焊接工藝；優(yōu)化；機(jī)械自動(dòng)化；應(yīng)力；變形；矯正

1船舶焊接工藝的現(xiàn)狀與展望

1.1 船舶焊接工藝的現(xiàn)狀

近十年來(lái)，我國(guó)船舶工業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展期，船舶焊接工藝也取得了較大進(jìn)步，焊接工藝在船舶工業(yè)中的應(yīng)用得以廣泛普及，伴隨著的是焊接材料、焊接設(shè)備以及焊接方法的不斷更新優(yōu)化。

1.1.1 焊接新工藝的使用與普及。我國(guó)一些大型船廠采用了一些新的焊接工藝，比如焊接自動(dòng)化、單面焊雙面成型，焊接效率得以提高。在船臺(tái)或船塢進(jìn)行大合攏時(shí)，為保證焊接質(zhì)量及縮短了船臺(tái)及船塢周期，一些平直對(duì)接縫也使用了CO2氣電垂直自動(dòng)焊工藝。

1.1.2 焊接設(shè)備逐步機(jī)械化和自動(dòng)化。隨著焊接工藝的進(jìn)步，焊接設(shè)備也與時(shí)俱進(jìn)。國(guó)內(nèi)很多船廠都在使用CO2氣保護(hù)焊機(jī)，因?yàn)檫@種設(shè)備可以降低焊材的用量，人工成本也有所減少，對(duì)提高焊接效率，焊接工藝的進(jìn)步有著深遠(yuǎn)影響。

1.1.3 焊材的高質(zhì)量化。船舶工業(yè)中焊接工藝的不斷發(fā)展，對(duì)焊材的要求也更高。目前，船舶建造中主要使用的焊材包括普通焊條、CO2氣體保護(hù)焊絲以及埋弧焊材等。

1.1.4 焊接方法不斷優(yōu)化。焊接工藝以及焊接設(shè)備和焊材的不斷提高、優(yōu)化，促使焊接方法需要更新，從實(shí)踐來(lái)看，CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊正是一種比較優(yōu)良的焊接方法。

1.2 船舶焊接工藝的展望

縱觀各大船廠，焊接工藝向自動(dòng)化方向發(fā)展是一個(gè)主流趨勢(shì)，這種模式更加高效、節(jié)能。

1.2.1 焊接工藝的機(jī)械自動(dòng)化。目前，對(duì)焊接工藝采用機(jī)械自動(dòng)化僅在一些造船業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家普及，而我國(guó)的造船業(yè)也正朝這一趨勢(shì)發(fā)展。

1.2.2 焊接材料的發(fā)展將不斷促進(jìn)焊接工藝進(jìn)步。焊接工藝中一項(xiàng)重要的因素就是焊材，如果能提升焊接材料的整體品質(zhì)和性能，那必然能推動(dòng)焊接工藝的發(fā)展。

1.2.3 焊接方法不斷更新發(fā)展。焊接方法在船舶建造中，也需要不斷發(fā)展。例如，單面焊雙面成型的焊接方法，因經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，具有效率高、成本低、工時(shí)短等特點(diǎn)，將被繼續(xù)推廣使用?？茖W(xué)技術(shù)的日新月異，也影響著焊接工藝，在未來(lái)發(fā)展中，可以嘗試研發(fā)更高端的、具有較高智能的機(jī)械人來(lái)代替人工，降低人工成本。

2 焊接變形的產(chǎn)生及矯正措施

2.1 影響焊接變形的主要因素

焊接是焊件一個(gè)受熱再冷卻的過(guò)程，因此，當(dāng)溫度變化時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致焊件膨脹和收縮，而這過(guò)程中，變化值的不同就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，從而引起變形。通過(guò)大量的實(shí)踐證明，應(yīng)力和變形產(chǎn)生的主要因素有包括以下幾種。

2.1.1 焊件焊接處截面積的影響。焊件在焊接時(shí)，截面積的大小直接影響變形量，截面積越大，變形量越大。

2.1.2 接頭形式的影響。在其他條件等同時(shí)，焊接采用的不同接頭形式會(huì)產(chǎn)生不同的變形量。例如：角焊、對(duì)接焊等。

2.1.3 焊接方法的影響。如果焊接電流較大，焊件受熱區(qū)域就會(huì)增大，隨著冷卻速度變緩，就會(huì)產(chǎn)生較大的變形區(qū)域，因此不同的焊接方法差別比較大。

2.2 焊接應(yīng)力及變形的控制

2.2.1 焊接應(yīng)力的控制措施。為了減少焊接應(yīng)力，必須加以控制，以下介紹了幾種可行的方法：（1）減小焊縫尺寸。（2）采用合理的焊接順序。應(yīng)盡量采取先焊收縮量較大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫；兩道甚至多道焊縫同時(shí)對(duì)稱焊接的原則。（3）在焊接過(guò)程中，對(duì)剛焊接完的焊件進(jìn)行敲擊，去除其內(nèi)部應(yīng)力也是一種比較實(shí)用的方法。

2.2.2 焊接變形的控制措施。（1）采用合理的坡口型式，不要太大的坡口角度，間隙也不能太大。（2）在焊接電流的選擇上，盡量不要用較高的電流。（3）對(duì)焊件采取對(duì)稱同時(shí)焊接的方式。（4）為焊件添加焊接收縮補(bǔ)償量，如大型船舶中每檔縱、橫間距可預(yù)留0.5mm左右。

2.3 焊接變形的矯正

焊接變形在船舶建造過(guò)程中是不可避免的，那么就需要在焊后采取一些措施來(lái)矯正變形，下面介紹一種在各個(gè)船廠都在使用的方法，即火焰矯正法。

2.3.1 火焰溫度的選擇比較重要，根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)大致可以分成低溫、中溫以及高溫矯正。

2.3.2 火焰矯正針對(duì)不同位置需要區(qū)別對(duì)待。（1）角變形。可在構(gòu)件面板上進(jìn)行縱向線狀加熱，溫度不能超過(guò)650℃。（2）板架上拱與下?lián)希篴.面板變形可參照角變形方式來(lái)矯正。b.對(duì)于腹板，需要進(jìn)行三角形加熱，否則會(huì)對(duì)面板產(chǎn)生影響。c.矯正波浪變形需要特別注意，不能采取線狀及三角形加熱，只能進(jìn)行單點(diǎn)加熱，呈帶狀即可。

2.3.3 火工注意事項(xiàng)?；鸸こC正雖能有效矯正焊接變形，但火工矯正同樣會(huì)引起應(yīng)力，所以一般在火工時(shí)，以下幾點(diǎn)需要注意：（1）焊縫處避免加熱。（2）矯正處要多選幾個(gè)烤點(diǎn)，不能使單一烤點(diǎn)處的烤火面積過(guò)大。（3）盡量使用單點(diǎn)加熱的方法。（4）火工的溫度不能太高。

3 結(jié)束語(yǔ)

焊接工藝隊(duì)船舶建造有著很重要的影響，對(duì)焊件工藝投入精力去研究是造船業(yè)必須要面對(duì)的現(xiàn)實(shí)，我國(guó)造船業(yè)對(duì)焊件工藝的使用雖然日趨成熟，但是在先進(jìn)工藝的研究上還有差距于其他造船業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，因此我們必須認(rèn)清形勢(shì)，做好發(fā)展規(guī)劃，投入必要的精力去研究更先進(jìn)的焊接工藝，同時(shí)對(duì)造成焊件變形的因素加以研究，才能使我國(guó)造船業(yè)成為不僅規(guī)模大，而且技術(shù)先進(jìn)的行業(yè)。

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[3]張永達(dá)，孫成文，于小虎，等.船舶高效焊接工藝及存在的問(wèn)題[J].造船技術(shù)，2009.

作者簡(jiǎn)介：劉林（1983，12-），男，江蘇省淮安市人，本科，現(xiàn)職稱：助理工程師，研究方向：船舶制造。