上建薄板焊接變形控制和火焰矯正研究

霍利強(qiáng)

摘?要：船舶上層建筑常常采用薄板建造，在焊接過程中，控制變形顯得尤其重要，不可避免發(fā)生的變形，需要采用火焰矯正的方法，提高船舶上層建筑的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：上層建筑;薄板焊接;火焰矯正;控制;變形

隨著船舶的發(fā)展，船舶的上層建筑是船舶的面子，其平整度顯得越來越重要。上層建筑一般是風(fēng)雨密結(jié)構(gòu)，這類非主船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的時(shí)候常采用薄板建造以達(dá)到降低重量、減少成本的目的。但是在現(xiàn)場施工中薄板焊接對(duì)各項(xiàng)參數(shù)要求比較高，質(zhì)量難以保證，容易發(fā)生變形的情況，影響產(chǎn)品質(zhì)量，所以上層建筑薄板焊接變形控制和焊后火焰矯正顯得尤為重要。

1 船舶上層建筑薄板焊接的變形

在上層建筑薄板焊接的過程中，局部金屬的膨脹和收縮伴隨產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，即引起焊接變形。在現(xiàn)場上層建筑小組立電焊施工中主要包括潮濕區(qū)域的全滿焊和非潮濕區(qū)域的間斷焊，而變形量主要發(fā)生在全滿焊接區(qū);在間斷焊接區(qū)，基本不會(huì)造成大的變形，在本文中我們暫時(shí)不做討論。船舶上層建筑分段施工過程中常見的變形有：骨架與板焊接后的角變形，板受電焊應(yīng)力產(chǎn)生的收縮變形，電焊過程中熱脹導(dǎo)致的板彎曲變形和部分扭曲變形等。這些變形產(chǎn)生的原因是在焊接過程中產(chǎn)生了不可恢復(fù)的殘余塑性變形，而在隨后的冷卻過程中，殘余應(yīng)力重新分布并沉淀，焊接過程中釋放的殘余應(yīng)力的大小決定了焊接變形的程度，電焊產(chǎn)生的殘余應(yīng)力越大，其變性越大。

2 船舶上層建筑薄板焊接變形的控制

2.1 提高裝配質(zhì)量，減小裝配間隙控制變形

分段制作裝配的過程中，由于現(xiàn)場生產(chǎn)條件的限制，往往不可避免地在裝配的連接處間隙較大，影響焊接質(zhì)量，所以需在裝配上層建筑分段裝配過程中盡量做到：

a.鋼板邊緣必須整齊，打磨干凈無毛刺，控制裝配間隙在1mm以內(nèi);

b.裝配過程中接口要平整，不能有錯(cuò)邊現(xiàn)象，最大錯(cuò)邊不超過0.5mm;

c.在裝配邊緣要做好引弧板，保證電焊的連續(xù)性;

d.在裝配過程中定位焊采用小密點(diǎn)定位，焊點(diǎn)的間距為400mm～600mm。

e.在壁板外安裝加強(qiáng)槽鋼，槽鋼安裝的位置一般距離板底部600mm，保證裝配吊裝過程中板的平直度，同時(shí)需要明確加強(qiáng)槽鋼的拆除時(shí)機(jī)，有些部位如果不影響上層建筑主體結(jié)構(gòu)可以作永久加強(qiáng)，以免拆卸的時(shí)候影響外壁平整度，充分發(fā)揮加強(qiáng)在上層建筑薄板中的使用，以達(dá)到控制變形的目的。

2.2 選擇合理的焊接參數(shù)，采用合理的焊接順序

船舶上層建筑的甲板骨架大多是在平臺(tái)區(qū)域施工，實(shí)施手工焊，這就需要使用合適的焊接參數(shù)。如果使用手工電弧焊，焊后不可避免地形成波浪形，最大撓度可達(dá)9mm～11mm?，F(xiàn)在一般的大型船廠有條件采用CO2氣體保護(hù)焊焊接，這可以大大減少母材的熱輸入量，從而也使板材的波浪變形大大減小。CO2氣體保護(hù)焊，成本低，生產(chǎn)效率高，焊接電流相對(duì)較小，電弧在保護(hù)氣體的壓縮下熱量集中，焊接速度較快，加熱面積小，熱影響區(qū)窄，焊件焊后的變形小，不易產(chǎn)生裂紋，尤其適合薄板焊接，可大大降低薄板焊接的變形。

船舶上層建筑薄板結(jié)構(gòu)焊接順序應(yīng)遵循下列原則，即先焊對(duì)接焊縫，后焊角接焊縫，先焊橫向焊縫，再焊縱向地接縫;先立角焊，再平角焊;先焊分段中間，再焊四周;先焊構(gòu)架與構(gòu)架之間的角接縫，再焊構(gòu)架與板之間的角接縫;盡量使用雙人沿構(gòu)件對(duì)稱施工，或單個(gè)焊工采用以構(gòu)件中心向兩側(cè)延伸的對(duì)稱焊接法。這樣的焊接順序才能保證在同等條件下產(chǎn)生的焊后變形相對(duì)較小。

2.3 焊縫的控制

在上層建筑分段平臺(tái)拼板過程中，盡量減少手工作業(yè)，采用埋弧焊和角焊機(jī)的方式施工。上層建筑非潮濕性房間區(qū)域，在保證有足夠的承載力下，減小焊縫尺寸，應(yīng)嚴(yán)格控制焊縫高度及寬度，特別是角焊縫的焊腳高度，盡量控制在標(biāo)準(zhǔn)高度6mm以內(nèi)。在非潮濕性區(qū)域角焊縫的施焊盡可能采用跳焊法或者間斷焊。在板縫的對(duì)接中，可采用對(duì)焊法或者分段退焊法，盡量形成寬而淺的焊縫，而不要窄而深的，焊縫接頭處注意充分預(yù)熱并形成連續(xù)焊。

3 上層建筑薄板結(jié)構(gòu)的矯正

上層建筑薄板結(jié)構(gòu)焊接完成后，需要對(duì)焊后變形進(jìn)行矯正。通常情況下，一是采用機(jī)械矯正，用千斤頂?shù)仍O(shè)備拉、拽、頂，發(fā)生物理變形以達(dá)到機(jī)械校正需求;二是采用火焰校正方法，在焊接完成以后，對(duì)薄板發(fā)生變形的位置進(jìn)行集中加熱，然后做冷卻處理，以加熱的方式導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力迅速擴(kuò)張，對(duì)局部作冷卻引起結(jié)構(gòu)變化，改變原有的殘余應(yīng)力，校正薄板形狀。本文我們主要介紹在施工現(xiàn)場經(jīng)常用到的火焰矯正法。

4 火焰矯正在船舶上層建筑薄板焊后變形中的應(yīng)用研究

4.1 火焰矯正的原理

火焰矯正是金屬零件局部加熱釋放張力，在已經(jīng)變形的結(jié)構(gòu)中尋找并形成新的塑性變形的過程，要達(dá)到板面矯正的目的，就必須在焊后變形的板面及相應(yīng)構(gòu)件上進(jìn)行局部的加熱，在加熱冷卻的過程中，金屬加熱膨脹受阻而產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，在壓縮應(yīng)力的作用下使已經(jīng)變形的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的應(yīng)力分布，從而恢復(fù)平直，從而達(dá)到矯正的目的。

4.2 火焰矯正的常用方法

a.線條加熱法;b.網(wǎng)格型加熱法;c.圓點(diǎn)加熱法。

線條加熱法是沿著骨架線進(jìn)行水火線性加熱。加熱時(shí)火焰要沿著骨材的邊緣，對(duì)著硬檔部位進(jìn)行加熱，這樣做的目的是為了使板材充滿張力，同時(shí)配合水澆，能最大限度地調(diào)整線性變形，使板拉緊拉平。這種方式在上層建筑分段施工中最常采用。

網(wǎng)格型加熱法主要用于骨材周圍，有些板可能變形較大，線條加熱法不能很好地矯正，這時(shí)在骨材的周圍以網(wǎng)格的形式對(duì)凹陷部分進(jìn)行加熱并急速用水冷卻，以促進(jìn)凹陷部位還原，這種方法僅適用于板的外側(cè)施工。

圓點(diǎn)加熱法是在線性和網(wǎng)格加熱使用后不能將板材調(diào)平的狀態(tài)下使用的，圓點(diǎn)加熱法產(chǎn)生的收縮力較大，冷卻后加熱處會(huì)出現(xiàn)局部增厚的現(xiàn)象，圓點(diǎn)加熱過程中局部產(chǎn)生的應(yīng)力較多，如果使用次數(shù)過多會(huì)產(chǎn)生堆積應(yīng)力，使板材變形、變僵硬，所以在現(xiàn)場施工中我們盡量減少使用圓點(diǎn)加熱的次數(shù)。

4.3 上建薄板火焰矯正的主要順序

a.上層建筑總組從下往上依次矯正，即粗調(diào)，對(duì)加強(qiáng)槽鋼拆除前階段采用線條形加熱以保證對(duì)硬檔進(jìn)行矯正;

b.上建總組過程中的原則：先甲板面，后圍壁，甲板面先輔以火工拉緊，再對(duì)圍壁進(jìn)行細(xì)調(diào);

c.上層建筑圍壁板矯正的過程中先整體后部分，先保證大體平直，再對(duì)局部進(jìn)行微調(diào);

d.局部矯正原則：先骨架后板格，先易后難逐步矯正;

e.疑難雜癥解決原則：輔以物理外力，進(jìn)行火焰矯正法。

5 結(jié)語

上層建筑薄板焊接變形和矯正是國內(nèi)外造船行業(yè)中的一個(gè)難以避免的問題，它不僅導(dǎo)致船舶上層建筑的美觀性降低，還造成船廠生產(chǎn)成本的浪費(fèi)。為了更好地解決這方面問題，需要在施工現(xiàn)場因地制宜對(duì)焊接工藝加以合理選擇與應(yīng)用，保證焊接操作合理性。同時(shí)也要積極采取火焰矯正等措施，嚴(yán)格控制薄板質(zhì)量，做到降本增效的目的。本文對(duì)薄板焊接變形和火焰矯正的研究可為后續(xù)船舶上層建筑的建造提供一定的理論和操作基礎(chǔ)。

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