船体结构焊接变形的研究

船体结构焊接变形的研究

徐力吕洪高

中船澄西船舶修造有限公司江苏无锡214433

摘要：近些年来，在我国科技不断发展的背景之下，越来越多的先进船舶被研发出来，但是在船舶制造技术的不断发展之下，船舶的质量问题越发成为被人们所广泛关注的话题。那么在船舶的制造过程中，船舶的外形结构焊接是影响船舶制造的重要因素，船舶的外形结构焊接出现变形不仅会影响船舶的制造，而且还会对船舶的使用造成影响。因此本文围绕船体结构的焊接变形问题展开分析。

关键词：船体结构焊接变形研究

船舶在制造过程中，必不可少的环节就是船舶外形结构的焊接，并且焊接对于船舶整体的制造与研发，发挥着重要的作用。也可以说船舶结构的焊接决定着船舶的整体质量与整体使用效果，那么对于焊接而言其最难把握的就是焊接变形问题。焊接变形往往会影响船舶的生产质量与决定船舶的使用效果。船体焊接变形会改变船舶的整体结构，并且还会对船体的尺寸与精确度产生影响，同时一旦出现焊接变形船舶在日后的使用过程中会出现船舶承载量下降、船体负荷出现内部错误等问题，并且其还会影响船舶的使用寿命与使用效果。因此焊接变形对于船舶的制造而言起着至关重要的作用，焊接变形直接决定船舶的好坏，所以焊接变形问题是一个亟待解决的问题。

一、焊接变形的类型及特点

1.1焊接变形的类型

就船舶的焊接技术而言，在焊接工作中出现焊接变形问题分为很多方面的原因，并且焊接变形问题的分类特别繁杂，具体来说，按照变形的对于船舶结构造成的影响进行分类，可以分为局部変形与整体变形。根据船舶的外形进行分类可以分为：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形与扭曲变形。

1.2收缩变形

收缩变形就是指船舶在进行焊接工作前与焊接工作之后进行比较，船舶的尺寸由大变小。将收缩变形进行细分可分为纵向与横向收缩变形。

1.2.1纵向收缩变形

纵向收缩变形的具体现象为：船体沿着焊接工作的缝隙轴线方向尺寸进行收缩，此现象的形成主要是因为焊接缝隙和周围区域在焊接工作高温度的影响下进行的纵向压缩性质的变形，在焊接工作完成后，进行焊接的区域要进行收缩，所以才导致了纵向收缩变形问题的发生。根据发生变形的原因进行分析，影响船体纵向收缩变形大小的因素包括：焊接缝隙的大小、焊接区域的面积、船体的组成材料、船体塑性的变形面积和船体塑性的压缩改变率等。在焊接工作过程中，焊接区域的面积越大，那么焊接的的纵向收缩量越小。焊接缝隙的长度越长，那么焊接纵向收缩变形量越大。船体的压缩塑性改变量与焊接的方式、工作顺序、组成材料都有相关联系，并且焊接工作的热量与船体变形量成正相关。并且在进行焊接工作时，焊接工作的原始温度对船体的变形也有所影响，因为焊接工作原始温度增加就相当于增加了焊接的热量，因此焊接工作过后船体的纵向收缩量就会提高。

1.2.2横向收缩变形

横向收缩变形与纵向收缩变形相似，横向收缩变形就是：船体沿着与焊接缝隙相垂直的方向进行收缩变形。横向收缩与焊接热量成正比，同时其收缩量也随着船体装配缝隙的变大而增大。横向收缩量与焊接缝隙长度的关系不大，可以说横向收缩量与焊接缝隙的分布不相均匀，因为先行完成的焊接缝隙待冷却后会对新完成的焊接缝隙产生挤压，从而使后完成的焊接缝隙的收缩量变大。横向收缩量还与船体装配后的焊接与装夹有联系，船体装配的定位焊长度与大，其装夹的固定程度越大，因此横向收缩量就会变小。

1.3角变形

船舶在制造过程中，要对中厚板进行焊接，其焊接方式主要有：对接焊、对焊与T形焊，这进行这些焊接方式时经常会引发一个问题，这个问题就是角变形。导致角变形问题出现的原因就是在焊接过程中，焊接缝隙的横向收缩板厚度不够均匀。

1.4弯曲变形

对于弯曲变形而言，其本质的发生原因就是在焊接工作时，焊接缝隙的中心轴与船体结构横截面的中心线不相重合，或者是与其不相对称，其焊接缝隙的收缩根据船体结构部件的宽度方向分布不均匀儿引起的。通常弯曲变形包括两种，一种为跟随焊接缝隙而形成的横向弯曲变形，另一种是跟随焊接缝隙而形成的纵向弯曲变形。

1.4.1纵向收缩弯曲变形

在进行焊接工作时，焊接缝隙的组成部件在结构上分布不对称，所以就导致组成部件的结构发生纵向收缩弯曲变形。如果焊接缝隙的位置与工作截面相对称或者想接近，那么弯曲变形的程度就会相应减小。

1.4.2横向收缩弯曲变形

焊接缝隙在横向收缩过程中，由于其结构的不对称就会引起船体结构的横向收缩弯曲变形。举例来说，在工字梁的上部位置分布一些相应的协助板，因为协助板与腹部板以及协助板与上层板的角部焊接缝隙全分布于结构的中线上部，所以这些板与板之间横向收缩就会引发工字梁的下挠发生改变。

1.5波浪变形

在焊接过程中，波浪变形经常发生在铁板厚度不超过6毫米的薄型板的焊接过程中，波浪变形又可以称为失稳变形。在较大范围的铁板拼接过程中，例如船舶整体甲板拼接、大型罐体的安装等，都极其容易导致波浪变形问题的发生。并且一部分变形也有可能发生类似于波浪变形的现象。如果运用大规模的协助板进行组合，那么协助板的角部焊接所引发的角变形连接起来就会造成波浪变形。

1.6扭曲变形

焊接过程中发生的扭曲变形主要是因为焊接缝隙的角变形沿着焊接缝隙的长度所形成的变形，扭曲变形在所有的变形问题中是最为严重与复杂的。扭曲变形不仅仅存在于铁板剪切的胚料之中，而且还存在于焊接较细长与较大的杆形状的结构元件与结构框架之中。

二、影响船体焊接变形的主要因素

2.1施焊方法和焊接工艺参数

总体来说，不同的焊接方式所引发的收缩与变形量是大不相同的，如果焊接部件的厚度相同时，多层的焊接方式要比单层焊接方式收缩量大，因为这是因为多层焊在进行焊接时，先进行焊接的部位冷却后会对后进行焊接的部位造成挤压，从而在一定程度上阻碍了焊接部位的收缩。逐步或逐层进行焊接要比直接进行焊接收缩小，因为逐层焊接要比直接焊接的温度更加均匀，并且其产生的塑性比之更分散。焊接工艺参数中最为主要的就是线能量的改变，一般而言，当先能量增大时，其压缩塑性也会随之增大，从而其压缩量增大。

2.2焊缝长度及其截面积

按照一般情况来说，焊接缝隙的长度会影响焊接缝隙的纵向收缩量，并且焊接缝隙的横向收缩量会跟随焊缝的宽度而扩大。并且焊接的横向收缩与船体铁板厚度、铁板接头方式等有联系。

2.3焊缝在结构中的位置

焊接的缝隙在船体焊接工作中发挥着重要作用，焊接缝隙的位置与大小还会直接影响焊接的变形，总体来说焊接缝隙的位置在对应船体结构的中线时，其发生的变形也特别简单，只包括横向与纵向的变化。当焊接缝隙的位置与船体的结构中线不相重合时，就会发生横向与纵向的变化，并且还会发生弯曲变化，焊接缝隙的位置与结构的中线越远焊接的收缩量与结构变化量差距越大。因此在进行焊接工作时，要尽量将焊接缝隙的中线靠近船体结构的中心轴，以减少船体结构的变形。

三、结束语

综合上文内容，船舶在制造的过程中，焊接对于船舶的制造发挥着重要的作用，但是焊接变形问题普遍存在，所以在传播的建造途中要尽力避免与克服因为焊接变形而带来的问题，从而保障船舶的整体质量，与船舶的使用效果，保障船舶的使用效率与经济效益。所以焊接技术的发展对船舶技术的发展具有重要的意义，因此提高船体焊接变形研究可以有效提高船舶的质量与使用效果。

参考文献：

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