摘 要：本文主要探討了船體焊接中常見的焊接變形、焊接變形產生的主要因素、焊接變形控制的原則以及焊接變形矯正的方法，希望給廣大船體焊接工作者一定的幫助。關鍵詞：船體焊接；變形；矯正；控制等 在船體建造過程中，焊接結構件大量應用于各個制造工序。焊接接頭變形對接頭的性能有著較大影響，使得船體構件的強度、韌性下降。此外，焊接變形不利于船體制造精度的控制，從而最終影響到船舶的建造質量。筆者是一位職業(yè)學院的焊接授課老師，曾經多次帶領學生到船廠實習，期間曾多次實踐船體焊接并向船廠師傅請教討論，船廠師傅們提出了許多降低和消除焊接變形的有效方法，這些方法各有特點，但筆者考慮由于船體結構的尺寸較大、形狀較復雜，因而不易采取單項措施進行處理，必須進行綜合治理。因此將對焊接變形產生原因及其影響因素進行分析，針對船體構件建造過程中各個階段的特點，采取不同的措施進行處理，以達到降低或消除焊接變形的目的。 一、焊接變形分類 由焊接變形的方向性可分為縱向變形和橫向變形?？v向變形是由焊縫方向的收縮應變產生的，包括縱向收縮，縱向彎曲等；橫向變形則是由與焊縫方向垂直的收縮應變產生的，包括橫向收縮、剪切變形和角變形等。另外，也可以在整個空間范圍里，把焊接變形分為平面內變形和平面外變形。平面內變形包括橫向收縮、縱向收縮和剪切變形。平面外變形包括角變形、縱向彎曲、扭曲變形和屈曲變形。 二、影響船體焊接變形的因素 在焊接過程中的熱應變、塑性應變是產生焊接變形的原因。通常在低碳鋼焊接時，相變發(fā)生在彈性喪失溫度以上，對焊接變形和最終的殘余應力影響較小，往往予以忽略。但在低合金高強鋼焊接時，固態(tài)相變常發(fā)生在彈性喪失溫度以下，必須考慮相變時體積膨脹引起的應變變化。因此，焊接變形是熱應變、塑性應變以及相變應變綜合影響的結果。由于焊接結構中產生的焊接變形是個很復雜的問題，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。 1、施焊方法和焊接工藝參數(shù) 不同施焊方法引起的收縮量也不同。當焊件的厚度相同時，單層焊的縱向收縮比多層焊收縮大，這是因為多層焊時，先焊焊道冷卻后阻止了后焊焊道的收縮。逐步退焊比直通焊收縮小，這是因為前者可使焊件溫度比較均勻，產生壓縮塑性變形比較分散的緣故。焊接工藝參數(shù)的影響主要為線能量。一般規(guī)律是，隨著線能量的增加，壓縮塑性變形區(qū)擴大，因而收縮量增大。 2、焊縫長度及其截面積 一般來說，焊縫的縱向收縮量隨焊縫長度的增加而增加，而焊縫的橫向收縮量隨焊縫寬度增加而增加。橫向收縮量還與板厚、坡口形式及接頭形式有關。手弧焊時，板厚增加，收縮量增大，自動焊時則有所不同；在同樣厚度條件下，V形坡口比X形坡口收縮量大，對接焊縫的橫向收縮量比角焊縫大。 3、焊縫在結構中的位置 焊縫位置對焊接變形的影響很大，凡焊縫位置對稱于結構重心線的，則產生的變化變形比較簡單，只有縱向和橫向的縮短，而焊縫位置與結構重心線不對稱時，除縱向與橫向縮短外，還產生了彎曲變形。焊縫距構件或構件中和軸（船體剖面中靜力矩為零的軸）越遠，焊接收縮力對中和軸的力矩越大，焊接的彎曲變形也越大。所以布置在中和軸上或盡量靠近中和軸，以減少彎曲變形。 4、裝配和焊接程序 裝配焊接程序能引起構件在不同裝配階段剛性的變化和重心位置的改變，對控制構件的焊接變形有很大的影響。因此就整個結構生長而言，這就有邊裝配邊焊接和裝配成整體后再焊接兩種方式可供選擇。對于簡單結構來說，采用后一種方式，可以減少其彎曲變形。 三、控制船體焊接變形的原則與方法 焊接過程中的熱變形和施焊時焊接構件的剛性條件是影響焊接殘余變形的兩個主要因素。根據(jù)這兩個主要因素可以認為焊接殘余變形是不可避免的，即完全消除焊接變形是不太可能的?？刂坪附託堄嘧冃伪仨殢拇w結構設計和施工工藝兩個方面同時采取措施。 在船體結構設計上除了要滿足船舶的強度和使用性能外，還必須滿足船舶制造中焊接變形最小及耗費勞動工時最低的要求。焊接工藝是船體施工中的重要工藝之一。合理的焊接工藝是減少焊接變形，減少應力集中的有效方法。船體結構不按照焊接工藝特點進行設計，將帶來過大的殘余變形，削弱船舶強度，影響船舶使用性能。在船體結構設計方面，為了控制船體焊接變形，設計院、船廠在設計中采取了各種措施，如將船體分為若干小部件與船體分段，使焊接變形分散在各個部件上，便于船體變形的控制與矯正;使船體焊縫的布置與船體分段截面中性軸對稱或接近截面中性軸，避免焊接后產生扭曲和過大的彎曲變形;對每一條主要焊縫，盡可能選擇小的焊腳尺寸和短的焊縫;避免焊縫過分集中和交叉布置;盡可能采用寬而長的鋼板或能減少焊縫數(shù)量的結構形式(如槽形艙壁)等等。在施工工藝方面，為了控制船體焊接變形，應做到：（1)在無裝配應力強制下進行船體裝配;（2)采用自動埋弧焊和其它氣體保護焊工藝;（3)合理選擇焊接規(guī)范參數(shù)和裝配焊接順序。在焊接工藝上盡可能合理運用剛性固定法，反變形法。剛性固定法和反變形法是控制焊接變形的基本方法。剛性固定法是船廠施工中常采用的一種控制變形的方法，是將構件固定在具有足夠剛性的平臺或胎架上，待焊接構件上所有焊縫冷卻到室溫時再去掉剛性固定。這時焊接構件產生的變形將大大小于在自由狀態(tài)下焊接的變形。船體裝配焊接中廣泛使用各種形式剛性固定法，如臨時加強筋板，臨時點焊加強角鐵，分段四周定位焊，船體分段和胎架螺栓連接，各種直線拉馬和弧形拉馬等等。 反變形法即船體裝配焊接前，預先給船體分段或構件一個反變形值，其大小應等于或大于船體分段焊后變形，但方向相反。利用此法可使船體分段變形消除或減少到最小。如放樣時預放反變形量，裝配時加放焊縫收縮余量等等都是屬于反變形法范疇。 船體建造過程中，雖然在船體結構設計和施工工藝上采取措施來控制施工中所產生的焊接變形，但由于焊接過程的特點和船體施工工藝的復雜性，一般來講，產生焊接變形是不可避免的，對出現(xiàn)的超過設計要求的焊接變形必須進行矯正。矯正工藝只限于矯正焊接構件的局部變形，如角變形，彎曲變形，波浪變形等等，對于船體結構的整體變形如縱向和橫向收縮(總尺寸縮短)只能通過下料或裝配時預放余量來補償。矯正變形的方法有兩種，即機械矯正法和火焰矯正法。機械矯正法是在室溫條件下，對焊接構件施加外力，使構件壓縮塑性變形區(qū)的金屬伸展，減少或消除焊縫區(qū)的塑性變形，達到矯正變形的目的。機械矯正變形法容易引起金屬冷作硬化，消耗材料一定數(shù)量的塑性儲備，因此，只能用于塑性良好的材料，不允許對塑性較差或脆性材料進行機械矯正。實際生產中，機械矯正法矯正過程中可以使用專用的大型油壓機、水壓機、頂床或人工利用大錘矯正。 火焰矯正法是通過對變形構件伸長部分金屬進行有規(guī)則的火焰集中加熱。冷卻后，焊接構件這部分金屬獲得不可逆的壓縮塑性變形，使整個焊接構件變形得到矯正?；鹧娉C正法同樣要消耗材料一部分塑性，對于脆性材料或塑性差的材料要謹慎使用。要適當控制火焰加熱的溫度，溫度過高材料機械性能降低，溫度過低使矯正效率降低。由于冷卻速度對矯正效果不產生任何影響，船廠多采用邊加熱邊噴水冷卻的方法，既提高了工作效率，又提高了矯正效果。 綜上所述，船舶建造過程中，焊接變形是不可避免的，只能采取有效的方法、措施控制焊接變形，并對超出公差要求的焊接變形進行矯正，從而既滿足船舶強度和使用性能，又滿足經濟性要求。 參考文獻： [1]葉家瑋.現(xiàn)代造船技術概論[M].廣州:華南理工大學出版社,2001. [2]李亞江.特殊及難焊材料的焊接[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003. [3]孫維善.船舶焊接[M].北京:國防工業(yè)出版社,1992. [4]王承權.船體結構的焊接變形[M].北京:國防工業(yè)出版社,1978. [5]陸偉東.船舶建造工藝[M].上海:上海交通大學出版社,1991. [6]陳冰泉.船舶及海洋工程結構焊接[M].北京:人民交通出版社,2001.