曹龙

摘要：在船舶制造中，焊接是必不可少的加工技术，焊接质量对船舶制造质量有决定性的影响;而在具体焊接环节，焊接变形最难掌控。焊接变形对结构性能有极大的影响，其不但会导致结构尺寸精准度降低、形状发生变化、承载力下降;与此同时，在荷载影响下造成的应力集中、附加弯矩问题会导致结构疲劳强度大幅下降。

关键词：船体结构;焊接变形;矫正

1船舶制造中的现代焊接工艺

目前，在船舶焊接中，各类现代焊接工艺都有着广泛的应用，如压焊、熔焊等。压焊主要是向被焊接物施加压力以完成焊接操作，常用的类型有气压焊、摩擦焊、爆炸焊等;熔焊主要是对被焊接物的接头部位进行高温处理直到完全熔化，且不可利用外力。现阶段，在船舶制造过程中，钢板是使用最多的材料，因此应根据钢板材料和厚度的不同，选用适宜的焊接工艺。

2船舶焊接变形分析与控制

2.1焊接方式与焊接工艺参数

焊接厚度基本相同的材料时，分别使用单层焊接和多层焊接，前者在纵向形成的收缩量相较于后者更大。因为在使用多层焊接时，先行焊接的部位先冷却，对后期焊接部位的收缩起到了抑制作用。因此，在实际生产中，应用不同类型的焊接方式，产生的收缩量会有很大的差异。同样，比较直通焊接和逐步焊接，由于逐步焊接过程中能够保持较为均匀的焊接温度，其形成的压缩变形更为分散，产生的收缩更小。另外，线性的能量是焊接工艺参数中对焊接变形产生影响的主要来源。焊接电流和电弧电压的增大和焊接速度的降低都会导致线能量增加，则塑性变形区域的压缩力增大，塑性变形区域扩大，实际产生的收缩量即随之更大。

2.2进一步优化焊接程序

1）预伸缩。针对大型船体结构展开的焊接作业，需要由中间向周围扩散、对称施焊。比如：在对工字梁进行焊接的过程中，不管是先焊接腹板接头还是先焊接面板，横向收缩都会在角焊缝中形成极大的应力，甚至出现裂缝;因此，需采取有效方式以确保其可以自由收缩。对于此问题，可将角焊缝留出部分位置、而后再进行焊接作业，从而确保接头可以自由实现横向收缩。如图2所示：先对“焊缝1”进行焊接，再对“焊缝2”进行焊接。2）先对收缩量较大的焊缝进行焊接。对于带筋板的工字梁，应先对腹板与面板实施焊接，而后对筋板角焊缝实施焊接，因为角焊缝有较大的横向收缩，则会在腹板与面板的角焊缝中产生极大的焊接应力。首先，对焊盖板的“对接焊缝1”进行焊接;其次，对工字梁和焊盖板间的“角焊缝2”进行焊接。3）应用对称焊接方法。针对断面对称且刚性较大的工件，在焊接过程中采取对称的焊接工艺，此在控制构件的弯曲变形方面有着极大的作用。对于对称分布的焊缝，需采取双数焊工对称的形式实施焊接作业。4）根据焊缝选择相应的焊接方法。对于中长焊缝（0.5～1m）的焊接，可选择分中对称焊法;对于长焊缝（≥1m）的焊接，可选择分中分段退焊法、分段退焊法、交替焊法以及跳焊法等。

2.3焊前预热

所谓焊前预热，一方面是采取对材料提前进行预热的方法来实现减少焊接变形的目的，其原理是由于焊接前的材料温度提高，焊接时的温度梯度被进一步降低，使得焊接变形产生的残余应力减小。而另一方面是提前预测焊接变形的大小和方向，以此为依据在焊接之前人为造成与预测的焊接变形结果相反的变形，使其与而后進行的焊接过程产生的变形相互抵消，最终达到减小焊接变形的效果。在船厂实际施工中，经常采用刚性固定法固定焊接构件，从而控制变形。相比于自由状态下的焊接，通过这种刚性固定焊接方法，焊接所产生的局部变形减小。因此，各种形式的刚性固定法被广泛使用于船体装配各类构件的焊接之中。如临时加强筋板，临时点焊加强角铁，分段四周定位焊，船体分段和胎架螺栓连接，各种直线拉马和弧形拉马等。

2.4科学利用新型焊接工艺

现阶段，在船舶制造中选用的焊接材料大致相同，这会对船舶的焊接质量产生影响。因此，在船舶制造过程中，由于各生产厂家的需求不同，其产品结构和所需的材料也有所不同。在此背景下，船舶制造模式也在不断发展变化，且对船舶焊接工艺产生了极大的影响，相关行业对其个性化和定制化也有了更高的要求。因此，要想改进船舶制造焊接的方式，则应科学利用新型焊接工艺。目前，国内船舶生产厂家已广泛使用平面分段焊接的流水线，且配备有对应的新设施及新工艺，自动化水平显著提升，船舶焊接效率有较大幅度的提高。

2.5合理利用刚性固定法

根据船体结构焊接的具体状况，在针对焊接变形量进行控制时，刚性固定法是十分重要的焊接方式，可有效处理好焊接变形现象，从而使得焊接过程中的变形控制实现既定目标。对于刚性固定法的合理利用，应该将工件安装于具备刚性极强的胎架又或是平台上。在工件全部焊接完成冷却后，再将刚性固定去除。对于没有反变形的状况，采取此类方式有利于得到更好效果，适用于整个船体的焊接作业。通过对此种方法，可有效控制工件变形，大幅减少工件的变形量，防止在自由状态下开展焊接作业而导致焊接质量整体较差且出现较大变形量的问题。所以，应用合理、高效的变形量控制手段，同时按照变形量的相应特征以及变形量产生的实际因素加以控制，在波浪变形与角变形的控制方面起到着极其重要的作用;并且，还可以大幅提升船体焊接变形控制的效果。所以，需要按照船体结构的实际情况，结合船体焊接需求及所采取的焊接技术，针对结构焊接变形实施高效的矫正，有利于提高船体结构焊接效率及质量，从而确保船体结构的稳定性。

结语

焊接变形对船体结构稳定性有着极大的不利影响，当前在船体焊接过程中常见的变形类型主要有局部变形与整体变形等。目前，在船舶制造过程中，通常使用经验公式法、理论解析法、热弹塑性有限元法等对焊接变形进行预测。对于船体结构焊接时发生的变形问题，应通过进一步优化焊接程序、合理利用刚性固定法、火工矫正法和反变形法等措施，以及时矫正结构变形。

参考文献

[1]石金雷，鞠理扬，周宏，等.三角板扶强材对船体结构焊接变形的影响和控制研究[J].船舶标准化与质量，2020，（02）：33-41.