舰船修造中焊接变形的控制与矫正措施

摘 要：无论是对于舰船的维修还是制造来说，其中都需要包含焊接工艺，由于焊接工艺中多为手工操作，导致焊件的温度不均匀而造成内部金属结构发生变化，从而产生应力变形，极大的影响到了舰船维修与修造的质量。本文将对舰船修造中焊接变形原因，进一步分析控制焊接变形的工艺措施。

关键词：舰船；修造；焊接；变形；控制

船体结构焊接是一种不均匀的加热过程，焊接通过的电弧或火焰（电焊、气焊）热源的高温熔化焊丝移动进行。焊接时钢材受热部分膨胀，而周围不受热部分将迫使受热部分膨胀受阻而产生压缩变形，冷却后焊缝及其附近钢材因收缩而造成结构件产生应力变形。

焊接变形因焊接接头形式、材料厚薄、焊缝长短、构件形状、焊缝位置、焊接时电流大小、焊缝焊接顺序等原因会产生不同形式的变形。焊接变形一般可分为：整体变形和局部变形。焊接和焊缝附近附近钢材收缩主要表现在纵向和横向收缩两方面，因而形成了焊件的压缩、弯曲、角变形等多种形式。

一般来说，舰船在制造与维修过程中经常会涉及到金属板件的拼接及装配，此时就会涉及到焊接工艺的应用。常用的焊接方式主要有电弧焊、气体保护焊、电极焊等等，虽然每一种焊接方式以及工作原理有所不同，但是其所要达成的效果基本上是一致的，同时每一种焊接方式都存在着一定的弊端。电弧焊以及电极焊都是以溶化电极对所要连接的焊件进行填充，从而实现两个金属板件的连接，由于焊接的温度、热输入量、焊接顺序等因素的限制，导致焊接应力的存在，进而造成金属板件出现应力变形，并直接影响到了舰船的修造周期，而且如果焊接质量较差且难以达到质量的要求，就会给舰船的修造带来更多问题。因而对于舰船修造焊接工艺的研究以及变形矫正措施的研究具有重要的意义。

一、影响焊接变形的相关因素

基于现在国内的生产水平来说，在舰船制造以及修理行业中，对于中小企业现代化设备的配套明显不足，特别对于焊接工艺来说，如果不能够对焊接温度以及热输出量进行合理有效的控制，就会造成船体及结构的变形。同时，焊缝本身在冷却时会出现收缩，而焊缝金属不能够自由收缩，其必然会促使母材中产生一定的应力，而且由于焊缝中金属填充数量的差别，导致母材受到的应力也不均衡，从而会造成母材发生变形。可见焊接变形的根本因素就在于焊缝金属的不均匀收缩，焊缝收缩状态会受到焊接温度、焊接材料、工艺等几个因素的影响，这些因素也同样影响着焊接变形量。

1.材料物理性能的影响

从材料本身的物理特性来分析，每一种金属材料的导热性能、刚度、变形能力等性能都有一定的差异，因而在舰船修造中应该按照焊接位置、焊接材料的不同而对焊接工艺进行选择，在采用氩弧电极焊时，由于母材的不同，还应该对电极材料做出合适的选择。

2.焊缝数量以及断面尺寸

在舰船的修造的过程中，会涉及到很多的焊缝，每一条焊缝的位置不同，对于舰船整体变形量的影响也会不同，在舰船修造过程中，焊缝的增加，舰船整体的约束度也会相应的增加，约束度能够有效的控制材料的变形，但是如果断面的尺寸过大同样会造成母材的变形。结构复杂的工件，在焊接时往往依靠自身的约束作用来抵抗焊接变形，这也是舰船修造中往往会存在众多的加强板以及筋板的结构的关键因素。

3.焊接工艺的影响

焊接工艺参数主要指的是线性能量，当线性能量数值增长时，相应的压缩塑性变形的区域也会增大，进而会造成焊接区域的热收缩程度增加。焊接工艺的不同，同样会对收缩程度造成影响。如果焊接部件的厚度是一样的情况下，因后焊接收缩程度受到先焊接冷却现象的约束，从而使多层焊接要比单层焊接在纵向上收缩程度更小；对直通焊接法与逐步退焊接法相比较而言，后者能够有效将焊接部件的温度进行均匀分布，分散了压缩塑性的变形应力，所以直通焊接法则比逐步退焊接法的收缩程度要大。

施焊方法以及焊接顺序的不同同样会对焊接变形产生一定的影响，如连续焊要比断续焊更容易造成焊接的变形，但是连续焊焊接缝较为工整美观。不同的焊接方式，对母材金属所产生的温度场会有一定的差异，如二氧化碳气体保护焊要比其它的焊接方式的焊接变形量小。另外，焊接参数的选择也会影响到焊接性能以及材料的变形，如焊机的电流选择、电弧电压、焊接速度的选择等等，这些因素都会影响到材料的变形。此外，焊接顺序的选择会影响到焊接残余应力的分布以及整体的应力状态，因而在舰船修造前应该由相关的工艺人员对焊接顺序，各个位置焊接方式等相关因素进行科学的规划。

二、控制焊接变形工艺措施的分析

在船体材料一定的情况下，影响焊接变形的关键因素为船体结构以及焊接工艺。船体结构的设计不仅仅要满足于使用性能，同时也需要考虑到在焊接工艺中如何保证舰船结构的最小变形。船体结构的设计会影响到焊缝的数量以及残余应力的分布，因而设计人员应该进行相关材料参数、变形参数等影响焊接工艺的参数进行计算，从而设计出较为合理的船体结构。此外，船体结构较为复杂，在某一部分结构施焊完成后就应该对其内部的结构变形进行矫正，否则会对舰船的质量造成较为严重的危害。一般来说，控制舰船的焊接变形可以采用以下几种措施：

1.热补充工艺控制措施

热补充工艺控制措施是对舰船修造中预防焊接变形的有效措施，如在进行焊接操作时，可以先对工件进行预热处理，进而降低焊接前后的温度差，保证工件热平衡，进而能够有效的控制热变形。此外，焊接完成后也可以对焊接位置进行快速冷却，从而能够缩小母材对于焊接位置的热影响区域，但是该种措施容易造成工件由于强迫遇冷而产生裂纹。

而对于低碳钢部件来说，其加热点范围则控制在580℃-680℃。如果焊接部件因体积过大无法整体加热，则可利用局部加热方式，但相应的冷却也要逐步进行。

2.刚性固定法

刚性固定法指的是采用机械外力对所要焊接的部分进行固定，使其在焊接时不能自由移动，从而抵抗残余焊接应力。一般来说，对于比较开敞的焊接部位往往会设置相应的刚性固定架，待焊接位置恢复至室温后再撤掉刚性支架。同时刚性支架的设定可以在焊接位置处连接加强筋板或加焊角铁。