船舶修理改装中的焊接变形分析及精度控制

船舶修理改装中的焊接变形分析及精度控制

陈龙1 ,吴振兴2

1上海繁金实业有限公司江都分公司 江苏扬州225215；2扬州辅臣船舶设备安装有限公司 江苏扬州 225200

摘要：本文从分析船舶维修改造的特性入手，从设计、施工两个方面，提出了控制焊接变形的措施，改进和完善焊接工艺，研制出适合维修改造的模具，提高焊接质量，减少重复施工造成的人力、材料浪费。

关键词：焊接变形；精度控制；船舶修理；船舶改装

一、船舶结构维修改造中的焊接变形

1.1大面积更换甲板，纵、内、外板引起的波浪形变

由于年久失修，甲板、纵壁、内底板、外板等大量板料因长期腐蚀而需更换。在更换的过程中，主要分为两类：仅更换板而不更换结构和将板件构造制成小块的整体更换。在现场的预制阶段，焊接变形是可以避免和消除的，但因为板材和结构都是在船上进行的，装配方式、焊接设备等都会有一定的局限性，从而造成波浪形变。

1.2大量工艺孔在甲板，纵壁，内底板和外板中的收缩变形

在改装单壳油轮、矿砂船时，为了延长船舶的寿命，必须增加大量的钢结构，并对原有船舶进行了加固和改造。无论舱内结构改造、舱内管系改造，都需要在甲板、纵壁等船壳结构上开工艺孔，在工艺孔的回装过程中，，由于焊缝的变形，造成了局部应力集中，造成了船尾部分的局部变形和焊缝开裂，严重地影响了板的原有结构。

1.3隔板换新引起的角形变

散货船的槽式舱壁因装载货物撞击，舱内货物的蒸气释放而造成的腐蚀，导致大规模的挖掘和更换；油船的隔板通常采用T型断面形式，货油舱的隔板状态较好，而压载水舱的隔板腐蚀较重，必须更换新的。在改型时，由于新的槽型壁与原来的槽型不能100%吻合，造成了变形。新的焊口因应力集中而产生变形，其严重后果是在维修完毕启航后，因船体结构的振动及局部应力集中而导致的焊缝开裂和撕裂。在焊接过程中，由于焊接角接处的角形变，隔离舱壁上的下缘与挖补板的对界面也发生了波形。这种变形可以在焊接之前进行刚性固定，焊接后进行火工调型。

1.4货舱舱口盖焊接作业中的波浪变形和角变形

散装货轮的舱盖通常是由机械打开，分为折叠和横向移动两种，巴拿马中型货轮通常是折叠式，而大型的则是横向移动。由于货舱内货物的蒸发和阳光的灼热，甲板上的货物超载，为了满足适航要求，在一个或多个舱室装载压载水，造成舱盖的变形。舱盖板是由薄板构成，其焊接质量及焊缝变形对其性能有很大的影响。在船坞检查中，散货船舱盖板的密封槽是检查的重要内容。因为橡胶槽口是舱盖密封的绝缘材料，因此，在检修完毕后，为了确保舱盖的水密性，经常会通过冲水试验和超声波试验来检测焊缝的变形和焊接质量。货舱舱口盖主要是由薄板组成，因为它在主体结构中不能承担整体的强度，因此，在进行挖掘和更换时，主要是焊缝周围产生的波形和角形。

1.5滚装船汽车桥板挖补产生的波浪变形

滚装船首尾通常设有供车辆上下升降的桥板，因船舶进出港时需将桥板收起，以便于车辆上下，桥板的使用频率很高。因此常常因收放操作不当，长期各种车辆上下上下，造成桥面变形和局部损坏。同时，由于桥板的表面设置了严密的圆钢防滑，因此，在检修时，桥板的挖掘和防滑条的焊接都会造成很大的变形，而且很难控制。

二、船舶维修改造中的焊接变形与精度控制

2.1设计阶段

在船舶结构的设计中，既要保证船体的整体强度、工作性能，又要优化船体制造过程中的施工次序和焊缝变形，以减少生产能量，提高作业效率。如果在船体分割时，将焊接变形分布在零件上，将焊缝安排在中性轴对称的位置，或靠近截面的中性轴，尽量靠近结构，以防止焊接后的变形。在规范规定的范围内，对每个焊接点进行最小的焊脚和最短的焊接长度，以防止焊接过多的交叉和集中。

2.1.1拆换施工工期的合理优化

大规模更换钢板，在拆旧焊接过程中，避免产生应力集中和船体变形，应将整个船体按照肋骨位置分成若干块交叉地进行拆卸，以确保外形精确、缩短维修时间。在需要的时候，临时加固船体的结构，以确保其局部的强度和避免变形。外板部分：外板拆除按施工区域划分或间隔进行，各区的外板要分批拆除，并考虑码头的布置和调整，或在码头上适当增加临时支承等加固措施，以确保其局部强度，避免变形。内底板：对内层进行分批更换时，不但要考虑到强度，而且若前后壁墩、左右斜坡也有施工，内底板的更换次序也要考虑到其它工作的进行，以扩大作业面、减少时间等。甲板部分：为了保证连续性，甲板的拆除应该是分批进行的，通常是从中部到两侧。对角隅板的更换要特别重视船主和船检的要求，在甲板起重机的周围进行维修时要考虑分期和强化。在相同的肋骨部位，外面板和甲板要进行横向拆卸。

2.1.2设计优化临时支撑

更换新部件的新材料，在焊接时必须增设临时支架，以保证焊缝坡口的稳定性，并保证焊接质量。在特定部位，根据需要设计适当的辅助工具，以确保分段组装的稳定性，并能在焊缝周围固定钢板的收缩，从而达到精确的分段组装和确保焊接质量的目的。

2.1.3优化拆装方案

针对改造项目的特点及影响范围，对拆除前的施工区域进行了规划，并对拆除方案进行了优化。(1)整割整装，尽量将拆除的结构进行整修，并在裁剪之前，预留预留线；(2)选取拆旧大小及拆旧中心。与造船相比，船舶维修改造的提升能力相对较弱，因此，在进行拆解方案时，应在合理选取重心的基础上，充分利用起重机的提升性能；（3)合理安排拆除次序，考虑到拆除后对原有船舶整体及局部强度的影响，在进行了有限元计算后，对拆除次序进行了合理的设计，并对其进行了必要的焊接。

2.2施工阶段

2.2.1避免硬性装配、优化施工方案

按照施工图纸、施工构造、施工场地的约束条件，采取不同的方式进行防止和修补：避免硬性装配、优化施工方案不管船舶结构的施工，都要避免硬性装配。刚性组装会使焊接后的零件产生较大的残余应力，当船体结构达到疲劳极限时，甚至出现裂纹。以槽式隔板常用的更换为例。由于设计资料和工艺上的错误，造成了新的槽式隔板与原来的槽壁不能完全贴合，因此，在安装时，新旧板之间的错位是不可避免的。因此，在现场安装校验之前，必须严格控制施工工序，防止因安装硬组装而产生的残余应力。由于硬组装而产生的剩余应力，很有可能是在搬运货物时，因货物的碰撞而产生裂纹、撕裂。若安装出现超差，则需再次冷弯或热处理，使组装误差在规范范围之内，再进行焊接预加热，焊接后再进行冷却。

2.2.2规范焊接施工工艺

(1)在焊接过程中，船体结构的焊接，必须由质量管理人员进行监控，以保证焊接工作的顺利进行，并严格按照设计的步骤，采用多层多道焊，不得为了工期、节省人工而采用大电流。对每个环节都要进行现场的质量检验，确保焊接的质量，由于某些特殊的构造，特别是薄板，极易发生焊接变形，所以在安装时应采取相应的监测方法，例如，在舱盖和克令吊上进行“拉粉线”施工。舱盖的主要结构是由薄片焊接而成，在焊接的时候，很可能会发生焊接变形，因此，在施工中，应采取“拉粉线”的方法，对船体的焊接变形进行实时监测。

三、总结

本文从焊接变形效应的角度，分析了船舶维修改造中焊接变形的影响，并根据生产现场工作人员的成功经验，将其分为不同的类型，并对其进行了综合分析。特别是在焊接变形的影响下，对焊接变形的处理方法进行提炼总结，控制和纠正焊接变形的方法，减少焊接变形，提高焊接质量，减少成本，提高焊接效率。

参考文献：

[1]董立灿.浅析船舶焊接与结构设计优化[J].中国设备工程,2022(05):110-111.

[2]耿瑞,刘志鹏,刘仕豪.船舶焊接变形分析与控制[J].船舶物资与市场,2022,30(02):53-55.

[3]胡晓轩,甄希金,朱琦,王浩.深度迁移学习下的船舶焊接表面缺陷智能检测系统[J].造船技术,2021,49(03):84-88.

[4]凡天娣,景旭文,肖志建,李磊,徐建新.基于本体的船舶焊接工艺知识图谱构建[J].电焊机,2019,49(12):8-13.