船舶装配技师论文(船体分段变形的预防控制与焊后矫正)
船体分段变形的预防控制与焊后矫正
南通小风
随着当今船舶行业不断的发展和进步，无论是船舶的排水量还是在其建造材质上都发生了质的变化。船舶的大量使用钢质建造材料的同时，船舶新的船型也在不断的被开发运用，在船舶运载吨位不断扩大的同时，船舶建造的质量问题也摆在了我们造船人的面前。怎样提高船舶建造精度，我认为从船舶建造之处（包括钢板处理，划线，下料，小组拼装，到分段组装等）就应该加以预防控制，特别是船体分段的变形预防与焊后矫正控制得当，那必将使船舶的整体建造精度控制得到一个质的飞跃！
船体分段的总体精控由于数控激光的划线和下料的普及，及小组拼装构件简单，便于控制和矫正。我们这则着重从分段拼装，焊接控制和焊后矫正这几方面入手。一分段的装配精度控制
在船舶建造过程当中，无论放样、材料加工、零部件装配、焊接或其他工序，不论手工操作还是机械作业，都不可避免的产生尺寸之间的偏差，即生产误差。按照造船业的特点，造船的生产误差有草率性、规律性以及随机性三类误差。
1）草率性误差、在造船过程中，由于操作人员的粗心大意，思想上不重视，不认真，如看错尺寸、符号、不按施工要求操作、使用失修的设备加工，测量等，所产生的生产误差、叫做草率性误差。在贯彻实行新工艺的过程中必须予以消除。
2）规律性误差、在一定的生产工艺条件下存在着一定规律的固定误差，他是被人们所掌握的一种具有一定确定性关系的误差。如用一定粗细的石笔进行样板号料，其误差是比样板尺寸大的误差，其数值的大小与粗细有关。又如肋板的拼装焊接成整块肋板的宽度尺寸，因为焊接的收缩将产生负误差（即焊接后的整块肋板的尺寸要小）误差的大小则与肋板拼装时的数量、焊接长度与施焊范围大小有关，即在一定的焊接条件下，一定规律的板材经过拼装焊接后，将产生确定数值的规律性误差，这种有确定性关系生产误差，叫做规律性误差。3)随机性误差、在造船的生产过程中，由于受到不可控因素的影响，即使在同一生产的工艺条件下，每到工序、每台设备总要生产大小不定，，正负不定的误差，这是一种有一定范围限制的偶然性的生产误差。如按照号料的线际进行气割，不管是手工气割还是自动气割，不管任何人操作，都要产生大小不一，正负不一的误差，这种有偶然性的随机变化的误差，叫做相关关系的随机误差或偶然性误差。
上述三种误差某种程度上是制约提高船体分段建造精度的绊脚石，我们只有正确的严格按照施工图纸、施工工艺要求、施工规范把好每道工序的质量关才能有合格的产品流向下道工序。使分段变形与误差控制在最小值，同时也为焊后测量对比和矫正提供依据。如胎架每点高度值是焊后矫正的重要依据。二分段变形及预防控制
分段在焊接过程当中由于各部件存在的误差（如焊缝间隙大小，焊缝坡口大小等）都会不可避免的产生焊后变形的差异。这些变形会直接影响船舶的强度，增加船舶的航行阻力以
及整船的美观等一系列的性能等问题。为防止变形，一方面采取预防措施，控制变形，另一方面则在焊后进行矫正。
1变形的原因
以船体底部分段为例，其正装双层底变形的主要原因：
1、外底板从横对接焊引起分段纵横方向的收缩。2、纵横构架与外板的角焊缝引起的分段纵横方向收缩。
3、纵横构架间垂直向角焊缝引起的分段纵横向收缩的上翘变形。
4、分段建造中因装配间隙，焊接大坡口角度偏大或焊缝尺寸过大以及不正确的焊接顺序引起分段的变形。
分段翻身后，纵横构架与内底板的角焊缝引起向分段内的变形。由于分段吊离胎架，分段总体的变形以这一种变形影响最大。倒装的双层底分段，其总变形与正装的双层底分段相反，主要是由于外底纵横方向引起的。另外由于构架间相互连接的垂直焊缝，也是分段产生收缩及上翘，顾分段底部外板向上、向外变形，对某些刚性较差的分段还易引起扭曲变形。
2分段变形的预防
在分段的建造过程中，预防焊接变形是工艺的固有特点。分段在装焊时不可避免地会
产生纵横方向及翘曲变形，这些变形将会给总段装配及船台合拢工作带来很大困难。为此，采取一定的措施，控制或减少分段变形减轻火工矫正的工作量和保证分段完工尺寸的准确性。应采取的措施有以下几种；1、反变形法
底部、眩侧，甲板等分段在装配焊接后脱离胎架时总是有一定的变形，这种变形在施工工艺条件相同时总总是遵照一定规律产生的。因此、可以在胎架制造中，事先根据分段变形的趋势将胎架模板放出一定数值的方向相反，大小相等的反变形量，用以补偿由于焊接所引起的变形。反变形量可以根据过去所制造的分段变形情况和经验判断确定，也可以用经验公式计算得出。反变形计算公式
例如：当双层底半宽B950mm时，则X.Y值可取为上述公式计算数值的0.8倍。
双层底分段的纵向反变形，当分段长度L
斜变形。对于甲板较薄，宽度较大的内河客船，在构架焊前可在一定的肋距中加装临时宽梁及纵桁，一增加分段的刚性。对于在建造底部分段时，一般加装压排。
另外，分段吊运及翻身过程中，为防止发生变形对分段也要采取临时加强措施，特别是甲板分段往往尺寸较大且刚性差，更应加装临时加强材。3、正确的选择和严格遵守焊接规程
船体结构的焊接变形和内应力的减小时与焊接程序密切相关的，因为合理的焊接程序能使焊接热量分布得到有效控制。由于船体结构复杂，各种类型的船体结构也不一样，故其焊接程序也有差异。船体结构焊接程序应遵循下列基本原则:
1)对于船体外板，甲板的对接焊缝，当各横缝是错开时先焊横向焊缝，后焊纵向焊缝，当各横缝是并列对齐时，则先焊纵向焊缝后焊横向焊缝。
2）构件中同时存在对接和角焊缝时，先焊对接焊缝后焊角焊缝。
3)整体建造船舶或平面分段和立体分段建造时，应从结构的中央向左右和前后放射式的对称地进行焊接。
4)具有对称中心线的构件要有双数焊工对构件进行焊接。
5）手工电弧焊时凡超过500mm的长焊缝，应采用分段退焊法或分中退焊法进行焊接。6）构件中焊缝同时存在单层焊接和多层焊接时先焊接收缩变形较大的多层焊缝，后焊接单层焊缝。多层焊时，在条件允许下的情况下，各层焊缝的方向相反，焊缝接头应错开。7）分段或总段纵向构件与外板的角焊缝合拢处，其两端应留200mm~300mm暂不焊，以利船台装配合拢时对接。
8）肋骨，舱壁等结构靠近总装大接缝一边的角焊缝，以及双层底分段中内底板与外板地上下部角焊缝，一般应在合拢大接缝焊后进行焊接。
9）应力较大的接缝，如总段大接头焊缝。焊缝焊接过程中不间断、要求连续完成。在船舶分段建造时，一般多采用从分段中间向前后左右同时施焊，并采用逐步退焊，跳跃焊等方法。必须指出，还应合理的安排装配与焊接阶段的交替程序，对减少焊接变形有非常重要的意义和影响。分段结构应装配到足够的刚性后才可以开始焊接，对于容易产生总体变形的分段结构，这一点尤为突出重要。4、正选择焊接规范
焊接规范正确与焊接变形有很大关系。所谓焊接规范在手工电弧焊中主要指焊接过程中的一些基本参数、即焊条直径、焊接电流强度、电弧电压、焊接速度、焊缝层数、电流种类、焊接极性等方面的选择。一般来说，焊条直径小，采用焊接电流也小及输入分段的热量也较小，因而分段的焊接变形也小。而焊件输入热量不仅取决于焊接规范，也取决于焊件的焊缝规格必须指出，在焊接过程中应使焊缝规格符合实际要求。不适当的过大的焊脚，不仅浪费焊材，还增加焊接热量，扩大了热影响区域。从而加大焊接应力变形。同时采用更先进的焊接方法也可减少焊接应力变形。如CO2气体保护焊。三分段焊后矫正
船体建造过程中，虽然在船体结构设计和施工工艺上采取措施来控制施工中所产生的焊接变形，但由于焊接过程的特点和船体施工工艺的复杂性，一般来讲，产生焊接变形是不可避免的，对出现的超过设计要求的焊接变形必须进行矫正。
矫正工艺只限于矫正焊接构件的局部变形，如角变形，弯曲变形，波浪变形等等，对于船体结构的整体变形如纵向和横向收缩(总尺寸缩短)只能通过下料或装配时预放余量来补偿。矫正变形的方法有两种，即机械矫正法和火焰矫正法。机械矫正法是在室温条件下，对焊接构件施加外力，使构件压缩塑性变形区的金属伸展，减少或消除焊缝区的塑性变形，达到矫正变形的目的。机械矫正变形法容易引起金属冷作硬化，消耗材料一定数量的塑性储备，因此，只能用于塑性良好的材料，不允许对塑性较差或脆性材料进行机械矫正。实际生产中，机械矫正法矫正过程中可以使用专用的大型油压机、水压机、顶床或人工利用大锤矫正。火焰矫正法是通过对变形构件伸长部分金属进行有规则的火焰集中加热。冷却后，焊接构件这部分金属获得不可逆的压缩塑性变形，使整个焊接构件变形得到矫正。火焰矫正法同样要消耗材料一部分塑性，对于脆性材料或塑性差的材料要谨慎使用。要适当控制火焰加热的温度，温度过高材料机械性能降低，温度过低使矫正效率降低。由于冷却速度对矫正效果不产生任何影响，船厂多采用边加热边喷水冷却的方法，既提高了工作效率，又提高了矫正效果。
火焰加工的热源一般是采用氧气与乙炔，因为氧气+乙炔焰产生的温度高，加热快。火焰矫正是在钢材弯曲变形不平处用火焰局部加热的方法并且在需要的条件下辅助用水冷却进行矫正的。现以一般强度船体结构钢A级钢（C≤0.25si≤0.50Mn≥2.5p≤0.035s≤0.035）为例；
火焰矫正的原理就是利用金属材料热胀冷缩的特性。当局部加热时，被加热处钢材受热从而膨胀，但由于钢材周围的温度较之其受热处要低，并且在火焰矫正实施过程中如果需要的情况下可以辅助加以水，使其冷却反差加剧促进冷却效率，因而受热处膨胀受到阻碍变大，加热处材料受反变形压缩压力，当火焰加热温度达到600~800℃是，压缩应力超过材料屈服极限，产生压缩塑性变形，停止加热后，材料骤然冷却，结果引起材料新的变形以抵消原来的材料变形，这就是火焰矫正。
1.火焰加热时的位置与是火焰矫正成功的主要条件。加热位置选择的正确与否直接关系着矫正效果，如果加热位置选择错误不但不能起到预期的矫正效果，而且会产生新的变形使材料的变形进一步加大。同时也因该注意火焰能率：
以下为火焰矫正时的加热温度（材质为一般强度船体结构钢）
低温矫正???500度～600度火焰颜色为深褐红色冷却方式：空气和水（低温矫正尽量少用，控制不好容易使钢材产生脆裂）
中温矫正???600度～700度火焰颜色为暗樱红色冷却方式：空气和水高温矫正???700度～800度火焰颜色为樱红色冷却方式：空气和水2,加热方式的作用也不可小窥1）线状加热法
加热时火焰沿直线方向移动或同事在宽度方向做一定的横向摆动，称之为现状加热。它有直线加热、链状加热、带状加热三种。2)点状加热法
加热区域为一定直径的圆圈状的点，称之为点状加热。根据材料的变形情况可加热一点或者多点。多点加热常用梅花式，各点的直径通常为1.5cm,对材料的厚薄情况也要情况适当加减加热点的直径大小。变形量越大，点与点之间的距离应该小些，一般为5~10cm之间。加热线的横向收缩一般大于纵向收缩，其收缩量随着加热线宽度的增加而增加。加热线宽度一般为材料厚度的0.5~2倍左右。线状加热一般用于变形较大的结构，如分段板架变形、板架的起伏波浪变形等。3）三角形加热法
加热区域是三角形的称之为三角形加热法。由于加热面积较大，所以收缩量也比较大，并由于沿三角形高度方向加热宽度不等，所以收缩量也不等。因而常用于刚性较大构建弯曲变形的校正。
以上就是火焰矫正比较常用的三种方法，在此基础上摸清火焰温度掌握火焰局部受热和冷却时所引起的材料变形规律，是火焰矫正成功的关键。
综上所述，船舶建造过程中，焊接变形是不可避免的，只能采取有效的方法、措施分段装配预防、控制焊接变形，并对超出公差要求的焊接变形进行矫正，从而既满足船舶强度和使用性能，又满足经济性要求。
201*年3月28日
扩展阅读：船体结构焊接变形的控制与矫正
船体结构焊接变形的控制与矫正
摘要：船舶建造过程中的变形是一种常见现象，主要是由于船体结构在焊接后产生的局部和整体变形所导致。如不及时采取有效措施，会造成尺寸偏差、结构失稳、强度降低等后果，给下一阶段的焊接和装配工作带来很大困难，不仅导致工期延长，甚至无法达到规范要求。因此，研究焊接变形产生的原因，采取正确的控制措施，合理地对变形进行矫正，对缩短船舶建造周期，提高船舶建造质量具有重要意义。
关键词：火工矫正控制变形船体结构1概述
随着世界造船业的不断发展，船舶现代化程度越来越高，在船舶的建造过程中，新技术、新工艺不断得到应用，我国已经成为世界造船大国之一。船体本身是特殊的，其外形是个空间曲面，在船舶建造和修理过程中为了修正其结构的变形，船体主要是由焊接的钢结构构成，船厂通常采用火工矫正的工艺方法。2船体结构变形原因及形式
船舶建造过程中的变形是一种常见现象，主要是由于船体结构在焊接后产生的局部和整体变形所导致。产生焊接变形最基本和最本质的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件的刚性条件，在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形。船体变形可大致分为：发生于焊接结构某部位的构件局部变形，除此之外，还有体变形，即整个结构形状和尺寸发生了变化。3焊接变形的预防与控制
由于焊接变形有可能造成的严重后果，我们在船舶建造过程中必须做好对船体变形的控制，尽量减少变形，预防超标准的变形情况出现。
由于焊接变形有可能造成的严重后果，我们在船舶建造过程中必须做好对船体变形的控制，尽量减少变形，预防超标准的变形情况出现。目前在实际生产中，主要应用以下四种办法控制变形。3.1正确的焊接结构设计
①设计薄板结构时，应校核和提高构件的稳定性，防止波浪变形。②优先考虑型钢代替钢板，想方设法提高钢材的利用率，尽可能减少焊缝数量。③尽可能选取小的焊缝尺寸，在保证结构承载能力条件下，综合施工工艺的可能性。④为避免焊接后产生扭曲或较大弯曲变形，应尽可能使焊缝对称于截面中性轴，选用对称截面的结构。3.2合理的装配焊接工艺
合理的装配焊接法是另外一种控制总体和结构变形的重要方法。船体装配应尽可能地在无装配应力强制下进行。若装配应力过大，则有可能在未焊接时即产生波浪变形，对薄板构件的焊接装配尤其需要注意。焊接电流、焊接速度、焊接方向、焊接顺序、焊接方法等都会对结构变形产生影响。针对不同的板材及焊接方法，可选取不同的焊接电流与焊接速度，但焊接顺序和焊接方向一般来说具有一定的原则性，且对整个船体的变形影响显著。3.3反变形措施
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