船用903薄板焊接变形控制

摘 要：本文对船体上层建筑采用的较高强度的903薄板焊接变形,提供了行之有效的解决措施,其中的一些措施对其他薄板的焊接变形控制也同样适用.

关 键 词：薄板焊接；变形控制

1引言

船舶为了尽量减轻船体重量,采用了高强度或较高强度的薄钢板,如上层建筑采用的δ等于2.5-4mm较高强度的903钢板.该钢板加工、装配后有较大的内应力,焊接后会比普通钢板产生更大的变形；同时,上层建筑在设计中不参与总强度计算.这样对上层建筑的建造来说,防止薄板焊接变形便成了主要的质量问题.

薄板焊接变形主要表现为：产生一根根肋骨构架印形于表的所谓“瘦马现象”；在纵向呈较大面积高低不平的“波浪变形”；在板格范围内局部高低不平的“凹凸变形”；由火工和敲打造成的“橘子皮效应”.这些不同形式的焊后变形严重地影响了船体的外观质量.

目前对薄板焊接防变形技术的研究,主要侧重于工艺技术的研究.在进行了大量的调查研究和工艺试验后,在生产中摸索出一套行之有效的控制措施.

2优化板缝布置,精确控制余量

2.1板缝布置

在施工设计图纸上,板缝的布置是根据船舶结构设计和板材的规格来决定的.实际采购的板材规格往往与设计的规格有所不同,需要重新布置板缝；同时设计图纸中的板缝布置往往对工艺性考虑不周,容易引起焊接变形.所以开工前必须仔细分析板缝布置情况,将实际的数据进行优化排列,以减少焊接引起的弯曲变形.

优化板缝布置的四个原则为：尽量把焊缝布置成与中心轴相对称；在满足规范的前提下,把板缝设置在结构件附近,借助结构件的刚性来减少焊缝变形；在多板组成的壁板和平台尽量使用大板,减少焊缝数量；在焊缝相交中尽量布置成“十”字接头,避免“T”字接头的出现[1].

2.2余量分布

为了保证薄板结构装配的尺寸,在传统的施工工艺中,一般结构都留有一定的余量,留待装配时再进行切割.这样的施工方法,虽然能保证分段尺寸的质量,但由于在装配过程中的二次切割,增加了受热的变形和内应力,对分段变形的控制和后续工序的施工都带来了不利的影响.为此,我们改变传统做法,采取在分段接头处单边留有余量,其它位置一律改为不留下料余量,使大部分板材下料剪切一次成功,在施工中可减少加热次数和加热量,有效地控制了装配过程薄板的变形.

3实行焊后滚平和焊接技术

3.1板缝焊后滚平

薄板焊接无论事前采取何种预防措施都只能减少变形量而不能消除变形,焊接后变形是难免的.按传统工序拼板焊后安装构架,这样板部位变形很难处理,靠火工校正,一方面很难收到理想效果,另一方面火工多了又会出现橘子皮现象.采取构架安装前先消除拼板焊接变形的措施,把切割好的薄板放在固定平台上装焊,焊后用十三星滚平机滚压消除焊接变形.由于用机械的方法消除焊缝的焊接变形,减少了火工工作量,也为构架安装和最终减少总体变形打下了基础[2].

3.2推行焊接

在以往的造船中,焊了许多拉码把钢板固定于胎架上是保证线型和防止变形的主要工艺,这种方法给薄板带来的码脚印和弧坑,需进行大量的割、批、补、磨等工作,既增加了变形又损伤了钢板.为改变这一状况,采用焊接技术,可有效控制薄板焊接变形.现行施工工艺采用的焊接工艺是：

（1）使用磁吸码,用磁力把钢板固定于胎架上,不至损伤钢板,也避免了繁杂的修补工作.

（2）以压代拉,在平台或胎架上安装板材时采用压铁压紧来实现线型吻合和防止变形.

（3）先装构架后焊板缝,确实需要在胎架上焊接的板缝,也要改变传统的先焊板缝后装构架的做法,采用拼板后先进行构架安装,装好构架后一起烧焊,利用构架来限制板的焊接变形.

（4）限制使用工艺拉条,在上层建筑分段、总段装配中不轻易采用焊拉条和支撑,尽量利用纵横壁板自身相互的支持来实现定位,必须要焊支撑或拉条时也只能焊在构架上,绝不允许焊在板中.

4实施全方位CO2气体保护焊

薄板的焊接变形是因为板材受到不均匀的局部加热和冷却的影响,内部产生了不均衡应力所引起的,变形的大小与输入的热量有密切的关系,减少热量的输入是控制变形的有效措施.采用下面公式计算手工焊和CO2保护焊的能量输入：

Q等于0.2ηUI/V

式中：

Q为焊缝焊接线能量；

η为电弧热利用系数：手工焊η等于0.65～0.85,CO2气体保护焊η等于0.75～0.90；

U为电弧电压：手工焊U等于29～31V,CO2气体保护焊U等于20～22V；

I为焊接电流：手工焊I等于130～260A,CO2气体保护焊I等于150～180A；

V为焊接速度：手工焊V等于10～20cm/min,CO2气体保护焊V等于20～50cm/min.

经计算,对2-4mm的薄板,采用CO2气体保护焊的线能量仅为手工焊的30-40%,可见用CO2气体保护焊对控制焊接变形是十分有效的[3].

5严格控制和准确使用火工技术

火工校正是薄板防变形技术的最后一道措施.但火工校正是一理论性强、技术复杂的工作,用得不好反而给薄板带来新变形和新问题.我们经过大量试验研究和建造实践,摸索出一套对903薄板变形矫正行之有效的办法.明确了不同的变形要选择不同的加热方法（主要用条形法、圆圈法、链状法和“十字法”）来解决,不同结构和不同部位要采用不同的方式处理,同时其操作方法和选择工作参数也不同,对不同板厚的903板选择的工作参数如表1所列.

采用火工校正方法的原则如下[4]：

（1）下料和构件组装所产生的变形必须校正后再上分段安装；（2）在分段建造完成后只对骨材吊装接口边缘的变形进行火工校正,减少火工加热次数；

（3）在校正施工中要严格执行规定的工作程序和选定的火工参数,特别是要严格控制加热温度不得随意更改；

（4）绝对禁止用铁锤敲击,必须锤击时只能用木锤和塑料锤；

（5）903钢板温度在200-350℃区间为蓝脆区,在该温度内禁止任何形式的锤击,以免产生微裂纹；

（6）对板的局部凹凸变形采用小火圈加热形式,火圈直径为20毫米,从外到内,火圈疏密视情况而定；

（7）板的纵向波浪在加强材两侧边缘条形加热火路距离构架5毫米,采用隔档加热的办法控制总体变形；

（8）构架变形可采用加外力和烧火结合的办法,用外力帮助校正变形；板缝角变形用条形加热法；同一部位加热次数不得超过3次.

上面提及的四个方面是解决903薄板焊接防变形的主要措施.实际生产中还应采取其（下转第页）（上接第页）它措施：如采用先滚平再剪切下料；对扭曲变形的板,先火工校正再滚平下料,下料后再次滚平,最后送去装配.考虑到薄板从下料到装配、焊接成型需要多次吊运,以往吊运引起变形也相当严重,所以必须改进吊运方法和条件,在薄板加工全过程吊运采用磁吸吊机,对加工后尺寸大小不一或有形的工件采用专制钢板吊架床转运.采取这些措施,可有效控制吊运环节产生变形.在上层建筑分段制作中还采用预舾装工艺等,这些都是有效控制薄板焊接变形的措施.

6结束语

采用上述综合措施后,最终质量明显提高：上层建筑、壁板平台板光顺平直,没有瘦马现象,没有橘子皮出现,没有明显的波浪变形,没有码脚印痕和电弧坑.经过实船测量,两肋间的局部变形几乎为零,不管焊缝部位还是非焊缝部位,只有个别位置有局部变形,其最大值都没有超过规范的要求.在火工后对整幅壁板的变形测试,所有内外纵横壁板从头到尾整幅直线度最大偏差也只有5mm左右.