船體整體建造中應(yīng)力集中的消除技術(shù)

黃堅(jiān)

摘 要：船舶的性能與建造過程中的焊接工藝參數(shù)有著密切的關(guān)聯(lián)，如果焊接部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，將會(huì)對(duì)船體的強(qiáng)度造成影響。基于此，文章分析了船舶整體建造過程主要部件的質(zhì)量控制，圍繞建造過程中針對(duì)消除應(yīng)力集中的工藝展開探究，總結(jié)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象的主要原因，并在此基礎(chǔ)上制定出合理的工藝方案，可為相關(guān)施工人員提供參考。

關(guān)鍵詞：船舶建造 焊接工藝 應(yīng)力集中

隨著船舶制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)船舶整體質(zhì)量提出了較高的要求，由于船舶的特殊性，在建造過程中通常采用整體建造法，但在此過程中各類受力構(gòu)件極容易受到影響，會(huì)在局部位置產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，進(jìn)而致使結(jié)構(gòu)變形?；跍p少應(yīng)力集中的目的，在建造過程中應(yīng)具有針對(duì)性地制定出合理的施工工藝，由此消除應(yīng)力集中現(xiàn)象，確保船體建造質(zhì)量。

1.船舶整體建造過程主要部件的質(zhì)量控制分析

1.1船舶整體建造船臺(tái)地基的質(zhì)量控制

在進(jìn)行基礎(chǔ)船臺(tái)建造時(shí)，宜引入重型壓路機(jī)，由此提升碾壓質(zhì)量，確保船臺(tái)的承壓能力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在壓實(shí)過程中，應(yīng)對(duì)左右舭部等部位進(jìn)行澆筑處理，由此形成邊長(zhǎng)為0.75m的方形水泥墩。在此部分結(jié)構(gòu)的作用下，可以顯著提升船臺(tái)的承載能力。在設(shè)置好方形水泥墩后，應(yīng)在其中選定10來個(gè)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，由此展開檢測(cè)工作，全面掌控船體變形特性。

要想全面提升船體胎架質(zhì)量，就必須做好前期的設(shè)計(jì)工作，首先對(duì)船體基線進(jìn)行測(cè)量，由此明確船臺(tái)的首尾高差情況；對(duì)船舶的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析，以此為參考確定主胎架龍骨的數(shù)量，而后采用鐵墩對(duì)其進(jìn)行定位處理，進(jìn)而提升其穩(wěn)固性。根據(jù)船舶的使用需求，單個(gè)墩的承載量至少應(yīng)達(dá)到10t。此外，在確定胎架龍骨間距時(shí)，應(yīng)綜合參考主龍骨的間距，二者應(yīng)具有一致性，而后使用測(cè)量工具對(duì)胎架龍骨的平整度進(jìn)行測(cè)量，確保二者共處一個(gè)平面上。

1.2船舶整體建造船臺(tái)龍骨板鋪裝及底板肋骨線勘劃的質(zhì)量控制

（1）在實(shí)際操作過程中，應(yīng)注重激光經(jīng)緯儀的擺放位置，即需要位于船臺(tái)中心線的端點(diǎn)位置，而后發(fā)射激光至尾端位置。此時(shí)需要設(shè)置多個(gè)點(diǎn)，將其連接后便可成為船臺(tái)中心線，各個(gè)點(diǎn)的距離宜控制在1.5～2m范圍內(nèi)。

（2）當(dāng)結(jié)束船臺(tái)的鋪裝作業(yè)后，應(yīng)在船臺(tái)底板中心線上畫出對(duì)應(yīng)的肋骨位置線，線應(yīng)由多個(gè)跨檔點(diǎn)構(gòu)成，而后對(duì)肋骨進(jìn)行編號(hào)，賦予其獨(dú)一的身份。

（3）在高度標(biāo)桿上設(shè)置高度線，此外還需要設(shè)置基準(zhǔn)水線等各類理論高度線。經(jīng)過此環(huán)節(jié)后，可以提升后續(xù)船臺(tái)鋪裝等作業(yè)的精確性。

2.船舶整體建造過程消除應(yīng)力集中工藝分析

2.1采用合理的焊接順序和方法

（1）無論是鋼板還是焊縫，必須確保其一側(cè)具有一定的自由收縮性。

（2）對(duì)焊縫的性質(zhì)進(jìn)行分析，對(duì)于剛性拘束較小的焊縫應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行處理。

（3）若出現(xiàn)構(gòu)架與板接縫相交的情況，此時(shí)在形成對(duì)接縫的同時(shí)還會(huì)形成角接縫，在焊接時(shí)應(yīng)優(yōu)先對(duì)前者進(jìn)行處理。

（4）對(duì)所需焊接的部位進(jìn)行分段，在焊接過程中首先需要對(duì)中部進(jìn)行焊接，而后向左右兩端同時(shí)延展，由此提升結(jié)構(gòu)的均勻性。

（5）對(duì)于存在于同一斷面內(nèi)的構(gòu)件而言，應(yīng)注重焊接工序：首先進(jìn)行大接頭對(duì)接縫的處理，當(dāng)結(jié)束此部分作業(yè)后，再對(duì)其他構(gòu)件對(duì)接縫進(jìn)行處理，最后進(jìn)行角焊縫處理。基于此方式，可以大幅緩解大接頭的殘余拉應(yīng)力。

（6）若角接縫的位置貼近大接頭肋骨處，此時(shí)應(yīng)優(yōu)先對(duì)大接頭進(jìn)行焊接，而后再進(jìn)行此部分焊接。

2.2選擇合理的焊接工藝參數(shù)

在確保焊接質(zhì)量的前提下，應(yīng)在最大程度上減小焊接線能量，具體來說：對(duì)于手工電弧焊方式而言，應(yīng)將焊接電流穩(wěn)定在下限狀態(tài)，此時(shí)可以緩解焊件的受熱程度，削弱焊接的殘余應(yīng)力。

2.3預(yù)留變形余量

在進(jìn)行裝焊補(bǔ)板作業(yè)時(shí)，受其結(jié)構(gòu)特殊性的影響，無法進(jìn)行自由的收縮，此時(shí)便會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，并致使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋，在對(duì)焊縫進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的拉力，此時(shí)結(jié)構(gòu)板出現(xiàn)拉平現(xiàn)象，進(jìn)而減小焊接殘余應(yīng)力。

2.4焊接電流電壓的控制

在整個(gè)船舶建造過程中廣泛使用了手工電弧焊技術(shù)，其技術(shù)施工原理見圖1，該技術(shù)對(duì)焊接電流的依賴程度極高，當(dāng)電流值超出正常范圍時(shí)便會(huì)出現(xiàn)焊縫熔深現(xiàn)象，此時(shí)極容易形成結(jié)構(gòu)凸起；當(dāng)電流值低于正常范圍時(shí)，便會(huì)存在難以起弧的問題，并對(duì)焊接進(jìn)度造成影響，極容易出現(xiàn)熄弧現(xiàn)象。在船舶建造過程中，應(yīng)對(duì)焊條的直徑進(jìn)行分析，以此為參考設(shè)置合理的焊接電流值。在實(shí)際操作過程中，諸如藥皮等材料均會(huì)對(duì)電流造成影響，因此即便焊接電流足夠大，但受藥皮高度導(dǎo)電性的影響，便會(huì)導(dǎo)致木材出現(xiàn)過熱脆化現(xiàn)象。此外，當(dāng)熔池凝固所需的時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，焊縫的寬度也將隨之增加；當(dāng)焊接速度超出正常范圍時(shí)，便會(huì)縮短熔池冷卻時(shí)間，此時(shí)極容易出現(xiàn)氣孔、裂縫等現(xiàn)象。在確定焊接速度時(shí)，應(yīng)對(duì)焊接運(yùn)條方式進(jìn)行分析。通常情況下，運(yùn)條方式大多表現(xiàn)為橫向擺動(dòng)式。由于船舶工程對(duì)焊縫的晶粒密度提出了較高的要求，因此在建造過程中應(yīng)遵循多道、多層的焊接方式。

3.焊縫缺陷產(chǎn)生原因及防止措施

總結(jié)船舶建造經(jīng)驗(yàn)可知，焊縫的形式多種多樣，對(duì)應(yīng)的成因也存在差異，此時(shí)需要采取針對(duì)性的措施加以解決，具體內(nèi)容如表1所示。

船舶建造是一項(xiàng)極為復(fù)雜的工程，其與船體構(gòu)件有著密切的關(guān)聯(lián)。在船舶建造過程中，需依據(jù)所選用的構(gòu)件確定合適的焊接速度，設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)頻繁對(duì)船臺(tái)基線等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量；并展開數(shù)據(jù)對(duì)比工作，明確船體結(jié)構(gòu)的變形狀況，由此做出針對(duì)性的改正，從最大限度上緩解應(yīng)力集中現(xiàn)象。

4.結(jié)束語

綜上所述，在船舶建造過程中極容易受到應(yīng)力集中現(xiàn)象的影響，此時(shí)構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)明顯的開裂現(xiàn)象。對(duì)此，文章提出了可行的應(yīng)力集中消除措施，具體涉及焊接工序、工藝參數(shù)以及電流控制等多方面內(nèi)容，基于多方位的工作，最終消除應(yīng)力集中現(xiàn)象，推動(dòng)船舶建造工作的開展，提升船舶的整體性能水平。

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