1、船舶分段建造中焊接變形方法的研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：姚添項(xiàng)目參與者：牟站江 王凱 賈忠寶 王濤項(xiàng)目類別：D 項(xiàng)目金額：500哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院080114班摘要：船體分段建造中的焊接變形是船舶建造過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。焊接變形問題一直都是造船界較為棘手的問題，解決這一問題對(duì)船舶建造的意義非常重大。在現(xiàn)代造船模式中，主要通過采取反變形法、剛性固定法、改進(jìn)裝焊工藝、制定并嚴(yán)格遵守工藝規(guī)程、掌握正確的焊接規(guī)范等來預(yù)防船舶分段建造中的焊接變形，并且取得了良好的效果。0 引言 造船從鉚接過渡到焊接，使造船工業(yè)飛速發(fā)展，帶來了以下的利益： 簡化船體結(jié)構(gòu)（消除搭接接頭及各種形式的墊板、楔、鉚、釘?shù)鹊龋?在保

2、證必要強(qiáng)度的條件下，減輕船體重量，平均達(dá)20； 由于工藝簡化、制造過程自動(dòng)化以及消除像折邊、落樣、鉆孔和擴(kuò)孔、打鉚釘、捻縫等類工序，而降低船體造價(jià)； 用分段和總段建造法在封閉的溫暖車間里裝配船體的分段與總段； 大部分工作轉(zhuǎn)移到車間從而縮短了船臺(tái)建造周期。但是，焊接工藝過程也有一些缺點(diǎn)，其中主要的是結(jié)構(gòu)的變形，即在焊接過程中結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀發(fā)生改變。焊接變形使船體裝配和焊接大大復(fù)雜化。在零件加工、部件裝配、分段裝配、總段裝配和船體合攏等過程都要預(yù)留余量，在對(duì)應(yīng)的裝配工藝前進(jìn)行切割，保證船體結(jié)構(gòu)的精度。由于船體是三維結(jié)構(gòu)，預(yù)留余量只能提高某個(gè)方向的精度，無法控制另外兩個(gè)方向的精度。此外，對(duì)于艦船產(chǎn)

3、品，縱骨和內(nèi)、外板交錯(cuò)布置，修整工作難度較大。為了減少或消除焊接變形，焊接矯正成為控制焊接變形的常用手段，但它們顯著提高了制造成本。據(jù)美國海軍估計(jì)，在某型艦船建造過程中，用于焊接變形控制的費(fèi)用高達(dá)340萬美元。焊接船的建造經(jīng)驗(yàn)表明，部件和分段在焊接的過程中發(fā)生的變形使船體裝配和焊接大大復(fù)雜化了。在合攏變形了的分段時(shí)，大量的時(shí)間花費(fèi)在修整和鏟割工作上。甚至，以焊接代替鉚接獲得的整個(gè)經(jīng)濟(jì)效果，被矯正焊接結(jié)構(gòu)的耗費(fèi)所抵消了。這里要強(qiáng)調(diào)的是，校正立體分段（船底分段）特別困難。有時(shí)船體分段（船底分段、上層建筑分段等）的變形達(dá)到了某種程度，以致無法校正，從而使已制成的結(jié)構(gòu)報(bào)廢。綜上所述 ，研究船舶分段建造

4、中焊接變形問題已成為造船界必須面對(duì)的棘手問題，即便是現(xiàn)代造船技術(shù)已較為成熟，但如何更加精確的計(jì)算出焊接變形和控制焊接變形仍然是造出更加優(yōu)良艦船的重要組成部分。1、 研究的目的與意義結(jié)構(gòu)經(jīng)焊接后的變形若超過允許范圍，將會(huì)影響結(jié)構(gòu)的承載能力，特別是對(duì)船舶這樣復(fù)雜的板殼結(jié)構(gòu)，很容易產(chǎn)生變形。過大的變形影響船型美觀，降低船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，甚至?xí)黾雍叫凶枇?，影響船舶的航行性能等。因?，在船舶的建造過程中，必須對(duì)焊接變形嚴(yán)加控制。所以，研究船體分段建造中的焊接變形問題將會(huì)對(duì)人們帶來巨大的利益。由于焊接變形的產(chǎn)生對(duì)船舶建造造成了一個(gè)嚴(yán)重的問題，分段建造中的焊接變形的產(chǎn)生一直以來也都對(duì)造船界是一個(gè)棘手的問題，

5、通過何種方法來控制船舶分段建造中的焊接變形的產(chǎn)生對(duì)于建造更優(yōu)質(zhì)的船舶將起著至關(guān)重要的作用。所以，本報(bào)告的目的是尋找并總結(jié)控制船舶分段建造中焊接變形產(chǎn)生的方法，以達(dá)到在船舶建造中控制船舶分段建造中焊接變形產(chǎn)生或盡量減小焊接變形中產(chǎn)生的形變。通過對(duì)船舶在建造中變形控制方法的研究，有助于減少在船舶建造時(shí)產(chǎn)生的各種變形，防止或減小由于變形帶來的不利影響，使船舶的尺度盡量與設(shè)計(jì)的尺度相一致，消除或降低焊接變形對(duì)尺度的影響，提高船舶的質(zhì)量，促使船舶的性能更加優(yōu)越。并且，找到控制船舶分段建造中焊接變形的方法，還有助于節(jié)省大量的時(shí)間，大大的縮短造船周期，節(jié)省大量的人力物力，降低造船成本，以達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)利益。

6、這些是因?yàn)槿绻荒芸刂坪么霸诜侄谓ㄔ熘械暮附幼冃?，將?huì)使各分段都產(chǎn)生較大的有焊接引起的形變，在合攏已變形了的分段的過程中，將會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間在修整和鏟割工作上。甚至，以焊接代替鉚接獲得的整個(gè)經(jīng)濟(jì)效果，被矯正焊接結(jié)構(gòu)的耗費(fèi)所抵消了。這里要強(qiáng)調(diào)的是，校正立體分段（船底分段）特別困難。有時(shí)船體分段（船底分段、上層建筑分段等）的變形達(dá)到了某種程度，以致無法校正，從而使已制成的結(jié)構(gòu)報(bào)廢。這就造成了很大的浪費(fèi)，因此，研究船舶分段建造中焊接變形方法具有很重要的意義。2、 國內(nèi)外同類問題的研究現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)國外焊接變形控制研究發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)：20世紀(jì)30年代以來，許多蘇聯(lián)學(xué)者就開始了焊接變形計(jì)算與控制的

7、研究。奧凱爾勃洛姆教授在論文和焊接變形課程講義的基礎(chǔ)上，于1948年撰寫了專著焊接變形與應(yīng)力，開展了焊接變形與應(yīng)力同生產(chǎn)因素和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)因素關(guān)系的系統(tǒng)研究，提出了防止翹曲和殘余應(yīng)力的方法。1952年，巴普蘇也夫針對(duì)平面分段、半立體分段和立體分段的各種變形，結(jié)合各造船廠的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出了防止及減少焊接變形的施工方法，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。CA庫茲米諾研究了典型船體結(jié)構(gòu)總變形和局部變形的計(jì)算方法，提出了減小和補(bǔ)償焊接變形以及矯正主船體結(jié)構(gòu)的解決方案。Greene和Holzbaur開展了降低焊接殘余應(yīng)力和變形的研究，目前降低殘余應(yīng)力和焊接變形的技術(shù)大多數(shù)由他們制定的法則演變而來。Barber等通過對(duì)

8、焊道進(jìn)行強(qiáng)制冷卻來降低焊接殘余應(yīng)力和變形。法國的國際焊接研究所IIW對(duì)“焊接結(jié)構(gòu)中殘余應(yīng)力和變形預(yù)測RSDP”開展了大量研究。1997年，成立了跨部門的x委員會(huì)(斷裂)、X HI委員會(huì)(疲勞)和XV委員會(huì)(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))。RSDP的總體目標(biāo)是制定預(yù)測和確定焊接殘余應(yīng)力和變形的IIW規(guī)則。英國的BAE集團(tuán)水面艦船公司與科研院所開展了長期的項(xiàng)目研究，目標(biāo)是建立大型焊接結(jié)構(gòu)的薄板在制造過程中焊接變形模型和板材彎曲變形相關(guān)的制造工藝模型。他們研究了不同制造工藝對(duì)薄板、接焊及角接焊的彎曲變形影響，如定位焊和點(diǎn)焊、焊接過程的夾具、冷卻都會(huì)引起彎曲變形的顯著變化。由于薄板在水面艦艇和潛艇中都具有廣泛的應(yīng)用，其研

9、究成果大幅度地提高了艦船產(chǎn)品的質(zhì)量。日本學(xué)者在20世紀(jì)50年代就開始了焊接變形研究。70年代，Ueda等提出了固有應(yīng)力和固有應(yīng)變的概念，通過實(shí)驗(yàn)方法和彈塑性分析法來求得固有應(yīng)變的分布，并通過彈性有限元方法計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接變形。在實(shí)際造船方面，2000年以來，日本船廠依靠極高的內(nèi)場加工精度及先進(jìn)的焊接工藝，實(shí)現(xiàn)了船臺(tái)、船塢無余量合攏，且精度控制的成功率高達(dá)80一95。然而，焊接變形的預(yù)測和控制主要還是依靠船廠自己積累的測量數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定。美國海軍和格羅曼·紐斯波特紐斯船廠聯(lián)合資助了一個(gè)綜合評(píng)估輕型薄板制造技術(shù)的研究項(xiàng)目。研究指出，2000年以后，平均每條艦船中超過90的鋼板采用薄

10、鋼板。薄鋼板的焊接變形很嚴(yán)重，解決矯正變形的成本非常高。研究得到了一些成果：焊接局部彎曲變形是最重要的變形形式；T型加強(qiáng)構(gòu)件合理設(shè)置將有利于防止焊接變形；厚度變化的復(fù)雜板底板的對(duì)接接頭的過焊會(huì)造成嚴(yán)重的彎曲變形；優(yōu)化裝焊工藝可使彎曲變形最小；具有自動(dòng)焊縫跟蹤功能的精度角焊接工藝也避免過焊，從而大幅度地減小焊接彎曲變形。此外，美國對(duì)DD(X)多任務(wù)驅(qū)逐艦的焊接工藝進(jìn)行了大量研究，鋼板厚度大、強(qiáng)度高，焊縫完整性要求很高。美國海軍開展了ManTeeh項(xiàng)目的研究，研制了一種機(jī)械焊接流程，取代手工電弧焊，使焊接變形大幅減小?？傊?，美國船體結(jié)構(gòu)焊接變形的控制主要從優(yōu)化焊接工藝、焊接方法，提高焊接自動(dòng)化等方

11、式來實(shí)現(xiàn)，焊接變形的預(yù)測主要依靠實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)。德國漢堡技術(shù)大學(xué)的Fricke教授等開展了焊接變形的實(shí)驗(yàn)和仿真研究，針對(duì)某型潛艇的HY一80球形殼體的多道焊工藝過程進(jìn)行了焊接變形仿真。從上面的研究進(jìn)展可知，造船強(qiáng)國對(duì)焊接變形的預(yù)測和控制的研究已經(jīng)取得了大量成果。由于焊接變形的機(jī)理尚未完全掌握，理論成果還遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代造船的需要。根據(jù)已有成果顯示，蘇聯(lián)已將大量焊接變形的計(jì)算成果應(yīng)用于造船，提出了許多減少和補(bǔ)償焊接變形的結(jié)構(gòu)和工藝措施，但其焊接方法和焊接自動(dòng)化設(shè)備相對(duì)落后。日本以焊接自動(dòng)化裝備和先進(jìn)焊接方法為主，理論預(yù)測的應(yīng)用為輔來控制焊接精度。美國則采用焊接變形理論研究、先進(jìn)焊接方法和焊接自動(dòng)化并重

12、的策略，進(jìn)行焊接變形預(yù)測和控制。國內(nèi)焊接變形研究發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)： 上海交大的陳楚在吸收蘇聯(lián)學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，開展了船體焊接變形研究。汪建華對(duì)焊接變形預(yù)測開展了廣泛研究。華中科技大學(xué)的陳傳堯教授開展了薄板結(jié)構(gòu)焊接變形的預(yù)測與控制研究。哈工程的宋競正教授等應(yīng)用周有應(yīng)變法預(yù)測了船體分段的焊接變形。清華大學(xué)的鹿安理提出了移動(dòng)熱源方式、自適應(yīng)有限元網(wǎng)絡(luò)劃分法及相似理論解決大型實(shí)際結(jié)構(gòu)的焊接變形與應(yīng)力的數(shù)值求解問題。在我國造船廠，焊接變形分析以經(jīng)驗(yàn)和實(shí)測數(shù)據(jù)為主，理論計(jì)算為輔，預(yù)測船體結(jié)構(gòu)的焊接變形，并采取結(jié)構(gòu)和工藝措施，控制船體結(jié)構(gòu)的焊接變形。江南造船廠的孫光二開展了5艘同型長江船舶的船體焊接變

13、形測量，著重介紹了雙層底分段裝焊和船臺(tái)合攏過程的焊接變形測量、變形原因分析，采取了控制焊接變形的胎架反變形等工藝措施，建造質(zhì)量顯著提高，如第5艘與第1艘相比，首部上翹值為11，尾部上翹值為23。江南的研究成果對(duì)于控制船體焊接變形具有重要的價(jià)值，其他船廠在船舶建造過程中不斷積累測量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)各種船型在分段制作、船塢合攏等階段的焊接變形規(guī)律，焊接變形的控制和理論研究提供基礎(chǔ)，提高船舶產(chǎn)品的制造質(zhì)量。以較準(zhǔn)確地仿真整個(gè)焊接過程。臺(tái)灣的Teng等應(yīng)用熱彈塑性有限元法分析了T型接頭、對(duì)接接頭的殘余應(yīng)力和角變形。英國Mollicone等對(duì)多種熱彈塑性有限元模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)。熱彈塑性有限元分析法尚未廣泛應(yīng)用于

14、船體焊接變形的預(yù)測和控制，有2個(gè)重要原因：其一，焊接材料性能是該方法面臨的最大問題，特別是高溫環(huán)境船舶產(chǎn)品采用的新材料的性能數(shù)據(jù)非常缺乏，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在相當(dāng)大的不確定性；其二，熱彈塑性有限元分析法的計(jì)算規(guī)模很大，目前還很難快速、經(jīng)濟(jì)地計(jì)算復(fù)雜船體結(jié)構(gòu)的焊接變形。 綜上可知，以后的船體建造焊接變形的研究方向主要是通過優(yōu)化焊接工藝、焊接方法，提高焊接自動(dòng)化等方式來控制焊接變形，控制焊接變形對(duì)造船工業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。3、涉及焊接變形的一般計(jì)算問題在船舶建造階段過程中，殘余應(yīng)力是不可避免產(chǎn)生的，它可有各個(gè)生產(chǎn)階段中產(chǎn)生，如板料、棒料以及型材在軋制、鑄造、鍛造和焊接等過程中均可以產(chǎn)生殘余應(yīng)力

15、。而焊接殘余應(yīng)力是主要組成部分。金屬是現(xiàn)代船舶建造中最主要的原材料。金屬材料再均勻加熱時(shí)將均勻膨脹，不產(chǎn)生熱應(yīng)力而在不均勻加熱時(shí)產(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)存在不均勻分布的非彈性應(yīng)變（例如塑性應(yīng)變）時(shí)也將產(chǎn)生殘余應(yīng)力。對(duì)于二維平面應(yīng)力（）狀態(tài)下的殘余應(yīng)力將存在下列基本關(guān)系：、應(yīng)力與彈性應(yīng)變之間存在胡克定律的關(guān)系、應(yīng)力與彈性應(yīng)變之間存在胡克定律的關(guān)系、總的應(yīng)變滿足相容條件圖中簡要表示了焊接時(shí)溫度及應(yīng)力的變化。圖中表示了在平板上沿X軸堆敷單道焊縫時(shí)的情況。焊接電弧位于圖中原點(diǎn)O處。橢圓表示金屬熔化區(qū)，陰影線以外的區(qū)域在整個(gè)系統(tǒng)中保持彈性狀態(tài)。A-A截面上，因焊接引起的應(yīng)力幾乎為零。B-B截面上的應(yīng)力分布表示于如

16、下圖中。因?yàn)槿刍饘俨荒艹惺芡廨d，所以位于焊接電弧瞎下面的區(qū)域中的應(yīng)力接近于零。離開電弧一段距離處維壓應(yīng)力，這是因?yàn)檫@些區(qū)域的膨脹受到溫度較低的周圍金屬約束的緣故。這些區(qū)域的溫度相當(dāng)高，所以材料的屈服應(yīng)力很低。這些區(qū)域的應(yīng)力與母材在相應(yīng)的溫度下屈服應(yīng)力相等。隨著離焊縫距離的增加或者隨著溫度的降低，壓應(yīng)力逐步達(dá)到極大值。在離焊縫更遠(yuǎn)的區(qū)域受著拉應(yīng)力，它與焊縫附近區(qū)域壓應(yīng)力相平衡，因此，B-B截面上應(yīng)力分布如下圖所示。圖中標(biāo)明在C-C截面上焊縫金屬和附近的母材已經(jīng)冷卻，并力圖收縮，從而在接近焊縫中心的區(qū)域引起拉應(yīng)力。隨著離開焊縫的距離的增加，應(yīng)力顯示變?yōu)閴簯?yīng)力，然后又變?yōu)槔瓚?yīng)力。在D-D截面上臨近

17、焊縫的區(qū)域產(chǎn)生了很高的拉應(yīng)力，但是離焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域則為壓應(yīng)力。 從前面的討論中可以得出結(jié)論：焊縫過程中的熱應(yīng)力是由復(fù)雜的機(jī)理引起的，它包括了從室溫熔化溫度的很快范圍中的塑性變形。因?yàn)閷?duì)塑性變形，尤其是對(duì)高溫下的塑性變形的分析十分困難，所以目前只能對(duì)一些簡單的情況進(jìn)行數(shù)學(xué)分析。 船舶在航行中縱向會(huì)受到較大的彎矩。船底縱骨、內(nèi)底縱骨等縱向構(gòu)件會(huì)受到較大的拉應(yīng)力。因此焊接結(jié)構(gòu)在受到拉壓過程中的穩(wěn)定狀況將關(guān)乎船的質(zhì)量。焊接結(jié)構(gòu)受拉時(shí)如果應(yīng)力沒有達(dá)到屈服點(diǎn)，則焊接結(jié)構(gòu)的伸長黨作用力有如下的關(guān)系：半條結(jié)構(gòu)是船舶建造過程中的主要結(jié)構(gòu)，肋骨、縱骨等都屬于板條結(jié)構(gòu)。因此在焊接過程中的變形將對(duì)船體變形有重大影響。

18、1.在長板條中心加熱如圖所示厚度為的長板條，在其中間沿長度上同時(shí)使用火焰均勻加熱，則在板條橫截面上將出現(xiàn)一個(gè)中間高兩邊低的不均勻溫度場，而沿板條長度方向的溫度分布可視為均勻的。分析板條的變形和應(yīng)力，可從板條中取一段進(jìn)行分析。假設(shè)這個(gè)金屬板條是有若干互不相連的小窄條組成，則每根小窄條都可以按著自己被加熱到的溫度自由變形，其結(jié)果使單位長度板條端面出現(xiàn)如下圖所示的曲面。其自由變形率即單位長度上的自由變形量，用T來表示：式中當(dāng)溫度為時(shí)，其長度為，當(dāng)溫度由升至?xí)r如不阻礙，其長度由增長至，這段長度的改變就是自由變形，其大小為由于板條加熱部位，即加熱體受便捷框架制約，不能完全自由的變形，產(chǎn)生的壓縮塑性變形量

19、用表示，其變形率：2在板條一側(cè)加熱長板條一側(cè)同時(shí)應(yīng)火焰均勻加熱，則在長板條中產(chǎn)生對(duì)斷面中心不對(duì)稱的不均勻溫度場，它將使板條產(chǎn)生變形和應(yīng)力。位移的大小受內(nèi)應(yīng)力平衡和平面假設(shè)原則，此板條端面亦有一個(gè)位移。位移的大小受內(nèi)應(yīng)力必須平衡這一條件所制約。因而不是任何。他們只能產(chǎn)生兩個(gè)符號(hào)相反，而不作用在同一直線上的力，這樣就構(gòu)成了不平衡力矩，因而是不可能的。形成了三個(gè)正負(fù)相同的應(yīng)力區(qū)，只用在這種條件下應(yīng)力才能平衡。在這種情況下，板條的外觀變形不僅有端面平移，還有角位移。板條沿長度上就出現(xiàn)了彎曲變形。如果已知溫度T= f（x） 分布，則板條的應(yīng)力與變形可用下式來表達(dá)，內(nèi)應(yīng)力平衡條件為由于截面轉(zhuǎn)動(dòng)，因此并非常

20、數(shù)，而是x的線性函數(shù) 代入上式聯(lián)立得出，進(jìn)而求出內(nèi)應(yīng)力的分布從中不難看出板條的伸長率板條的曲率焊接梁柱變形計(jì)算：撓曲變形量f按式計(jì)算：F=cL2/8c-曲率Z-構(gòu)件截面形心到縱向焊縫的距離；J-構(gòu)件截面慣性矩；q-焊接線能量，既由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的能量q=3369.6UK/其中-焊縫成形系數(shù)；U-電弧電壓（V）；K-焊腳尺寸；-重疊系數(shù)，單位角焊縫為1，雙面角焊縫為1.3；對(duì)接開口坡雙面焊縫為1.3.，單面焊縫為1；-電弧熱效率；-熔敷系數(shù)。3 焊接橫向焊縫撓度曲變形計(jì)算當(dāng)構(gòu)件沿長度方向?qū)ΨQ于構(gòu)建的中心，焊若干橫向焊縫時(shí)，其撓度曲線f可從每條焊縫引起的構(gòu)件末端的變形綜合來計(jì)算式中長

21、度為b的橫向焊縫所引起的角位移（弧度），用下式計(jì)算：由上式可的橫向焊縫引起的撓曲量為：令為橫向焊接工藝系數(shù)，則代入上式得出焊接橫向焊縫撓曲計(jì)算式：對(duì)不同的焊接方法和焊接規(guī)范r值不一樣。焊接變形是船體變形的主要部分，因而焊接的變形的計(jì)算為重要，這里是只對(duì)其中一小部分進(jìn)行分析。4、控制焊接變形的一般方法研究 焊接變形是焊接工藝的固有特點(diǎn)，分段在裝焊過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生縱橫方向的翹曲及收縮變形。這些變形不僅影響船體外形的美觀，也影響船體的性能和強(qiáng)度。從工藝角度看，分段的變形將給船體總裝工作帶來很大困難。因此，采取一定的措施，控制和減少分段變形，減輕火工矯正工作量和保持分段完工尺度的正確性就顯得非

22、常重要。一般控制分段變形的措施有以下幾種：掌握正確的焊接規(guī)范焊接規(guī)范與焊接變形有很大關(guān)系。所謂焊接規(guī)范，在手工電弧焊中主要是指焊接的電流強(qiáng)度、焊條直徑與牌號(hào)、焊波層數(shù)、電弧電壓、電流種類、焊接速度、直流電焊中的極性等方面的選擇。一般來說，焊條直徑小，采用焊接電流也小，即輸入分段的熱量較少，因而焊接變形也較小。焊件輸入熱量不僅取決于焊接規(guī)范，也取決于焊件的焊縫規(guī)格。必須指出，在焊接過程中應(yīng)使焊縫規(guī)格符合設(shè)計(jì)要求。不適當(dāng)?shù)摹⑦^大的焊腳，不僅浪費(fèi)了焊條，而且增加了焊接熱量，擴(kuò)大了熱影響區(qū)域，加大了焊接變形。例如肋板與中桁材角焊縫設(shè)計(jì)要求焊腳高度為4 mm，實(shí)際卻焊了7 mm，其焊縫截面積要比原來大3

23、倍，必然加大焊接變形。制定并嚴(yán)格遵守工藝規(guī)程采用合理的焊接程序能使焊接熱量分布均勻，減少分段的變形。一般多采用從分段中間向前后左右同時(shí)施焊的方法，并且對(duì)長焊縫采取逐步退焊、跳躍焊等焊法。必須指出，還應(yīng)合理地安排裝配與焊接階段的交替程序，分段結(jié)構(gòu)應(yīng)裝配到具有足夠的剛性后才開始施焊，對(duì)于容易產(chǎn)生總體變形的分段結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)尤其重要。例如，底部分段不正確的焊接程序會(huì)導(dǎo)致熱量集中，容易造成變形。正確的裝配間隙與坡口角度裝配間隙與焊縫坡口角度是影響焊接變形的主要因素，因?yàn)橹苯佑绊懙浇饘偃鄯罅亢秃附訜崃?，從而決定分段變形量。正確地掌握它們，對(duì)減少分段變形有著極其重要的意義。反變形法 反變形法是根據(jù)結(jié)構(gòu)焊后可

24、能產(chǎn)生的變形情況，預(yù)先把焊件人為地制成一個(gè)大小相等、方向相反的變形，使焊件焊后變形很小，甚至完全消除。反變形的大小一般有經(jīng)驗(yàn)來確定，有的可通過計(jì)算來求得。反變形在焊接生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛，只要變形值給的合適，就能得到較滿意的焊后形狀。例如：底部、舷側(cè)、甲板等分段在裝配焊接后脫離胎架時(shí)，總有一定的變形。一般說來，在施工工藝條件相同的情況下是有一定規(guī)律的。因此，可以在胎架制造中，事先根據(jù)分段變形的趨勢，將胎架模板放出一定數(shù)值方向相反大小相等的反變形量，用以補(bǔ)償由于焊接所引起的變形，舷側(cè)分段一般都不放反變形，而底部分段反變形量可以根據(jù)過去所制造的分段變形情況和經(jīng)驗(yàn)判斷來確定。一般采用壓力機(jī)壓出反變形，然

25、后進(jìn)行焊接。剛性固定法剛性大的焊件焊后變形一般較小，所以對(duì)于控制焊接變形可采用剛性固定的方法。剛性固定法就是焊前將焊件固定，以增大其鋼性，使其在焊接時(shí)不能自由移動(dòng)，當(dāng)焊完冷卻后再放開來減小焊接變形。 當(dāng)分段胎架型線復(fù)雜，不適于采用反變形法或由于其他情況而無法采用時(shí)，可采取臨時(shí)增強(qiáng)分段剛性的方法，即將分段四周和中部用馬板與胎架固定，以此來強(qiáng)制減少分段的焊接變形。對(duì)易于變形的結(jié)構(gòu)部位，還可以采用臨時(shí)加強(qiáng)裝置。例如對(duì)于甲板較薄、寬度較大的長江旅游船，在骨架焊接前可在一定的肋距中加裝臨時(shí)寬梁及縱桁，以增加分段本身的剛性。又如制造底部分段時(shí)加裝壓排，雙底分段端部加裝假肋板等，都能起到臨時(shí)增強(qiáng)分段剛性的作用。分段在吊運(yùn)及翻身過程中，為了防止發(fā)生變形，也要結(jié)合上述情況采取臨時(shí)加強(qiáng)措施。散熱法散熱法又稱強(qiáng)迫冷卻法。就是把焊件焊接處的熱量迅速散失，是焊件迅速冷卻，減小焊縫附近金屬的受熱區(qū)域，從而減小焊接變形。散熱法有多種。有的將焊件浸在水中，讓焊接處露出水面；也有用紫銅塊貼緊焊件背面，增加熱量的散失，但這種方法對(duì)淬火傾向性大的材料容易產(chǎn)生裂紋，故很少使用。改進(jìn)裝焊工藝廣泛采用分離裝配法、箱形框架裝焊法，擴(kuò)大自動(dòng)焊與半自動(dòng)焊的使用范圍，可同時(shí)達(dá)到提高焊縫強(qiáng)度及減少變形的目的