船体建造过程中焊接应力的产生及预防措施

船体建造过程中焊接应力的产生及预防措施

杨亚林

天津博迈科海洋工程有限公司 天津 300000

摘要：在船舶建造过程中为了有效消除结构应力集中,防止和减少在船舶建造过程中因船体焊接应力等方面出现船体建造变形影响船体制造精度的控制,从而最终影响到船舶的建造质量,特制定消除船体焊接应力的施工工艺。

关键词：船舶建造;焊接工艺;应力集中

引言

船舶的性能与建造过程中焊接工艺有着密切的关联，如果焊接部位出现应力集中现象，将会对船体的强度造成影响。在船舶建造过程中产生的应力不予以消除的话，一旦船舶航行至海上受到横倾、纵倾的外力时，船体内部构件会出现明显的开裂现象。基于此，文章主要分析了船体建造过程中焊接导致的应力，围绕建造过程中针对消除焊接应力集中的工艺展开探究，总结产生应力集中现象的主要原因，并在此基础上制定出合理的工艺方案，可为相关施工人员提供参考。

此外，文章提出了对船体建造过程中可行的焊接应力消除措施，具体涉及焊接工序、工艺参数以及电流控制等多方面内容，基于多方位的工作，最终消除应力集中现象，推动船舶建造工作的开展，提升船舶的整体性能水平。2船体焊接应力的产生

焊接应力是指焊接过程中，船体工件受电弧热的不均匀加热而产生，并当工件冷却后仍然保留在工件内部的残余应力。船体结构焊接过程是一个不均匀的受热过程，即焊缝及其相邻区金属都要被加热到很高温度（焊缝金属已处于液态），然后再快速冷却下来，由于在焊接过程中，焊件各部分的温度不同，随后的冷却速度也各不相同，因而焊件各部分在热胀冷缩和塑性变形的影响下，必然产生焊接应力。焊接应力的存在不但可能引起工艺缺陷，而且还会引起船体构件的变形甚至产生裂纹，它们将影响焊接构件诸如强度、刚度和受压稳定性等结构承载能力，使其承载能力大大降低，甚至在外载荷改变时出现脆断的危险后果。

3影响船体结构焊接应力大小的因素

焊接应力是由诸多因素同时作用造成的，最主要的因素有：焊接时温度分布不均匀；熔敷金属的收缩；焊接接头金属组织转变及工件的刚性约束等。焊接应力还与焊接方法及焊接工艺参数有关。在焊接过程中，被焊金属由于热的输入和传播而经历的加热、熔化和随后的凝固及连续冷却过程称为焊接热过程。焊接热过程贯穿于整个焊接过程，是产生焊接应力的决定性因素。焊接温度场的温度分布越不均匀，焊接应力越大。在焊接速度一定时，焊接电流越大，不均匀热输入越大，所产生的温度场分布不均匀度越大，因此产生的焊接应力越大：反之，产生的焊接应力就越小。在焊接电流一定时，焊接速度越大，不均匀热输入越大，所产生的温度场分布不均匀度越大，因此产生的焊接应力越大；反之，产生的焊接应力就越小。

4船体建造过程消除焊接应力工艺分析

4.1采用合理的焊接顺序和方法

（1）无论是钢板还是焊缝，必须确保其一侧具有一定的自由收缩性。（2）对焊缝的性质进行分析，对于刚性拘束较小的焊缝应优先进行处理。（3）若出现构架与板接缝相交的情况，此时在形成对接缝的同时还会形成角接缝，在焊接时应优先对前者进行处理。（4）对所需焊接的部位进行分段，在焊接过程中首先需要对中部进行焊接，而后向左右两端同时延展，由此提升结构的均匀性。（5）对于存在于同一断面内的构件而言，应注重焊接工序：首先进行大接头对接缝的处理，当结束此部分作业后，再对其他构件对接缝进行处理，最后进行角焊缝处理。基于此方式，可以大幅缓解大接头的残余拉应力。（6）若角接缝的位置贴近大接头肋骨处，此时应优先对大接头进行焊接，而后再进行此部分焊接。选择合理的焊接工艺参数在确保焊接质量的前提下，应在最大程度上减小焊接线能量，具体来说：对于手工电弧焊方式而言，应将焊接电流稳定在下限状态，此时可以缓解焊件的受热程度，削弱焊接的残余应力。

4.2预留变形余量

在进行装焊肘板、补板作业时，受其结构特殊性的影响，无法进行自由的收缩，此时便会产生应力集中现象，并致使结构出现裂纹，在对焊缝进行焊接作业时会产生一个较大的拉力，此时结构板出现拉平现象，进而减小焊接残余应力。

结语

通过本文的分析可知,在船舶整体建造过程中,要想有效消除焊接应力现象,就要从采用合理的焊接顺序和方法、选择合理的焊接工艺参数、预留变形余量、做好焊接电流电压的控制和正确分析焊接缺陷入手,确保船舶整体建造过程应力集中得以全面消除 。

参考文献

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