1、实 习 报 告散货船双层底建造预防焊接变形的措施姓 名： 赵环宇 专 业 班 级 ： 12 船舶 2 班 实 习 单 位 ： 大连船舶重工 指 导 教 师 ： 穆景宝 完 成 日 期 ： 2015.4.1 摘 要焊接结构的变形不仅造成尺寸偏差而且降低了结构的承载能力和使用寿命，也给正常的焊接生产带来一定的困难。所以必须采取合理的预防措施，最大程度的降低变形对焊接结构的影响。论文中阐述了散货船双层底结构焊接变形产生的原因以及焊接变形种类，分别从结构设计和施工工艺两个方面进行焊接变形的预防，充分细致的介绍了船舶建造过程中正确的焊接工艺，合理的装配焊接顺序、预留收缩变形量、刚性固定法等预防焊接变形的
2、措施。 关键词：焊接变形 预防措施 结构设计 焊接工艺1 引言 焊接变形是焊接结构生产中经常出现的问题，它不但影响焊接结构的尺寸准确度和外形美观，而且有可能降低结构的承载，引起事故。在船舶双层底的建造过程中，焊接变形更是一种常见现象。由于双层底结构的尺寸较大、形状复杂，不易采取单项措施进行处理，必须进行综合治理。当结构件上出现了焊接变形时，就需要花很多工时去矫正。比较复杂的变形，矫正的工作量可能比焊接工作量还要大。当变形太大，无法矫正时，就造成了废品。因此了解和掌握焊接变形的种类，以及变形产生的原因和影响因素，针对船体构件建造过程中各个阶段的特点，采取正确的预防措施，对控制焊接变形、缩短船舶建
3、造周期，以及提高船舶建造质量具有十分重要的意义。2 双层底焊接变形的原因以及变形的种类 船舶建造过程中，焊接是一个非常复杂的过程，影响变形的不可知因素很多，所以要根据实际情况采取相应的控制措施，以达到预防变形的目的 2.1 焊接变形产生的原因 焊接时，在金属构件中产生不均匀温度场所，造成的内应力达到材料的屈服限，使局部区域产生塑性变形。分段结构在装配焊接后，往往会产生纵向及横向的变形和扭曲变形。主要是由外板缝的横向收缩，纵横骨架与外板角焊缝和骨架间相互连接时，垂直连接的垂直焊缝引起的分段纵横方向收缩及上翘变形引起的。分段建造过程中，装配和焊接顺序以及坡口大小和焊缝大小的不正确，也会引起焊接变形
4、。2.2 焊接变形种类 （1）纵向收缩变形，即构件焊后在焊缝方向发生收缩。 （2）横向收缩变形，即构件焊后在垂直焊缝方向发生收缩。 （3）挠曲变形，构件焊后发生挠曲，这种挠曲可由焊缝的纵向收缩引起，也可由焊缝的横向收缩引起。 （4）角变形，即焊后构件的平面围绕焊缝产生了角位移。 （5）波浪焊缝，焊后构件出现波浪形状，这种变形在薄板焊接时最容易发生（6）错边变形，在焊接过程中，两焊接件的热膨胀不一致，可能引起长度方向上的错边，也可能引起厚度方向上的错边。 （7）螺旋变形，焊后构件出现类似麻花、螺旋形的扭曲。3 焊接变形的预防措施 在结构设计上除了要满足船舶的强度、使用性能以及经济性外，还必须满足
5、船舶制造工艺性，必须要考虑到焊接的特点来进行结构设计。焊接工艺是船体施工中重要的工艺之一。船体结构不按照焊接工艺特点进行设计，将带来变形，削弱船舶强度，影响船舶使用性能，所以必须从船体结构设计和焊接工艺等方面预防焊接变形。3.1 结构设计方面预防焊接变形的措施 3.1.1 焊缝尺寸和形状的选择 焊缝尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小。焊缝尺寸大，不仅焊接量大，而且焊接变形也大。所以在设计焊缝尺寸时，应该在保证焊接质量的前提下，按照构件的板厚来选取工艺上尽可能小的焊缝尺寸。 不同的焊缝坡口形式所需的焊缝金属相差很大，应该选用焊缝金属少的坡口形式，以有利于减小焊接变形。 3.1.2 焊缝位置
6、的安排 船体焊缝的布置应和船体分段截面中性轴对称或接近截面中性轴，避免焊接后产生扭曲和过大的弯曲变形，防止两焊缝夹角过小或者对接焊缝与角焊缝过近等，焊缝位置尽可能对称于中心轴。而且，这对于减少梁、柱等一类结构的挠曲变形有良好的效果。3.1.2 焊缝位置的安排 船体焊缝的布置应和船体分段截面中性轴对称或接近截面中性轴，避免焊接后产生扭曲和过大的弯曲变形，防止两焊缝夹角过小或者对接焊缝与角焊缝过近等，焊缝位置尽可能对称于中心轴。而且，这对于减少梁、柱等一类结构的挠曲变形有良好的效果。 3.1.3 减少不必要的焊缝 船舶设计时，要优先采用宽而长的钢板，尽可能的减少焊缝数量。在条件允许的情况下，通过采
7、用压型等加工手段提高构件的刚性和稳定性，来减少因采用拼接或增加加强筋的焊接方式而产生的焊缝，进而减少焊接变形3.1.4 考虑胎架的运用 船体分段的划分要考虑到焊接时采用各种工夹具和胎架的可能性。尽可能的在紧固条件下进行船体分段的焊接可以减少变形3.1.5 合理的装配程序 根据实际操作情况，设计合理的焊接顺序，方式及焊接参数。由于焊接线能量直接影响焊接残余变形的大小，因此可根据焊接构件的构造特点依次分别选择 CO2 气体保护焊、埋弧自动、手工电弧焊焊等3.2 施工工艺上预防焊接变形的措施 3.2.1 预留收缩变形量a）收缩变形 b） 弯曲变形 c） 波浪变形 d） 扭曲变形 e） 角变形 图 3
8、-2-1 焊接变形的基本形式根据理论计算和实践经验，在焊接备料及加工时预先考虑收缩量，以便焊后工件达到所要求的尺寸和型状。焊接变形的基本形式如上图:1-1。3.2.2 选择合理的装配和焊接顺序 （1）尽可能使焊缝自由收缩 焊接焊缝较多的结构件时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹。79600DWT 散货船双层底结构较大，焊缝一般较长，可采用逐步退焊法和跳焊法，使温度分布较均匀，从而减少了焊接应力和变形合理的装配和焊接顺序。在焊接 T 形交叉对接焊时，处于双层底分段中间的平列接缝时，若先焊接端焊缝，则在焊接边焊缝时，边焊缝会产生较大的横向收缩受阻，容易产生应力和变形。因
9、此必须先焊边焊缝，后焊接端焊缝。船两端的双层底的错开板缝，应先焊端焊缝，后焊接边焊缝。 总之，焊接 T 形交叉焊缝时，应先焊接腹板焊缝，后焊接面板焊缝。(2）收缩量大的焊缝先焊 船体结构中同时存在对接焊缝和角焊缝时，必须先焊对接焊缝，后焊角焊缝。因为先焊的焊缝在收缩时受到的阻力较小，所以先焊收缩量大的焊缝，而对接焊缝在收缩量比角焊缝大，因此应该先焊对接缝，然后焊接角焊缝 （3）采取对称焊接 对构件具有对称布置的焊缝时，可以采用对称焊。如果先焊周围的焊缝，后焊中央的焊缝，那么中央的焊缝的收缩就会受到周围先焊焊缝所形成的紧固，内应力必然很大，所以会增大船体的变形，所以应先焊接中央焊缝。 不对称焊缝
10、先焊焊缝少的一侧 因为先焊焊缝的变形大，故焊缝少的一侧先焊时，使它产生较大的变形，然后再用另一侧多的焊缝引起的变形来加以抵消，就可以减少整个结构的变形。（4）择合理的焊接工艺方法及施焊方向 不同的焊接方法产生加热区的大小不同，因而对焊接变形影响也不同。焊接相同厚度钢板时，自动焊比手工焊变形小，因为自动焊焊接速度快，电流密度大，加热集中，熔深大。焊接薄板所以，在焊接平直的外板时尽量采用埋弧自动焊。结构时，气焊最大，手工焊次之，CO2 最小。因为 CO2 焊用细焊丝，电流密度大，加热集中，而气焊火焰加热区宽，热量不集中。 当焊接较长焊缝时，为了使焊件受热均匀，采用分中焊法和分段退烧焊法 等工艺，能
11、是焊缝长度的温度分布均匀，以减少内应力，如图 1-2，直通焊、分中焊、分段退烧焊、两端到中间焊应力分布图的比较，可知，分中焊和分段退烧焊的应力相对小些，则变形也不小。所以一般焊缝长度小于 0.5m 时，可采用直通焊。焊缝长度在（0.5-4）m,可采用分中焊法或者分段退烧焊法。焊缝长度 4m 以上，可采用分段退烧焊或者分段跳烧。79600DWT 散货船双层底分段结构比较长，适采用分段退烧焊或者分段跳烧图 3-2-2 直通焊、分中焊、分段退烧焊、两端到中间焊应力分布图（5）规范焊接操作 焊接规范与焊接变形的关系很大。一般 CO2 气体保护焊主要是指焊接的电流强度，焊丝的直径，焊接电压，速度等，尽量
12、减少热输入，使用较小的电流。因为电流越大，输入到构件上的热量越多。（6）正确的装配间隙与坡口 对接焊缝的收缩变形与对接焊缝的坡口形式、对接间隙、焊接线的能量、钢板的厚度和焊缝的横截面积等因素有关，对接间隙大，焊缝截面积大，焊接能量也大，扩大热影响区域，则加大焊接变形。采用相同焊接方式的情况下，通过下图比较可知 V形坡口比 X 形坡口变形大，所以在有利于开坡口的情况下要优先选择 X 形坡口。3.2.3 预制反变形 在焊接船体双层底分段时，由于外底板纵缝的横向收缩变形，两舷离开胎架平面而向上翘曲，由于 79600DWT 的双层底结构分段较大，所以只能采用具有反变形的胎架来控制分段变形，按正确的焊接工艺参数和焊接程序进行装焊，使焊后结构符合设计要求，为此，分段胎架的模板线型必须具有一定的反变形。如图 3-2-3，分段反变形数值：3.2.4 刚性固定法 在拼接钢板时，经常沿拼接焊缝接若干个工艺加强板（俗称马板）进行刚性固定,焊后待焊件冷却到室温再去掉刚性固定，以防止角变形和波浪变形，保证钢板拼接平整。此方法会增大焊接应力，只适用于塑性较好的低碳钢结构。 在装配焊接双层底时，经常采用马板将外板与胎架固定，提高结构刚度，减小变形，同时可以保证外形光顺、尺寸正确。 在分段的吊运过程中，在分段两端加装假肋板以增加分段的刚性，减小分段吊运过程中的变形
