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1、第30卷第4期2013年08月江蘇船舶JIANGSUSHIPV01．30No．4Aug．2013船舶在建造過(guò)程中焊接變形的形成及控制張玉永(新世紀(jì)造船有限公司，江蘇靖江214500)摘要：在船舶建造過(guò)程中，大量構(gòu)件的焊接變形不利于船體分段建造精度的控制，從而影響船舶建造的質(zhì)量。通過(guò)分析船體構(gòu)件焊接變形產(chǎn)生的原因及影響因素，并考慮船舶構(gòu)件建造過(guò)程中各階段的特點(diǎn)，總結(jié)出船舶建造不同階段減小船舶變形的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施和建造工藝措施，從而達(dá)到滿足船舶強(qiáng)度及使用性的要求。關(guān)鍵詞：船舶建造；焊接變形；建造質(zhì)量；精度控制中圖分類號(hào)：TG457文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言焊接變形是指在焊接過(guò)程中，由于
2、焊接熱源和焊接熱循環(huán)的作用以及外界溫度的影響，使得焊接部位或構(gòu)件受熱不均勻從而導(dǎo)致冷卻時(shí)的收縮量和收縮速度不同產(chǎn)生的變形。船舶焊接變形是影響船舶質(zhì)量的主要因素，其對(duì)焊接接頭的性能有著較大的影響，使船體構(gòu)件的強(qiáng)度、韌性下降。此外，焊接變形不利于分段的精度控制，從而最終影響到船體精度和船舶的建造質(zhì)量。通常船舶焊接變形按對(duì)船舶構(gòu)件的影響可分為整體焊接變形和局部焊接變形2種。1船體焊接構(gòu)件變形產(chǎn)生的主要原因船體構(gòu)件主要是由冷、熱軋鋼、型鋼及它們的成形件裝焊而成。從結(jié)構(gòu)件制造工藝來(lái)看，造成變形的主要原因?yàn)楹附訜釕?yīng)力、殘余應(yīng)力和外力。1．1焊接熱應(yīng)力焊接熱應(yīng)力是在焊接過(guò)程中，由于金屬材
3、料的加熱和冷卻的不均勻而產(chǎn)生的。焊接時(shí)，加熱的熱源是移動(dòng)的高溫電弧，焊縫和熱影響區(qū)金屬溫度很高，金屬受熱膨脹，但又受到常溫金屬的阻礙和抑制，便產(chǎn)生了壓縮塑性變形。焊接件的變形程度與施焊時(shí)的焊接熱輸人量(線能量)成正比。1．2殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力主要有焊接殘余應(yīng)力和加工殘余應(yīng)力。焊件在焊接結(jié)束后，焊縫金屬由膨脹轉(zhuǎn)為收縮，但其又受到常溫金屬的剛性固定，便形成了焊接殘收稿日期：2013—03—26作者簡(jiǎn)介：張玉永(1974一)，男，工程師，長(zhǎng)期從事船舶工程相關(guān)工作。余應(yīng)力。成形加工殘余應(yīng)力主要是由于工件受工藝性外力而引起的，如工件的自由彎曲成形不得法，鋼板矯平輾壓次數(shù)少都能引起加工殘
4、余應(yīng)力。1．3外力工件在組裝、焊接過(guò)程中由磕、碰、摔、撞或過(guò)載引起的異常變形。2分析影響焊接變形的因素物件在外力或溫度等因素的作用下，其形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化稱為物體的變形。在焊接時(shí)，由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，最終導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了焊接應(yīng)力與變形。焊接應(yīng)力是引起脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂和失穩(wěn)破壞的主要原因。另外，焊接變形也使結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸精度難以達(dá)到技術(shù)要求，直接影響結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量和使用性能。焊接變形是熱應(yīng)變、塑性應(yīng)變以及相變綜合影響的結(jié)果。由于焊接結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生焊接變形是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，所以只從船體建造工藝角度分析影響焊接變形的一些主要因素
5、。2．1焊接收縮變形焊件尺寸比焊前收縮的現(xiàn)象稱為收縮變形，它可分為橫向收縮變形和縱向收縮變形。(1)縱向收縮變形：沿焊縫軸線方向尺寸的縮短即為縱向收縮變形。這是由于焊縫及其附近區(qū)域在焊接高溫的作用下產(chǎn)生的縱向的壓縮塑性變形?？v向收縮量取決于焊縫長(zhǎng)度、焊件的截面積、材料的彈性模量、壓縮塑性變形區(qū)的面積以及壓縮塑性變形率等。焊件的截面積越大，焊件的縱向收縮越小。焊縫的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，縱向收縮量就越大。(2)橫向收縮變形：沿垂直于焊縫軸線方向尺第4期張玉永：船舶在建造過(guò)程中焊接變形的形成及控制43寸的縮短。對(duì)接焊縫的收縮變形與對(duì)接縫的坡口形式、對(duì)接間隙、焊接線能量、鋼板的厚度和焊縫的截
6、面積等因素有關(guān)。坡口大，對(duì)接間隙大，焊縫截面積大，焊接線能量也大，變形也相應(yīng)增大，如圖1所示。理圣蝌嫖擎隨之而來(lái)的冷卻收縮過(guò)程中，形成不可逆轉(zhuǎn)的塑性變形，產(chǎn)生焊縫周圍的長(zhǎng)度收縮。因而在船體焊接后，導(dǎo)致其總尺寸減小，通常在10m長(zhǎng)度范圍內(nèi)的收縮量達(dá)10～20mm左右。。黑23-45—678黑90豳111213霞14151鬻61718湖192021222324匭lLJ＆＆M?板厚單v對(duì)接焊縫橫向收縮近似值及公式y(tǒng)=101c。一1童婁摯霧■●謬肇罄餮攀爹尊
7、—肆”?皇鏊曩7．．—，，一’、0鬟薹纛：薹菠≥≤窮誓鬻鎏囊蘩：警豢?一
8、{傲坶圖1V型坡口和X型坡口的橫向收縮近似公式2．
9、2角變形中厚板對(duì)接焊、堆焊及“T”型接頭焊接時(shí)，都可能產(chǎn)生角變形。角變形產(chǎn)生的原因是由于焊縫的橫向收縮沿板厚分布不均勻所致。焊縫接頭形式不同，其角變形的特點(diǎn)也不同。角變形的大小與焊接線能量、板厚等因素有關(guān)。當(dāng)線能量一定時(shí)，板厚越大，厚度方向溫差越大，角變形也相應(yīng)增加。當(dāng)板厚達(dá)到一定程度時(shí)，此時(shí)構(gòu)件的剛性增加，抵抗變形的能力增強(qiáng)，角變形反而減少。當(dāng)板厚一定時(shí)，線能量增大，壓縮塑性變形量增加，角變形也相應(yīng)增加。2．3波浪變形構(gòu)件在焊接過(guò)后呈波浪形。焊后存在于平板中的內(nèi)應(yīng)力，一般情況下在焊縫附近是拉應(yīng)力，離開(kāi)焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)
