浅析船体结构焊接变形及其预防措施

船体发生局部变形或整体变形，是船舶建造过程中常见的现象。船体发生变形后，将会影响船舶外观，如果整体变形较大，将会造成线型与理论形状不合，从而改变船舶吃水，增加船体阻力，影响船舶性能，其中包括航行性能和使用性能。因此，研究船体变形产生的原因、有效预防或控制船体变形，具有非常重要的意义。

我们知道，构件的变形必须与应力同时存在。焊接过程中焊件由于热胀冷缩和熔化区重结晶，焊件内部产生一种内应力，因而引起焊件的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比熔不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。

焊接残余应力对焊件的影响可概括为五个方面：

一是对强度的影响，如果在高残余拉应力区中存在严重的缺陷，而焊件又在低于脆性转变温度下工作，则焊接残余应力将使静载强度降低。在循环应力作用下，如果在应力集中处存在着残余拉应力，则焊接残余拉应力将使焊件的疲劳强度降低。

二是对刚度的影响，焊接残余应力与外载引起的应力相叠加，可使焊件局部提前屈服产生塑性变形。焊件的刚度会因此而降低。

三是对受压焊件稳定性的影响，焊接杆件受压时，焊接残余应力与外载所引起的应力相叠加，可能使杆件局部屈服或使杆件局部失稳，杆件的整体稳定性将因此而降低。

四是对加工精度的影响，焊接残余应力的存在对焊件的加工精度有不同程度的影响。焊件的刚度越小，加工量越大，对精度的影响也越大。

五是对耐腐蚀性的影响，焊接残余应力和载荷应力一样也能导致应力腐蚀开裂。

为了消除和减小焊接残余应力，应采取合理的焊接顺序，先焊接收缩量大的焊缝。焊接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位加热，使焊缝能比较自由地收缩，以减小残余应力。消除焊接残余应力的方法一般有两种，一是采用机械振动法，使构件内应力（残余应力）得到释放，二是热处理法，在应力区采用高温回火的方法，允许材料沿着应力方向变形，使构件的内应力（残余应力）得到消除。

焊件在施焊中发生的变形，称为焊接变形。焊接变形直接影响焊件的性能和使用，因此需要采用不同的焊接工艺来控制和预防焊件的变形，并对产生焊接变形的构件进行矫正（见图1）。

焊接变形的预防和控制：焊接变形的大小与焊缝的尺寸、数量和布置有关。首先从设计上合理地确定焊缝的数

舷侧分段的焊接工艺

舷侧分段的结构包括舷侧外板、舷顶列板、肋骨、强肋骨、舷侧纵桁等，有的舷侧分段还带有甲板小分段和舱壁分段。根据不同舷侧分段的线型特点其装焊基础也各不相同，线型较为平坦的舷侧分段，可在平台上装焊，分段曲率较大的则须在胎架上装焊，但两者的装焊程序基本相同。

舷侧分段装焊程序是：舷侧外板拼板碳弧气刨开坡口外板焊接构件划线构架安装构架对接缝焊接骨架与外板角接缝焊接划分段轮廓线、检查水线、定位肋骨线割胎离胎、翻身碳弧气刨开坡口封底焊矫正变形完工测量。

舷侧分段的焊接工艺为：

（1）舷侧外板铺放在胎架上，用定位焊将它与胎架焊牢定位。在有构件的一面，用碳弧气刨刨削外板对接接口，为了防止分段焊后变形，舷侧分段外板的对接缝需用“码材”强制固定，然后进行外板对接缝焊接。

（2）舷侧外板对接焊完后，用装配点焊固定构件，然后进行构件之间的对接缝焊接，再进行构件之间的角焊缝焊接，最后焊接构件与外板的角焊缝。

（3）舷侧分段焊接时，同样应由双数焊工从分段中央向左右、前后对称施焊，以减少焊接变形，同时为了方便和各分段的对接，在端部200～300mm处，所有的焊缝暂不烧焊。

（4）舷侧分段内侧烧焊完毕后，割离胎架，翻身后进行舷侧外板封底焊，封底焊前，均需用碳弧气刨刨开坡口，以保证焊接质量。

由于舷侧分段骨架网格类似于甲板结构，其焊接工艺及顺序可参照“甲板分段焊接顺序”。骨）、实肋板、中桁材、旁桁材等构成的。双层底分段在施工过程中，可分为正装法和倒装法两种，一般起重能力较强的工厂，采用倒装法，起重设备和起重能力较差或一些小规模的船厂则采用正装法，下面仅介绍正装法的焊接工艺。

双层底的正装法，是以船底外板作为为基面，在胎架上制造，这种方法能保证分段的正确线型。正装法建造双层底分段的程序是：船底外板拼板开坡口焊接构架划线构架安装焊接矫正构架变形修正构架高度装内底板部份角焊缝焊接离胎、翻身焊接内底板上结构的角焊缝、同时进行内底板封底焊矫正变形完工测量。

正装法双层底分段的焊接工艺：

（1）在胎架上装配船底外板，并用定位焊将其与胎架焊牢定位，用手工焊或埋弧自动焊焊接外板内侧对接缝。

（2）在船底外板上划线，安装中桁材、旁桁材、船底纵骨，定位焊后，用自动角焊机或重力焊进行船底外板与纵向构件的角接缝焊接。

（3）在船底外板上装配实肋板和水密肋板，定位焊后，先焊实肋板及水密肋板与中桁材、旁桁材、船底纵骨的角接缝，然后再焊接实肋板及水密肋板与船底外板的角接缝。

（4）在平台拼装内底板，根据内底板厚度，不开坡口或预先开坡口，定位焊后，采用埋弧自动焊焊接内底板对接缝，焊完正面焊缝后翻身，并进行反面焊缝的焊接。

（5）在内底板焊接完毕后，安装内底纵骨，定位焊后，采用自动角焊机焊接内底板与纵骨连接的角焊缝。

（6）将内底板平面分段吊装到船底构架上，并用定位焊将它与船底构架焊牢定位。

（7）将双层底分段割离胎架，翻身后，焊接内底板与中桁材、旁桁材、实肋板、水密肋板的平角焊缝，再焊接内底板与船壳外板内侧的角接焊缝，最后采用手工焊或埋弧自动焊焊接船体外板对接缝（船底外板的封底焊），焊完后再将双层底分段翻身，并等待进行总装。大合拢缝的焊接工艺

各总段在船台上进行大合拢，其外板所形成的焊缝就是环形焊缝或大合拢焊缝。环形焊缝的装配和焊接质量，对船体强度特别是船体总纵强度起着极为重要的作用，环形焊缝的焊接必须采取严格的工艺措施，以及创造良好的焊接环境。规范要求，船体大合拢焊缝或环形焊缝应采用低氢型焊接材料进行焊接。

环形焊缝的焊接工艺要求如下：

（1）必须做好焊前的准备要作，根据板厚开设坡口，应将焊缝内油锈和其它氧化物清除干净，碱性焊条必须注意烘干，施焊前两对接总段必须用“码材”或其它措施强制固定好。

（2）应注意施工环境，在环境条件不允许的情况下不能施焊。如天气过于潮湿或环境湿度过大不能施焊，如果是露天船台的，应严禁雨天施焊。

（3）要做到安全作业，由于环形焊缝的焊接工作有相当一部份是在高空作业，因此，施焊前必须检查临时搭架的焊梯和脚架是否牢固可靠。

（4）在进行环形焊缝施焊前，应首先将各纵向构件型材的面板和腹板对接缝焊完，然后再焊接环形接缝，最后焊接内部构件与船体外板、甲板、内底板等的角接缝。

（5）环形焊缝在十字接头的焊接程序，应先焊纵向焊缝，后焊环形接缝焊缝。

（6）船体外板的对接焊，先焊有构件一侧的内面焊缝，焊完后，在背面采用碳弧刨吹槽，吹净焊根，然后进行手工封底焊。内底板和甲板对接焊，如果采用坡口向下，则应先用手工仰焊焊接有坡口的一面，然后采用埋弧自动焊进行平焊封底；如果采用坡口向上（内底板或甲板），先用手工焊打底，正面焊缝采用埋弧自动焊，然后用碳弧气刨在背面接缝吹槽，吹净焊根，进行手工封底焊。

（7）对环形焊缝施焊时，应由双数焊工自船体纵舯剖线开始，左右同时对称地焊接。

（8）为了保证环形接缝的焊接质量，焊工施焊时，除应严格按照焊接工艺技术要求去做以外，还应集中精神，认真操作施焊。操作时，手的动作要平稳，运条动作幅度大小和电弧长度要均匀，每层焊缝焊完后，要将熔渣、飞溅等清除干净，接着再施焊下一层。这样，才能焊出表面成形美观、内部质量良好的环形对接焊缝（见图5）。和船舶的正常航行。主机基座一方面承受着主机的重量，同时还承受主机运转过程中所产生的机械振动和各种负荷。因此，主机基座的焊接质量要求很高，特别是要防止产生焊接裂缝。

主机基座安装程序是：在平台上根据尾轴中心线确定主机基座面板线以及主机基座纵桁、横隔板和横肘板的安装线安装已经装成T形基座纵桁和横隔板并用定位焊固定于平台上安装横肘板并用定位焊固定于平台上焊接拆除定位焊矫正变形测量。

主机基座的焊接工艺为：

（1）主机座纵桁的焊接。当主机座纵桁腹板厚等于或大于12mm时，在水平面板与纵桁的角接处，纵桁腹板必须开坡口，坡口型式按板厚和施工情况而定，当纵桁板厚小于12mm时，可以不开坡口。主机基座纵桁在平台上装焊定位后，采用碱性焊条进行手工焊接。

（2）主机基座各部件在平台划线装焊，并用定位焊将它们与平台焊牢固定。装妥后，采用碱性焊条进行手工焊接。

（3）先焊接主机基座纵桁与横隔板的角接焊缝。

（4）焊接横肘板与纵桁的角接焊缝。

（5）主机基座焊后并经矫正上船安装，它与船底板的连接角焊缝必须采用双面连续焊，且应采用碱性焊条。