船體結(jié)構(gòu)焊接變形分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

船體結(jié)構(gòu)焊接變形分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【摘

要】在許多技術(shù)中重要的金屬的加工技術(shù)就是焊接技術(shù)，焊接技術(shù)在應(yīng)用方面有廣泛的應(yīng)用范圍，在使用過程中，機(jī)械加工以及船舶制造都能用到焊接技術(shù)。但是雖然焊接技術(shù)在造船行業(yè)的發(fā)展速度較為快速，并且自動(dòng)化程度也逐漸提高，在焊接過程中也有很多問題是無法避免的，比如說，在焊接過程中，難免會(huì)出現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)的變形。焊接結(jié)構(gòu)的變形計(jì)降低了尺寸精準(zhǔn)度的水平，并且也會(huì)造成焊接結(jié)構(gòu)、形狀不能保持一致，進(jìn)而在工作中會(huì)造成傳播增加，以及促進(jìn)船舶失效的原因，并且由于焊接變形也會(huì)降低傳播結(jié)構(gòu)的疲勞、強(qiáng)度。在焊接結(jié)構(gòu)中焊接變形的分類是很復(fù)雜的，對(duì)于變形來說，焊接結(jié)構(gòu)的影響因素有整體變形和局部變形，若通過外觀則可以分為曲線變形、波浪變形、腳變形、扭曲變形以及收縮變形。

【關(guān)鍵詞】船體結(jié)構(gòu);焊接變形;分析

1.船體結(jié)構(gòu)焊接變形的產(chǎn)生原因和分類

船體結(jié)構(gòu)焊接變形可以分成兩個(gè)大類，一個(gè)是局部變形，另一個(gè)字是整體變形。局部變形的含義是對(duì)于船體來說，其中的一小區(qū)域發(fā)生的變形，局部變形當(dāng)中包括彎曲變形、波浪變形、腳變形和錯(cuò)邊變形。對(duì)于整體變形來說，是整個(gè)船體發(fā)生較大程度的變形，包括彎曲變形、收縮變形和扭轉(zhuǎn)變形。相對(duì)于船體的結(jié)構(gòu)來說，焊接變形的原因不是有某一種因素，造成，而是通過不同的因素共同的作用下所引起的，但將這些因素總結(jié)起來無非還是三種原因。主要有：焊接殘余應(yīng)力、外力和焊接熱應(yīng)力。對(duì)于焊接參與用力，是指在焊接結(jié)束的過程中，常溫金屬的固定作用和漢風(fēng)金屬的收縮共同查收。外力是指在焊接過程中，由于一些較大幅度的力所產(chǎn)生的力。焊接熱應(yīng)力是指在焊接過程中對(duì)金屬加熱并沒有均勻地進(jìn)行，變形程度的增加也會(huì)導(dǎo)致施熱時(shí)輸入量增加。焊接殘余應(yīng)力的是將常溫金屬剛性固定和焊縫金屬收縮共同所產(chǎn)生。

2.影響船體結(jié)構(gòu)焊接變形的原因

2.1焊接方法

焊接方法在常用的步驟中有自動(dòng)焊接、手工焊接和氣體保護(hù)焊接，不同的方法，對(duì)于焊接的結(jié)果也是不同的。一般來說，氣體保護(hù)焊幾和自動(dòng)焊接在加熱過程中的受熱面積比較集中，所以對(duì)于變形率的差異會(huì)比較小，但是對(duì)于手工焊接來說，加熱并沒有很集中，因此就會(huì)造成變形率相對(duì)來說會(huì)有較大差異。

2.2結(jié)構(gòu)剛性

結(jié)構(gòu)剛性的約束會(huì)影響到焊縫的縱向收縮和橫向收縮，剛性小的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)著會(huì)有較大程度的變形，但剛性較大的結(jié)構(gòu)，再利用焊縫收縮力的情況下，變形程度會(huì)較小，因此結(jié)構(gòu)剛性小的方向是焊接變形所期望的結(jié)果。

2.3焊接量和焊接面的面積

一般來說，焊接量的多少會(huì)影響焊接變形率，并且焊接面的面積同樣也會(huì)影響焊接變形率的高低，面積和數(shù)量的增加會(huì)導(dǎo)致變形率的增加。

2.4焊接程序和裝配

一般來說，焊接在整體裝配完成后，再進(jìn)行會(huì)形成較小的變形率，但裝配和焊接同時(shí)進(jìn)行的話，就會(huì)導(dǎo)致變形綠增強(qiáng)。越合理的焊接程序樂會(huì)導(dǎo)致變形綠產(chǎn)生大規(guī)模的影響，而不合理的焊接程序會(huì)許多焊接變形率增加。

2.5焊接的順序以及方向

焊接的順序和方向也會(huì)對(duì)焊接變形產(chǎn)生影響，在進(jìn)行焊接的過程中，通過從中間開始采用的方法會(huì)降低變形的程度，并且在進(jìn)行長焊接時(shí)會(huì)直接增強(qiáng)焊接變形的可能性。

2.6焊接的位置

在面對(duì)焊接較小的剛性結(jié)構(gòu)時(shí)，在布置過程中焊縫的不對(duì)稱性會(huì)導(dǎo)致變形的結(jié)果，在布置過程中對(duì)稱的焊縫會(huì)產(chǎn)生縱向和橫向的縮短情況。

3.解決船體焊接變形的策略

焊接變形并非是有一個(gè)因素導(dǎo)致，而是通過不同因素的共同作用所導(dǎo)致了焊接的變形。在船體焊接的過程中，正是由于兩個(gè)基本原因才會(huì)導(dǎo)致焊接變形，這兩個(gè)原因一個(gè)是塑形應(yīng)變，另一個(gè)則是熱應(yīng)變，所以不管是在實(shí)際的操作過程中還是課本理論之基礎(chǔ)上，焊接變形，在船體焊接的過程中是無法避免的。因此，對(duì)于船體焊接變形要采用控制的辦法，在實(shí)際的船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過程中，能夠控制船體結(jié)構(gòu)焊接變形的措施，可以著手于工藝、結(jié)構(gòu)以及材料。對(duì)于焊接設(shè)備的發(fā)展，也促進(jìn)了控制船體結(jié)構(gòu)焊接變形的發(fā)展。

3.1船體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)控制船體結(jié)構(gòu)焊接變形，在設(shè)計(jì)船體的過程中加入了很多控制措施，在涉及的方面，要降低焊縫的面積，并且要選擇較合理的坡口形式，但是這些都要滿足結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的小度的前提才可以實(shí)行。對(duì)于焊縫的布置也要遵循對(duì)稱性，在降低焊縫的長度是可以采用沖壓見，如果想增強(qiáng)裝配的有效性，則可以使用裝卡器具的裝配。

3.2高效的施工工藝技術(shù)

對(duì)于大型的船體結(jié)構(gòu)的焊接工作，可以采用由中間向四周進(jìn)行的方式。橫向收縮會(huì)對(duì)焊縫產(chǎn)生不小的用力共生的會(huì)產(chǎn)生裂縫，因此要通過一些方法對(duì)裂縫進(jìn)行收縮。對(duì)于收縮量大的焊縫要進(jìn)行焊接技術(shù)，因此，在腹板的角焊縫和面板間會(huì)形成較大的焊接應(yīng)力。為了實(shí)現(xiàn)有蓋板的結(jié)構(gòu)的焊接順序，因此在焊蓋板的過程中，對(duì)于對(duì)接焊縫和角焊縫要采取有序的順序。對(duì)于剛性強(qiáng)且具有對(duì)稱性的物件，在焊接過程中可以利用對(duì)稱的焊接方法，這樣有利于構(gòu)建到彎曲風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到最小。通過焊縫的不同焊接方法，在焊接中可以利用交替焊法。對(duì)于不同的長度的焊縫可以采用不同的焊縫方法。這個(gè)方法的含義是將焊縫后變形的情況作為基礎(chǔ)，預(yù)先設(shè)定一個(gè)大小相同且方向相反的變形情況，這樣可以在構(gòu)建焊接之后的變形風(fēng)險(xiǎn)降至最低。在使用方法時(shí)要確定反變形的數(shù)值情況，從而達(dá)到最終的目的。對(duì)于一些剛性較大的船體構(gòu)件的方法，則采用剛性固定法。這種方法有利于對(duì)腳變形和波浪變形。

3.3船體焊接變形的矯正方法

（1）帶狀加熱矯正法。該方法又被稱之為線狀加熱或條狀加熱法，主要是用氧-乙炔焰呈波形向前游動(dòng)以及作直線往返游動(dòng)，以確保加熱形狀呈條狀或帶狀。該方法的主要特點(diǎn)是橫向收縮量大于縱向收縮量3倍，可以用較小的加熱面來達(dá)到理想的糾正效果;（2）圓點(diǎn)加熱矯正法。在板材產(chǎn)生變形的位置，圓點(diǎn)加熱矯正法得到廣泛應(yīng)用，其主要是用氧-乙炔焰圓環(huán)游動(dòng)來確保其能夠均勻地加熱成圓點(diǎn)狀，該過程中火圈溫度達(dá)到800℃時(shí)呈現(xiàn)淡紅色，并借助鐵錘錘擊周圍，然后在火圈溫度不斷下降的時(shí)候捶擊也漸輕緩。由火圈附近逐漸將捶擊位置移至火圈中央部位，最好選擇方榔頭襯好以免敲癟火圈。待冷卻至40-50℃時(shí)還需要復(fù)行捶擊，從而使其內(nèi)應(yīng)力得到有效消除。該方法在板材矯正過程中，嚴(yán)禁直接將火圈布置在變形最高點(diǎn)，避免對(duì)矯正質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。最好選擇從變形小的地方開始逐漸向變形大的地方推進(jìn)，從而有效降低變形最高處的擾度。在圓點(diǎn)加熱矯正法中，火圈直徑不宜過小或過大，過小有可能導(dǎo)致周圍剛性過大，而誘發(fā)龜裂，過大易使火圈表面出現(xiàn)皺褶現(xiàn)象;（3）螺旋帶狀火圈加熱矯正法。其主要特點(diǎn)是加熱帶成螺旋狀，一般是以螺旋式用氧-乙炔焰在骨架的背面游動(dòng)加熱，并一邊加熱以便用磅鐵錘輕敲，從而達(dá)到預(yù)期的矯正效果。

4.總結(jié)

在傳播建造中，不可避免的問題就是焊接變形，但是對(duì)于